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聚晶金刚石复合片脱钴试验的抗弯强度对比分析赵彬;邬浩天;黄凯;王艳芝【摘要】对不脱钴和脱钴的聚晶金刚石复合片(PDC)复合层分别进行抗弯强度测试,并根据其原理计算抗弯强度.采用XRD和SEM对断裂面的物相和形貌进行分析,观察钴含量对抗弯强度的影响.结果表明:脱钴后,PDC金刚石层中Co含量降低,韧性变差,受到载荷作用时首先出现裂纹,导致复合层在完全断裂前载荷-位移曲线有略微下降的趋势;两个系列PDC样品的复合层抗弯强度均较未脱钴的有明显降低,说明Co相的存在有助于提高PDC的抗弯强度;且随着脱钴深度的增加,PDC复合层抗弯强度的降幅增大.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2018(029)006【总页数】6页(P11-15,20)【关键词】聚晶金刚石复合片;脱钴;三点抗弯强度;钴【作者】赵彬;邬浩天;黄凯;王艳芝【作者单位】河南晶锐新材料股份有限公司,河南郑州451171;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;中原工学院纺织学院,河南郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TG74聚晶金刚石复合片(PDC)是一种新型复合材料，是在高温高压条件下把粒度为微米级的金刚石颗粒与硬质合金碳化钨基体烧结而成。
PDC既具有聚晶金刚石的高硬度和高耐磨性，又具有硬质合金的可焊接性[1-3]。
传统上PDC主要应用于地质勘探、石油天然气煤炭开采等领域，近年来随着PDC使用方法的不断创新，使用领域的不断拓展，PDC的需求量持续上升[4-8]。
随着PDC使用环境的多样化和复杂化，对其各种性能指标的要求越来越高。
目前国内PDC产品的磨耗比、抗冲击韧性与国外同类产品已十分接近，但在使用效果上仍有较大差距，导致售价差异较大。
究其原因主要是国内复合片的稳定一致性不好，在地质条件复杂的区域表现更为明显。
去除钴粘结相是提高PDC热稳定性的一个重要方法，因此市场上的PDC产品多为脱钴产品。
金刚石复合片的性能检测金刚石复合片的性能检测000金刚石复合片(polycrystalline diamondcompact PDC)作为一种新型复合材料，其发展历史仅有十几年，但其应用范围已发展到各行各业，广泛地应用于地质钻探、非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等领域。
它的表层为金刚石粒度不同的粉末烧结而成的多晶金刚石，具有极高的硬度、耐磨性和较长的工作寿命;底层一般为钨钴类硬质合金，它具有较好的韧性，为表层聚晶金刚石提供良好的支撑，且容易通过钎焊焊接到各种工具上。
目前国内外一般都采用超高压高温烧结的方法制造聚晶金刚石-硬质合金复合片。
由于它的使用范围扩大，对其性能的要求提高，因而相应的性能检测方法也经过了一个快速的发展过程，在检测的准确性和有效性方面都趋于成熟。
1金刚石复合片的性能金刚石复合片之所以应用如此广泛，主要是因为其具有其他材料无与伦比的优越的性能。
(1)高的硬度和耐磨性(磨耗比)。
复合片的硬度高达10 000 HV左右，是目前世界上人造物质中最硬的材料，比硬质合金及工程陶瓷的硬度高得多。
由于硬度极高，并且各向同性，因而具有极佳的耐磨性。
一般通过磨耗比来反映复合片的耐磨性，在20世纪80~90年代中期，复合片磨耗比为4~6万(国外为8~12万); 20世纪90年代中期至现在，复合片的磨耗比为8~30万(国外10~50万)。
(2)热稳定性。
复合片的热稳定性确定了其使用范围，复合片的热稳定性[2]即为耐热性，与其强度和磨耗比一样，是衡量PDC质量的重要性能指标之一。
耐热稳定性是指在大气环境(有氧气存在)下加热到一定的温度，冷却以后聚晶层化学性能的稳定性(金刚石墨化的程度)、宏观力学性能的变化和对复合层界面结合牢固程度的影响。
热稳定性的变化在750℃烧结以后，国内部分厂家产品表现为磨耗比上升5% ~20%，抗冲击韧性变化不大，部分厂家产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，这与各个单位所采用的配方和工艺不同有关，国外复合片的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。
