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摘要:采用共沉淀法制备了Fe基预合金粉,并进行了不同温度下的烧结实验,对烧结后的试样块进行了力学性能测试及结构表征.结果表明,在共沉淀过程中该预合金粉已经形成了固溶体,实现了合金化,粉末的微观结构更有利于烧结的进行.预合金粉的烧结温度不宜超过900℃,最佳烧结温度为850℃,在此温度下试样具有较好的综合力学性能.烧结体的SEM观察表明在850℃烧结温度下材料的微观结构比较均匀,无明显晶粒长大,胎体材料对金刚石的包镶能力也最好....
摘要:通过共沉淀法制备不同Fe-Cu配比的FeCoCu预合金粉,并对其微观结构进行表征与分析。同时,对3种粉体进行不同温度下的烧结实验和对烧结试样块进行力学性能及磨损质量损失进行测试,并对预合金粉与金刚石的界面结合情况进行探讨。结果表明:预合金粉中形成了Co3Fe7、CoFe15.7、FeCu4等中间相,在一定程度上实现合金化。3种预合金粉末的形状均为不规则状,粉末颗粒较细,且相互连接,表面疏松,有利于烧结。3种预合金粉中单质相仍占有较大比例,单质配比对烧结体性能有重要影响。Fe含量增加时,试样的理想烧结温度及烧结体力学性能均升高。Fe-Cu配比会对微观结构产生重要影响,胎体对金刚石以机械包镶为主,结合XRD及Raman光谱可知,与预合金粉烧结后的金刚石表面发生石墨化。...
摘要:采用共沉淀法制备含有Co、Ni、Sn元素的Fe-Cu基预合金粉,在此预合金粉中添加25%(质量分数)的WC作为骨架相,在700~860℃温度下真空热压烧结,获得金刚石工具用金属结合剂。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对预合金粉末及金属结合剂进行形貌观察与物相分析,并测定烧结体的硬度、抗弯强度及磨耗比等力学性能。结果表明,Fe-Cu基预合金粉已形成固溶体,实现了合金化,粉末粒度较细,约在3μm左右,表面较光滑,呈不规则状。Fe-Cu基预合金粉末的原子扩散及相变主要发生在820~846℃温度范围内,在820℃下热压烧结时效果最好,胎体孔洞缺陷少,具有最佳的物理与力学性能,硬度为113.9HRB,致密度达到98.86%,抗弯强度为1306.4 MPa,结合剂对金刚石颗粒的包镶能力最强。...
摘要:文章研究了微量 La 元素的添加对金刚石钻头胎体的抗弯强度、磨损失重、硬度等力学性能的影响。并通过扫描电镜对不同样品断口形貌进行了分析对比。研究结果表明:加入微量的 La 元素,胎体的抗弯强度τ0有所上升,磨损失重Δm 有所下降,硬度 HRB 基本没有太大变化。含金刚石试样的断口形貌电镜照片表明:微量 La 元素的加入,可以减少胎体中的孔洞缺陷,改善胎体的组织结构,提高胎体的力学性能。...
摘要:在当前大力提倡循环经济与低碳经济的的形势下,超硬材料制品产业保持着稳定的发展。文章对超硬材料制品产业近期的发展做了总结,对超硬材料未来的重点发展领域进行了展望。...
摘要:采用显微硬度法,对单晶硅、多晶硅、蓝宝石三种重要的硬脆性材料进行了单颗金刚石加载实验,对比研究了不同加载载荷条件下,各种材料的单颗金刚石压入特性,分析了材料受力与压入深度的关系,并由测试结果,分析了对三种硬脆材料进行切割加工时,金刚石的受力状况以及材料的去除模式....
摘要:对油气井金刚石钻头的设计进行了分析,从钻头所用材料、钻头形状、切削齿的排布和保径方式等方面进行了综合探讨,阐述了不同条件下选用金刚石钻头的原则,对油气井金刚石钻头的设计具有重要的指导意义....
摘要:超硬材料之一人造金刚石在中国已经诞生整整50年了,这是中国几代人在这一领域前赴后继奋斗的结果,也是其优异的性能得到充分利用,为国民经济服务不断取得实效的50年.50个春秋,在历史的长河中是短暂的,但在奋进中是难辛的.老一辈奉献了青春,变成耄耋老人,开创了良好局面;年轻一代接过接力棒,勇攀高峰,全面走向世界.今天让我们怀着难忘的、激动的心情,回顾今天,展望未来!...
