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提高电镀金刚石工具中金刚石与胎体结合力的工艺研究的开题报告一、选题背景与研究意义电镀金刚石工具作为一种高精密、高效率的加工工具，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
然而，金刚石与胎体之间结合力的强弱直接影响工具的使用寿命和加工效果。
因此，研究提高金刚石与胎体之间的结合力具有重要的实际意义。
本研究通过对电镀金刚石工具金刚石与胎体结合力的影响因素进行分析和研究，旨在提高金刚石与胎体的结合力，进一步改进电镀金刚石工具的性能和使用寿命。
二、研究内容和研究方法本研究的主要内容包括：1、分析电镀金刚石工具中金刚石与胎体之间结合力的影响因素；2、研究金刚石与胎体之间结合力的测试方法和测试指标；3、研究提高金刚石与胎体之间结合力的工艺方法和工艺参数。
本研究将采用实验研究的方法，通过对不同工艺参数下金刚石与胎体之间结合力的测试和分析，找出影响结合力的主要因素，结合工艺参数对结合力的影响进行优化，并对优化后的工艺参数进行验证和检测。
三、研究预期结果本研究最终预期实现以下效果：1、找出影响电镀金刚石工具中金刚石与胎体结合力的主要因素；2、建立金刚石与胎体结合力测试和评价体系；3、研究出一种有效的提高金刚石与胎体结合力的工艺方法和工艺参数，可显著提高电镀金刚石工具的使用寿命。
四、研究进展计划本研究的进展计划分为以下阶段：第一阶段：文献综述；第二阶段：金刚石与胎体结合力的影响因素分析，并建立测试评价体系；第三阶段：设计实验方案，对影响金刚石与胎体结合力的工艺参数进行测试和分析；第四阶段：根据实验结果，优化提高金刚石与胎体结合力的工艺方法和工艺参数；第五阶段：验证和检测工艺优化后金刚石与胎体结合力的改进效果。
金属结合剂金刚石工具烧结技术的研究金刚石工具被誉为“工业的牙齿”，以其无与伦比的优异性能和不可替代性成为当今公认的、必不可少的硬脆材料加工用超硬材料工具。
传统电阻式热压法制造金属结合剂金刚石工具生产周期短、工艺调整简单，但存在固有的弊病和缺陷，其中最为根本的问题是：烧结过程能耗高，工具的质量稳定性差，使用性能水平低。
本文在总结热压烧结理论的基础上，选用Co-Cu-Sn粉末作为金刚石工具胎体，围绕金属结合剂金刚石工具烧结技术进行研究。
获得如下结论：（1）论文首先对同一配方采用HP、C-HP和HIP烧结工艺制备金属结合剂金刚石工具，并对工艺参数进行了优化，其最佳烧成温度、保温时间、施压条件分别为：760℃、4min、35MPa，770℃、90min、30MPa，780℃、60min、80MPa。
（2）在优化工艺条件下，制备WD试样、HD试样和试切用锯片。
研究结果表明：HP工艺烧结时间短，但温度场分布不均，烧结试样孔洞较多，易出现金刚石烧蚀现象，杂质氧化物会阻碍金属原子的迁移与扩散，甚至成为裂纹源；C-HP 工艺温度场均匀，还原气氛能有效活化金属原子，促进致密化；HIP工艺能显著降低烧结组织的气孔率，细化晶粒，试样断面出现类似于塑性断裂的浅韧窝特征，胎体对金刚石的包镶状况良好，其试样综合力学性能最佳。
（3）Co-Cu-Sn胎体和金刚石节块的烧结均属于以固相烧结为主的瞬时液相烧结，其致密化过程包括吸附气体的解吸与逸出、金属颗粒表面氧化物的还原、液相的形成与消失、不同组元的扩散与合金化等阶段。
三种烧结技术所获得的胎体试样物相组成均为Cu5.6Sn和α-Co，HIP试样结晶最佳。
（4）试切结果表明：HIP锯片的优势主要表现在使用寿命上，其寿命较HP锯片提高了29%。
在质量稳定性上，HIP锯片最优，其次为C-HP锯片、HP锯片。
（5）ANSYS热分析结果表明：HP烧结过程中，若粉末压坯密度均匀，仅考虑石墨模具作为发热体时，粉末压坯受热快，即使是快速升温也能保证温度场的均匀性。
冶金铜基金刚石工具研究进展金刚石具有极高的硬度、极强的耐磨性和优良的物理机械性能。
以金刚石颗粒为磨料，与金属胎体经过混合烧结工艺制取的金刚石工具，由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能，成为加工玻璃、花岗岩、大理石等硬脆材料不可替代的新型工具。
金刚石工具的工作层部分由金刚石磨料和胎体组成。
金刚石颗粒需要胎体的镶嵌把持才能发挥作用，金刚石工具的性能常常由胎体性能的质量来决定，其工作性能的发挥与胎体的性能是密切相关的。
由于烧结 Cu 基胎体脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力，所以 Cu 基金刚石工具锋利、韧性好; 另外 Cu 基金刚石工具具有烧结温度低、成形性能好等特点，得到广泛应用。
但相对于 Co 基胎体，Cu 基胎体也有其自身的一些弊端，如对金刚石润湿性较差，造成金刚石工具强度、硬度低; 对金刚石的把持力较低，切削时会发生金刚石脱落，使实际参与切削的金刚石数量减少，导致宏观破碎率增加，耐磨性降低［1］。
为了克服以上缺点，科研人员将很多先进技术应用到 Cu 基金刚石工具中，例如预合金化技术、稀土元素等的应用。
本文从 Cu基胎体的分类、金刚石表面金属化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用等方面，综述 Cu 基金刚石工具的研究现状。