聚晶金刚石拉丝模具技术条件在现代工业生产中，拉丝工艺是一项至关重要的技术，而聚晶金刚石拉丝模具则是实现高质量拉丝的关键工具。
聚晶金刚石拉丝模具具有优异的耐磨性、高精度和长寿命等特点，广泛应用于电线电缆、金属丝材等领域。
为了确保聚晶金刚石拉丝模具的性能和质量，需要明确一系列的技术条件。
一、聚晶金刚石材料的要求聚晶金刚石拉丝模具所使用的聚晶金刚石材料应具备高纯度、高硬度和良好的结晶性能。
其硬度应达到特定的标准，以保证在拉丝过程中能够承受高强度的摩擦和磨损。
同时，材料的晶体结构应均匀致密，避免出现孔隙、裂纹等缺陷，这些缺陷会严重影响模具的使用寿命和拉丝质量。
聚晶金刚石的颗粒尺寸和分布也对模具性能有着重要影响。
较小的颗粒尺寸可以提供更高的表面光洁度，但可能会降低模具的耐磨性；较大的颗粒尺寸则能提高耐磨性，但表面光洁度可能会有所下降。
因此，需要根据具体的拉丝要求，选择合适的颗粒尺寸和分布。
二、模具的几何形状和尺寸精度聚晶金刚石拉丝模具的几何形状包括入口锥角、定径区长度和出口锥角等。
入口锥角的大小决定了金属丝进入模具时的阻力，过大或过小的锥角都会导致拉丝过程中的不稳定和断丝现象。
定径区长度直接影响拉丝的精度和表面质量，一般来说，较长的定径区能够提供更好的尺寸控制和表面光洁度。
出口锥角则有助于减少金属丝在离开模具时的摩擦力，防止划伤和变形。
模具的尺寸精度是保证拉丝质量的关键因素之一。
模具的内径尺寸应严格控制在规定的公差范围内，通常要求达到微米级的精度。
任何尺寸偏差都可能导致拉丝后的金属丝直径不均匀、表面粗糙等问题。
三、表面光洁度和粗糙度聚晶金刚石拉丝模具的表面光洁度直接影响拉丝后的金属丝表面质量。
模具表面应经过精细的研磨和抛光处理，使其表面粗糙度达到极低的水平。
一般来说，表面粗糙度 Ra 值应小于 005 微米，以确保金属丝在拉丝过程中能够获得光滑的表面，减少摩擦和磨损。
为了达到良好的表面光洁度，需要采用先进的加工工艺和设备，如激光加工、电火花加工等，并结合精细的研磨和抛光技术。
3 聚晶金刚石的热稳定性研究聚晶金刚石的热稳定性确定了其应用范围[12] ，对其研究越来越受到人们的关注。
由于聚晶金刚石受热后，其使用性能会受到很大影响，所以很自然地从受热前后聚晶金刚石性能的改变来研究其热稳定性。
并有定义[13] 为：聚晶金刚石复合片的耐热性是指它在空气中或保护气氛中加热而耐磨性基本保持不变所能承受的温度与相应的时间。
单以耐磨性来评定聚晶金刚石的热稳定性，未免有失偏颇。
目前，测量加热后聚晶金刚石性能改变量成为研究其热稳定性的主要手段。
在世界范围内，测定耐热性的方法主要有三种[1] ：(1)英国De Beers 公司是将其置于空气中用马弗炉加热，同时将其置于还原气氛(95%H2+5%N2)中用还原炉加热，至某一温度，并保持一段时间，然后测定其失重、耐磨性、石墨化程度和抗冲击性能;(2) 英国De Beers 公司还有用热量—差热分析仪，并配以高温显微镜，来测定其初始氧化温度，以此来确定氧化度、耐热性;(3)美国GE 公司是将加热过的烧结体，用扫描电镜作断口分析及车削试验，切削速度为107〜168m/min，进给量为0.13mmPR。
国内的研究手段大多类似于方法二，采用差热—热重法。
并用差热、热重曲线来分析温度点，以此来确定聚晶金刚石的氧化温度、石墨化温度等。
研究表明，聚晶金刚石的热稳定性与许多因素有关。
3.1 聚晶金刚石热稳定性与环境的关系与单晶金刚石的热稳定性类似，在不同环境中，聚晶金刚石的热稳定性差别很大。
分别在氢气、氮气、空气中，将去掉硬质合金基体的聚晶金刚石复合片从600 C加热到800 C [14]。
在对PCD表面显微分析中得出：氢气中，PCD表面从700 C〜750 C开始有明显的恶化；氮气中，几乎在600 C粘结相就开始从晶界渗出，随着温度的升高越来越明显，至约750C时发现PCD表面有碎裂的迹象，达到800C时则损伤相当严重；空气中，在约600C时，PCD面出现损伤，并伴随着Co 粘结相被挤出PCD 表面，其形状为球形，主要是因为粘结相的氧化物与金刚石的氧化物互不润湿。
钻探用聚晶金刚石复合片的显微组织及性能朱 培，卢灿华，张 涛，陈 明，赵文龙，韩新伟（豫西集团中南钻石有限公司技术中心, 河南南阳 473264）摘要 采用上层为细粒度金刚石、下层与硬质合金接触的为粗细度金刚石的分层设计理念，制备钻探用多金刚石层的聚晶金刚石复合片（PDC），对比不同粒度的单层金刚石PDC与多层金刚石PDC的显微组织与性能的差异。
利用超声波扫描、扫描电子显微镜（SEM）表征每种PDC的内部缺陷和表面形貌等，并分别对PDC的耐热性、抗冲击性和耐磨性进行测试。