摘要:结合不同因素对油气井金刚石钻头的选型进行了分析,对水力参数的选择进行了考察,对钻头下井前的工作进行了细致描述并对钻头的使用操作进行了探讨,最后对井下异常情况的处理做了说明....
摘要:阐述了油气井金刚石钻头在模具制造、胎体材料研制、钻头冷却方面的新工艺和新进展及PDC钻头在钎焊工艺方面的进步.对油气井金刚石钻头制造工艺具有一定的指导意义....
摘要:分析了金刚石钻头钻井的优越性,对油气井金刚石钻头的使用及制造技术情况进行了说明,最后研究探讨了几种金刚石钻头制造新技术,并对其发展方向做了总结....
摘要:在不同温度下,采用热压烧结法制备了含3%(质量分数,下同)Na2O-B2O3-SiO2-A12O3-Li2O脆性玻璃结合剂的玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具,通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、XPS、洛氏硬度计、抗折强度试验机、气动圆度测试仪等研究了烧结温度对复合结合剂微观结构、力学及磨削性能的影响.结果表明:随着烧结温度提高,玻璃相发生球形—椭球形—长条状—片层状的形状变化.烧结温度为850℃时,金属与玻璃间出现10~20 nmFeAl2O4过渡层,强化了两者界面结合,复合结合剂抗折强度达到最大值826MPa,硬度为94 HRB.烧结温度为900℃时,脆性FeAl2O4过渡层增厚导致抗折强度下降.烧结温度为850℃时,金属结合剂磨具与添加3%玻璃结合剂的金刚石磨具相比,加工气缸圆度和直线度平均值分别由3.1 μm和2.5 μm降低至2.7 μm和2.1 μm....
[博士论文] 谢德龙
材料科学与工程 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:“深部找矿”是国家重大战略,实现此战略的关键在于研制出适应于深孔钻探的新型金刚石钻头,而深孔钻头开发的关键是金属结合剂的研制。为适应深孔钻头开发需要,结合剂配制时人们开始利用预合金粉来替代混合粉。虽然预合金粉在制备及使用上取得了较大进展,但在预合金粉的物相组成、微观形貌、预合金粉提升钻头性能机理上还有待进一步研究。另一方面,无压烧结技术由于具有操作简单、生产成本低等优势,在超硬材料工具制造中应用越来越广泛,但国内外关于预合金粉无压烧结过程、烧结机理等方面鲜有报道。
  鉴于预合金粉当前的研究及应用特点,本研究工作采用共沉淀法制备FeCoCu预合金粉,对制备工艺、粉体烧结性能等进行了研究;对预合金与金刚石界面结合情况及金刚石颗粒表面生成物进行了表征;对制备的FeCoCu预合金粉冷压成型试样的无压烧结进程及烧结过程中的热力学行为进行了分析;最后设计出针对深孔钻进特点的配方体系并进行了实验验证。主要研究结论如下:
  (1)采用共沉淀法制备三种FeCoCu预合金粉,优化出适宜的制备工艺及粉体烧结工艺,对烧结体性能进行了分析。结果表明:共沉淀法制备FeCoCu预合金粉前驱体的适宜工艺为:反应体系的pH值为2.0、反应温度为50℃、体系溶液浓度为1.0mol/L、溶液添加方式为并流法(在沉淀剂草酸浓度为1.0mol/L时);预合金粉中形成了FeCu4、 Co3Fe7、CoFe15.7金属间化合物;Cu含量越低,粉末粒度会更细;随着铁含量的增加,预合金粉烧结体的力学性能上升;在Fe含量较低时烧结体断口形貌为韧窝状断裂,随着Fe含量的上升,试样断口呈现出穿晶断裂特征。
  (2)研究了FeCoCu预合金对金刚石的包镶及结合界面情况,结果表明:随着铁含量的升高,预合金对金刚石的把持力有明显的增加;Co元素在界面位置处发生了一定的富集;XRD衍射、Raman光谱、FTIR红外光谱、TEM透射分析等测试结果表明,与预合金粉烧结后的金刚石表面主要发生了石墨化反应。