1 Cu 基胎体的分类众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。
在Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。
所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。
根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:1) 青铜基胎体青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。
冶金铜基金刚石工具研究进展金刚石具有极高的硬度、极强的耐磨性和优良的物理机械性能。
以金刚石颗粒为磨料，与金属胎体经过混合烧结工艺制取的金刚石工具，由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能，成为加工玻璃、花岗岩、大理石等硬脆材料不可替代的新型工具。
金刚石工具的工作层部分由金刚石磨料和胎体组成。
金刚石颗粒需要胎体的镶嵌把持才能发挥作用，金刚石工具的性能常常由胎体性能的质量来决定，其工作性能的发挥与胎体的性能是密切相关的。
由于烧结 Cu 基胎体脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力，所以 Cu 基金刚石工具锋利、韧性好; 另外 Cu 基金刚石工具具有烧结温度低、成形性能好等特点，得到广泛应用。
但相对于 Co 基胎体，Cu 基胎体也有其自身的一些弊端，如对金刚石润湿性较差，造成金刚石工具强度、硬度低; 对金刚石的把持力较低，切削时会发生金刚石脱落，使实际参与切削的金刚石数量减少，导致宏观破碎率增加，耐磨性降低［1］。
为了克服以上缺点，科研人员将很多先进技术应用到 Cu 基金刚石工具中，例如预合金化技术、稀土元素等的应用。
本文从 Cu基胎体的分类、金刚石表面金属化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用等方面，综述 Cu 基金刚石工具的研究现状。
1 Cu 基胎体的分类众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。
在Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。
所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。
根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:1) 青铜基胎体青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。
孕镶金刚石钻头现在普遍应用于钻探生产中，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好、价格相对较低、工业制造过程简单等特点。
本文介绍了孕镶金刚石钻头的碎岩机理、选择依据和使用方法，并对钻头磨损形态进行了分析，为以后选择和使用孕镶金刚石钻头提供了一些参考。
孕镶金刚石钻头就是把较细的金刚石均匀的分布到钻头胎体中，这种钻头配有不同硬度的胎体，可以钻进各种硬度的岩石，特别是钻进中等硬度以上的岩石，钻进效率高、成本低、岩芯采取率高、钻孔弯曲度小，能钻进任何倾角的钻孔。
1孕镶金刚石钻头的碎岩机理由于孕镶金刚石钻头的金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效果很小，实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削，并随着原有硬质点的逐渐磨损和消失，胎体也在不断磨耗，新的硬质点又裸露出来继续工作。
实际上，孕镶钻头在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的“自磨出刃作用”而常处于锐利状态。
孕镶钻头在孔底的工作过程是非常复杂的，钻头被钻具紧压在孔底岩石表面，钻具的振动和变形加强或减弱了加在孔底的钻压，而往复泵送出的冲洗液又是脉动的，更加剧了钻具和钻头的振动，所以不排除孔底存在微动载的破岩过程。
2孕镶金刚石钻头的选择依据孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根据所钻岩层性质考虑金刚石品级、胎体性能、保证胎体自锐、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。
2.1选择金刚石参数孕镶钻头使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩石的岩性（表1）。
表1孕镶钻头用的金刚石粒度表选择金刚石浓度的依据包括：所钻岩石的硬度、研磨性、完整程度；金刚石的品级和粒度；兼顾胎体的包裹能力和钻压值的大小。
总之岩石坚硬致密，金刚石质量好、粒度细、浓度宜较低（若唇面的单位压力较大时，可选较高的浓度），这样对提高胎体耐磨性有好处。
合适的浓度为70％～120％，过高了将影响胎体的包镶能力和钻速。
2.2合理选择钻头胎体由于常规的胎体配方可以满足抗弯和抗冲击的要求，所以选择胎体主要考虑其硬度和耐磨性两方面。