结果表明：多层金刚石PDC的综合性能良好，其表层耐磨，下层更耐冲击，且其具有更加均衡的耐热性、抗冲击性和耐磨性。
细粒度金刚石层PDC的耐磨性更高，但耐热性和抗冲击性较低，而粗粒度金刚石层PDC的耐热性和抗冲击性能更好，但耐磨性较差。
关键词 聚晶金刚石复合片；分层设计；耐热性；抗冲击性；耐磨性中图分类号 TQ164; TG74 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)04-0482-07DOI码 10.13394/ki.jgszz.2022.0110收稿日期 2022-07-14 修回日期 2022-12-09聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond com-pact，PDC）是采用不同粒度的金刚石微粉与硬质合金衬底在高温高压（HPHT）条件下烧结而成的复合超硬材料，其表面较薄的金刚石层具有极高的硬度、较高的耐磨性与导热性，钨钴类硬质合金衬底具有较高的强度和一定的韧性，为较薄的金刚石层提供良好支撑。
PDC克服了金刚石受冲击易破损的问题，同时拥有与硬质合金相当的抗冲击性，是制造钻井钻头、切削刀具及其他耐磨工具的理想材料，因而被广泛应用于石油天然气开采、煤炭地质勘探、机械加工等领域[1-3]。
PDC钻头是现在石油钻井工具中使用最多的钻头种类，其耐热性、耐磨性和抗冲击性能决定了钻头的使用寿命，直接影响钻井工程的进度及质量。
φ58mm聚晶金刚石复合片的合成及表征李思成;屈继来;方海江【摘要】利用国产六面顶压机,合成出了φ58 mm的聚晶金刚石复合片.超声波微成像分析表明,样品无分层、裂纹、金刚石层厚度不均等缺陷.导电性及切削测试显示,实验合成的粒度尺寸为25 μm的58GD-025刀片及混合粒度的58GM-253的切割速度与耐磨性均表现优异.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2016(036)001【总页数】5页(P38-42)【关键词】大直径;聚晶金刚石复合片;超声波微成像;导电性;耐磨性【作者】李思成;屈继来;方海江【作者单位】河南四方达超硬材料股份有限公司,郑州450016;河南四方达超硬材料股份有限公司,郑州450016;河南四方达超硬材料股份有限公司,郑州450016【正文语种】中文【中图分类】TQ164金刚石作为自然界已知最硬的材料，在工业上有着广泛的应用。
1973年，美国GE公司成功地研制出聚晶金刚石复合片Compax，引起了世界各国的广泛关注[1-2]。
聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compacts，简称PDC)是以金刚石微粒与硬质合金基体在高温高压下烧结而成的，避免了单晶的各向异性，克服了单晶金刚石受冲击易解理破损的缺陷，并具有硬质合金的韧性和易加工的特性。
因此PDC在有色金属切削加工、木材加工等方面得到广泛的应用[3-5]。
聚晶金刚石刀具较合金类刀具昂贵，主要表现在刀具的材料成本和制造成本上。
增大PDC的直径和提高PDC的导电性是降低金刚石刀具成本的有效手段，前者可提高切割时的出材率，后者可提高刀具生产效率。
所以刀具用金刚石复合片正朝着规格尺寸大型化、质量优化、性能均匀化的方向发展[6]。
美国的DI公司和英国的元素六公司在该类产品上代表了世界先进水平，他们采用两面顶技术可以生产φ58 mm和φ74 mm的大直径PDC复合片。
本团队采用独特的六面顶技术，在国内率先试验成功并量产φ51 mm直径的聚晶金刚石复合片。
金刚石复合片耐磨性研究陈超;林峰;盘玉英;秦建新;张莉丽;冯吉福【摘要】采用不同的合成工艺,在高温高压下合成出金刚石复合片(PDC),并进行磨耗比测试,进而对样品高温热处理前后的磨耗比进行对比。
结果表明：在保持其他条件(合成压力,合成温度,合成时间)不变的情况下,样品的磨耗比随烧结温度的升高先增加后减小；随合成时间先增加后减小；随金刚石粒度的增大而增加。
测过磨耗比后,对样品进行无气氛保护高温热处理,并再次对样品进行磨耗比测试。
试验发现：在较低合成温度或较短合成时间下合成的样品经高温处理后磨耗比较处理前增加,而在较高合成温度或较长合成时间下合成的样品磨耗比减小。
经多次试验和分析得出：合成压力在5~5.5GPa,T 3温度下,烧结6分钟为最佳合成工艺,在此条件下合成的金刚石复合片的磨耗比为40×104。
