金刚石-硬质合金复合片的耐磨性测试方法研究

人造金刚石复合片合成用金属杯材料的初步研究摘要在人造金刚石复合片的合成中，金属杯屏蔽材料对产品的合成有至关重要的作用。

本文在日常生产的基础上，对部分不同材质的金属杯进行了对比分析实验，就常用的几种金属杯材料做出较为科学的判断、选择。

关键词复合片金属杯合成温度控制一、前言人造金刚石复合片是在高温高压条件下，将金刚石和硬质合金复合烧结在一起制成的复合材料，这种材料既有金刚石的高耐磨性，又有硬质合金的抗冲击韧性和可焊性，性能非常优越。

作为性能优异的复合材料，金刚石复合片的出现对石油地质勘探、煤炭开采和机械加工等行业的发展起到了非常重要的作用。

在石油地质勘探、煤炭开采以及工程钻探等方面，过去使用最多的是硬质合金类的钻头、钻具，其钻进效率低、使用寿命短，很大程度上制约了相关行业的发展；而将性能优异的人造金刚石复合片应用到这几个行业领域，就达到了使用寿命延长、钻进效率大幅提高、生产成本明显降低等效果。

同时，随着人造金刚石复合片生产技术的不断发展、提高，以及人们对这种产品的认识的不断提高，现在在一些其他领域如机械加工行业也在逐步使用人造金刚石复合片。

所以，可以预见，未来的人造金刚石复合片的市场前景是十分广阔的。

在人造金刚石复合片在生产过程中，将会用到很多种原材料，包括叶腊石、碳管、盐管、金属杯等等，而这些原材料的选择在很大程度上就直接决定了所生产的人造金刚石复合片的质量。

在人造金刚石复合片用到的所有合成材料中，和金刚石微粉直接接触的金属杯的作用是至关重要的，它不仅起到一个屏蔽保护的作用，防止外部杂质在合成过程中进入到复合片内部，而且它对复合片中钴的扩散及金刚石颗粒的生长、键合都起到很重要的作用。

因此，选择一种合适的金属杯材料，对于整个复合片的合成生产的稳定性及最终产品的质量都有十分重要的意义。

本文主要利用现有生产设备、资源，通过实验，讨论分析几种不同金属材料的屏蔽杯对复合片生产的影响，从而最终选择一种最为合适的材料在生产中使用。

金刚石复合片耐磨性设计研究摘要：选定四种不同的烧结温度，其中包括“欠烧”、“正常烧”、“过烧”烧结温度。

对每个不同温度下烧结的PDC片，都沿PDC的径向取四个不同的位置进行耐磨性测试，发现在不同的烧结温度下，PDC磨耗比值沿其径向的变化规律各不相同，这对如何选取耐磨性较好的PDC材料作为刀具提供了一些参考。

关键词：聚晶金刚石复合体;耐磨性;烧结温度;PDC刀具0 引言在工业发达国家，PDC材料已广泛应用于石油地质钻头、切削刀具、拉丝模、修整器和各种耐磨器件，目前国外PDC材料的年消耗增长速度在20%以上聚晶金刚石复合体（Polycrystalline Diamond Compacts）简称PDC，目前国外PDC材料的年消耗增长速度在20%以上。

耐磨性是衡量PDC质量三大指标之一[1]，耐磨性能直接影响着刀具的使用效率。

通过对每个不同温度下烧结的PDC 片，沿其径向进行了大量的耐磨性测试。

1 试验过程1.1 试验材料28μm金刚石粉末;牌号YG15的硬质合金;叶腊石为32.5×32.5×32.5×16的粉压块;钼杯Ф14mm、h为9mm;盐管尺寸Ф外20mm、Ф内15mm;1.2 试验设备6×1800T铰链式六面顶压机;TS71-A型磨耗比测定仪;WEDM电火花线切割机床;金刚石砂轮平面与外圆磨床;工具显微镜;分析天平;101-2A型电热恒温鼓风干燥箱。

1.3 试验方法对于一个PDC圆片，在圆片上不同部位测试磨耗比，其值都不同，PDC 片磨耗比径向测试显得十分重要。

我们选定四个不同的位置进行测定。

第一个位置：PDC圆片的边缘部分，磨耗情况同样如下图;第二个位置：磨损面离圆心2/3R处;第三个位置：磨损面离圆心1/3R处;第四个位置：磨损面过圆心;PDC的第一个位置磨耗比测定方法采用核工业徐国平等人[2]的以PDC的体积磨耗量代替其失重。

如图所示，若设PDC的半径为R;磨损面长为L1;L1与圆心O的距离为L;PDC圆周上任一点的坐标为（x，y）;PDC磨损掉的体积为v，则：然后把测试完的PDC片用线切割机切成离圆心2/3R、1/3R处、圆心处，若设PDC的半径为R;磨损面长为L1;磨损斜面长为X;PDC金刚石层平面方向与接触点的切线方向成45度角;为了方便计算，根据我们测试的经验，复合片PCD 层比重取为4.2g/cm3。