  (3)对三种FeCoCu预合金粉冷压成型试样的无压烧结过程进行了系统考察,结果表明:在烧结收缩开始前,三种试样均有一个受热膨胀阶段,Cu含量越高,膨胀越明显;对于同种试样,升温速率越慢,则致密化程度会越高;在烧结收缩的初期和末期,烧结活化能符合Arrhenius曲线,烧结收缩中期的活化能受多种影响因素作用比较复杂,不符合Arrhenius曲线;对于同种试样,升温速率较慢时,由于烧结会有一个相对较长的滞留阶段,因此试样需要更高的活化能。
  (4)三种FeCoCu预合金粉在不同升温速率下的DSC曲线表明:三种试样均存在着先吸热,后放热的过程;升温速率越大,则峰值越高,峰形越尖锐;随着Fe含量的增加,试样的热流量增大;比热容曲线的变化规律与DSC曲线规律相似;升温速率越快,计算得到的热焓值越高;由膨胀-收缩转化阶段活化能计算结果可知,25wt%Fe-15wt%Co-60wt%Cu试样与45wt%Fe-15wt%Co-40wt%Cu试样的活化能较相近,而65wt%Fe-15wt%Co-20wt%Cu试样的活化能却比前两者高出10倍左右。
  (5)通过设计针对中硬地层的金刚石钻头配方体系,探讨FeCoCu预合金粉配方体系与混合粉配方体系的性能差异,结果表明:在预合金粉配方体系下各成分的理想含量为:骨架相WC为40wt%,65wt%Fe-15wt%Co-20wt%Cu预合金粉为45wt%,液相CuSn15为7wt%,增强相Ni为8wt%;预合金粉与混合粉配方体系烧结体的力学数据表明,使用预合金粉能有效提升结合剂烧结体的力学性能及耐磨性;金相分析、SEM电镜及EDS能谱表明,结合剂烧结体性能的增加是由于预合金粉能有效改善混合粉造成的成分不均匀;在金刚石参数实验基础上进行了两种配方体系下的微钻实验及现场钻进,结果表明:预合金粉配方体系的使用能有效提高钻头的钻进效率及钻进寿命,钻头的综合性能有明显提升。
摘要:金刚石产业污染物主要来自于金刚石提纯。本文回顾了金刚石提纯技术的发展与改进历程,对当前两种主流的金刚石提纯方法进行了较详细的阐述,指出金刚石提纯工艺的发展必须要符合循环、绿色、环保的理念,并且金刚石的提纯必须要与触媒材料的回收有机结合起来。
摘要:本文对顶锤的发展历程、顶锤质量评价发展过程、顶锤大型化与压机大型化的关系等进行了回顾与总结,对顶锤的使用现状进行了分析,从顶锤制造原材料、制造工艺、使用情况等方面做了阐述,对顶锤大型化的发展趋势做了展望,并在最后对顶锤大型化做了总结。
摘要:文章说明了深孔钻对经济发展的重要性和我国矿产资源的特点,从深孔钻复杂性、钻头特点、超细粉末应用等方面详细阐述了发展深孔钻头应该注意的问题,并综述了深孔钻头的生产制作方法和几种应用于深孔钻的钻头,指出应积极开发深孔钻头和深孔钻探技术。
摘要:本文对金刚石工具用预合金粉的几种常用制备方法(高压雾化法、共沉淀法、机械合金化法、电解法等)进行了详细介绍;对当前国内在低Co基粉末制备、氧含量控制、粉末细化、地质钻头用预合金粉配料方案谱系化等方面的研究进展做了分析,总结了现阶段金刚石工具用预合金粉的一些不足之处,并对发展方向做了展望。
摘要:本文对比了不同烧结温度下WC-Cu基配方体系的物理力学性能及WC-663Cu基配方体系的相关性能指标,为新工艺下制作深孔钻头确定了一组基础配方。研究结果表明,850℃烧结温度下,WC-Cu配方体系具有较好的综合力学性能;WC-Cu基配方具有相较于WC-663Cu基配方更好的抗弯强度、抗冲击韧性、耐磨损性及对金刚石颗粒的包镶强度。
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