%In the paper,polycrystalline diamond compacts (PDC)were synthesized under different sintering temperature and time by invariable pressure and their wear resistance were tested.After treatment a t 750℃ in air,wear resistance of these PDC were tested again.The results of the experiment show that the G-ratio increases first and then decreases with sintering temperature increasing.Similar results are obtained by different sintering time.The best technology in this experiment is to sinter 6 minutes at the temperatureT3.The second sintering in air can improve wear resistance of insufficient sintering PDC.The experiment shown that under the pressure of5~5.5GPa,temperature T3,sintering time 6 minutes,perfect sample will be obtained,and the G-ratio can reach as high as 40×10 4 .【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】5页(P11-15)【关键词】高温高压;PDC;磨耗比【作者】陈超;林峰;盘玉英;秦建新;张莉丽;冯吉福【作者单位】国家特种矿物材料工程技术研究中心，中国有色桂林矿产地质研究院，广西桂林 541004;国家特种矿物材料工程技术研究中心，中国有色桂林矿产地质研究院，广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息科技学院，广西桂林 541004;国家特种矿物材料工程技术研究中心，中国有色桂林矿产地质研究院，广西桂林541004;国家特种矿物材料工程技术研究中心，中国有色桂林矿产地质研究院，广西桂林 541004;国家特种矿物材料工程技术研究中心，中国有色桂林矿产地质研究院，广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TQ1641 引言金刚石作为自然界已知最硬的材料，在工业上有着广泛的应用。
金刚石热稳定性1 前言自然金刚石是自然界中最硬的物质，并具有很多卓越的性能。
这些其他材料很难比较的优秀品质，对切削加工来说是至关重要的。
然而，自然金刚石的价格格外昂贵，多用于特别场合。
自从1954 年人工合成金刚石以来，在世界范围内，人造金刚石已经经受了三个进展阶段[1]：(1)50 年月人造金刚石的合成，使金刚石生产工业化成为现实;(2)70 年月聚晶金刚石(PCD)的消灭，使人造金刚石进入全面代替自然金刚石而制作工具的时期;(3)80 年月成熟的低压气相生长金刚石薄膜(CVD)的成功开头了金刚石作为功能性材料应用的时代。
人造金刚石工具的用途很多，可用作刀具、磨具、锯切工具、钻具、拉拔工具、修整工具和其他工具。
金刚石工具的使用，对切削加工业产生了革命性的影响，提高了加工速度和生产率，延长了刀具使用寿命，并且可获得满足的加工效果。
随着对加工质量要求的不断提高，以及一些难加工材料的特别加工要求，人们对金刚石工具的质量与使用性能提出了更高的要求与期望。
作为金刚石工具重要性能指标之一，热稳定性(Thermal Stability)的争论越来越受到各国金刚石工具生产制造者和使用者的重视。
英国De Beers 和美国GE 公司近年来加大了对其金刚石产品热稳定性能的测试[1]，进展了诸多方面的争论来改进金刚石工具的热稳定性，并不断推出热稳定性更好的产品[2]。
从生产到实际应用，金刚石工具要经受两次受热过程：(1)将其制作成刀具时，所经受的切割及焊接加热过程，假设金刚石产品的热稳定性低，较高的焊接加热温度将会引起金刚石层损伤，对其组织构造产生不利影响，从而影响刀具的使用性能;(2) 在切削加工过程中，切削刃受热，此时，假设金刚石产品的热稳定性低，刀具就会很快磨损，从而影响加工质量，降低刀具的使用寿命，使生产效率下降、增加生产本钱等。