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。

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。

金刚石复合片抗冲击装置的研制及测试评价张涛;卢灿华;包玉合;窦明;刘俊涛【摘要】利用冲击钻进波动理论,模拟金刚石复合片在井下工作时的实际受力状态,研制金刚石复合片抗冲击装置,提出金刚石复合片抗冲击韧性测试方法。

结果表明：经本装置测试后得出的 ZB1308、ZA1308、ZA1613和 ZA1913金刚石复合片的抗冲击韧性的最小值,与实际受载情况相符,即：常温抗冲击韧性值的最小值分别为30、60、80、85 J,高温抗冲击韧性最小值分别为20、50、70、75 J。

本装置可以有效拟合金刚石复合片在井下工作的真实情况。

%According to the theory of percussion drilling fluctuation the actual stress of polycrystalline diamond compact PDC working under the well was simulated A new PDC impact resistant device is designed with new method The impact resistance of PDC ZB1308 ZA1308 ZA1 613 and ZA1 913 was tested by using the device It is shown that the minimum values are 30 60 80 85 J at the normal atmospheric temperature and that the minimum values are 30 60 80 85 Jat the high temperature The result matches with the actual forces The new device could effectively simulate the real stress of the PDC working under the well.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2016(036)006【总页数】4页(P71-73,78)【关键词】金刚石复合片;抗冲击装置;抗冲击韧性【作者】张涛;卢灿华;包玉合;窦明;刘俊涛【作者单位】中南钻石有限公司，河南南阳 473264;中南钻石有限公司，河南南阳 473264;中南钻石有限公司，河南南阳 473264;中南钻石有限公司，河南南阳473264;中南钻石有限公司，河南南阳 473264【正文语种】中文【中图分类】TG74;TB33金刚石复合片以其优良的耐磨性能，在旋转钻头中已得到了广泛的应用，但其冲击韧性较差。

硬质合金刀具类金刚石涂层的摩擦磨损性能安孝玲，刘利国*（江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122）摘 要：以等离子体化学气相沉积技术在硬质合金刀具表面制备了类金刚石(DLC)涂层。

研究了DLC涂层刀具和无涂层刀具的硬度，不同载荷、不同转速下两种刀具的摩擦磨损性能，以及在水润滑和油润滑条件下DLC涂层刀具的滑动摩擦行为。

结果表明，DLC涂层刀具的平均硬度为2 099.9 HV，比无涂层刀具提高了48.3%；DLC涂层刀具的摩擦因数明显低于无涂层刀具，其磨损率随着载荷的增加而增大，随转速的增大而减小；油润滑比水润滑能更有效减缓摩擦作用。

关键词：硬质合金刀具；类金刚石膜；等离子体化学气相沉积；摩擦学中图分类号：TB43; TH117.1文献标志码：A文章编号：1004 – 227X (2009) 06 – 0068 – 04Friction wear behavior of diamond-like carbon films on carbide cutting tool // AN Xiao-ling, LIU Li-guo* Abstract: Diamond-like carbon (DLC) films were prepared on the surface of carbide tool by plasma chemical vapor deposition. The hardness and friction wear properties under different loads and at different rotation speeds for the tools with and without DLC films, as well as the sliding friction behavior of the tools with DLC films under water and oil lubricating conditions were studied. The results showed that the average hardness of the tools with DLC films is 2 099.9 HV, an increase of 48.3% as compared with the untreated carbide tool. The friction factors of the tools with DLC films are remarkably lower than that of the tools without DLC films. The wear rate is increased with increasing load, but decreased with increasing speed. The friction effect under oil lubrication is decreased more efficiently than that under water lubrication.Keywords: carbide cutting tool; diamond-like carbon film; plasma chemical vapor deposition; tribologyFirst-author’s address:School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China1 前言类金刚石膜(diamond-like carbon films，简称收稿日期：2009–03–05 修回日期：2009–04–01作者简介：安孝玲（1983–），女，湖北襄樊人，在读硕士研究生，主要研究方向为表面工程。

表征金刚石复合片的耐磨性的一种方法
陈波
【期刊名称】《科教文汇》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】耐磨性是衡量金刚石复合片质量的一个重要指标,但金刚石复合片耐磨性测试方法中存在的称量误差太大,本文借鉴了国外的一种检测金刚石复合片耐磨性的方法,用体积磨耗比代替失重磨耗比,阐述了两种情况下金刚石复合片的体积磨耗比的测量方法,实践证明这种方法准确,操作简单易行.
【总页数】1页(P278-278)
【作者】陈波
【作者单位】武汉理工大学理学院,湖北·武汉,430070:
【正文语种】中文
【中图分类】TB333
【相关文献】
1.聚晶金刚石复合片缺陷分析、分类及表征方法的研究 [J], 刘芳;范文捷;周传勋
2.聚晶金刚石复合片耐磨性能的喷砂检测方法 [J], 王裕昌
3.对国内金刚石复合片(PDC)耐磨性测试方法的探讨 [J], 徐国平;梁红原;杨世珍;汪玉树
4.聚晶金刚石复合片耐磨性的表征 [J], 汪冰峰;王绍斌;杨扬;唐三川;陈潮勉
5.XRD方法在聚晶金刚石复合片界面应力表征中应用的研究 [J], 刘芳;范文捷;江世景
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