由此可见，金刚石工具的热稳定性直接关系到其本身的应用的进展前途。
渐渐地，对金刚石工具产品性能的评估，不再局限于强度、硬度、耐磨性等，而是参与热稳定性指标的综合评价。
类金刚石薄膜球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能1范围本文件为类金刚石（DLC）薄膜的摩擦系数和比磨损率的测定规定了流程并提供了指导。
该方法规定材料在干燥条件下，采用球对盘结构配副进行测试。
本文件不适用于DLC薄膜涂层的部件在润滑环境下的测试。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1182，产品几何技术规范（GPS）—几何公差-形状、方向、位置和跳动公差（GB/T1182-2018，ISO1101，MOD）GB/T6062，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法—接触（触针）式仪器的标称特性（GB/T 6062-2009，ISO3274，IDT）GB/T308.1，滚动轴承—球—第1部分：钢球（GB/T308.1-2013，ISO ISO3290-1，NEQ）GB/T308.2，滚动轴承—滚珠—第2部分：陶瓷滚珠（GB/T308.2-2010，ISO3290-2，IDT）ISO3611，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备：外部测量用千分尺-设计和计量特性GB/T10610，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法表面结构—术语，定义及参数（GB/T 10610-2009，ISO4287，IDT）ISO13385-1，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备—第1部分：卡尺；设计和计量特性ISO80000-1:2009，量和单位—第1部分：总则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
磨损Wear固体材料由于与一种或多种材料接触发生相对运动，其表面质量逐渐减少的过程。
磨损测试Wear Test滑动接触中材料摩擦磨损性能的评价方法。
球盘试验法Ball-on-disc Method在一定载荷下，将球形试样接触到旋转的圆盘试样上，从而产生滑动接触的磨损试验。
PCD 聚晶金刚石刀具特性及其适合加工的材料简介图1努氏硬度图2断裂韧性图3导热性制备工艺PCD是由大量随机定向的金刚石颗粒在极困难的条件下进行人工合成得到的。
它通过在高压高温下烧结精选的金刚石颗粒进行制备。
烧结过程在金刚石稳定区内被严格地控制，于是生产出一种极硬且耐磨的结构。
特性PCD是由大量随机定向的金刚石颗粒在极困难的条件下进行人工合成得到的。
它通过在高压高温下烧结精选的金刚石颗粒进行制备。
烧结过程在金刚石稳定区内被严格地控制，于是生产出一种极硬且耐磨的结构。
特性以聚晶形态组成的金刚石提供了一种强大的切削刀具，它提供极好的硬度及由此得到的耐磨性，并与聚晶结构所带来的极佳韧性相结合。
此外，金刚石拥有所有刀具材料中最高的导热性，使得热量迅速从切削刃传递出来。
除PCD与铁的高亲合力以外，PCD不会与工件材料粘结，在正确的切削参数下，积屑瘤是最小化的。
所有的SecomaxPCD刀具都拥有镜面抛光的前刀面，提供最低的摩擦系数和光滑的切削刃。
适合加工的工件材料铝合金铝合金已成为交通工业需求的致力于减轻重量的理想材料。
尽管铝合金的生产在能量消耗上具有更大的初始需求，但在长期运作中证明有更多的益处，这些合金的性能将超过其它与其竞争的材料。
纯铝的硬度低、耐腐蚀。
举例讲，添加铜或镁等合金元素将使该材料具有更高的强度。
巿场上有很多种铝合金，最著名的莫过于分别用于汽车与航空航天行业的2000及6000系列。
锻造和铸造铝合金之间有明显的分界线，各有几种不同的材质等级，而且有各式各样的硬化处理性能。
对于硅(Si)含量低到中等的硅合金来说，PCD在铣削应用与粗加工中提供了最好的耐磨性，见下表。
所遭遇到的最常见的问题应该是积屑瘤。
即使是很高的切削速度，加工低硅铝合金时也会发生这种情况。
切削刃的几何角度和质量必须要被小心地应用。
采用这样的参数，当与工件的接触时间越久，产生的热量上升，其直接的影响就是刀具寿命的缩短。
对于加工高硅铝合金，PCD的耐磨性被完全地利用。
