胎體粘結金屬是指金剛石鑽頭加熱過程中,粘結到骨架材料形成胎體並與鋼體牢固地焊結在一起的金屬（銅、鎳、鈷、錳、錫、鉛、鋅等）。主要使胎體具有一定的強度（抗彎強度及抗衝擊韌性）及硬度。
基本介紹
- 中文名：胎體粘結金屬
- 外文名：bonding metal of matrix
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 套用：金剛石鑽頭
- 作用：抗彎強度及抗衝擊韌性
簡介,常用的粘結金屬粉料及鑽頭的使用情況,粘結金屬粉料,粘結金屬配方,胎體配方的燒結溫度,改進胎體粘結金屬粉料,
簡介
金剛石鑽頭熱壓工藝是個有液相粘結金屬參預的燒結過程。根據近年來國內外大量研究資料可以看出，胎體中的粘結金屬成分是影響胎體物理機械性質的極為重要的因素。所以，研製新型粘結金屬、提高粘結強度和改善胎體性能是發展金剛石鑽進所必須解決的問題。
常用的粘結金屬粉料及鑽頭的使用情況
在我國地質鑽探中，一般鑽進中硬以上岩層，普遍採用熱壓金剛石鑽頭。這些配方大都是將單元素金屬粉末經研磨混合製成的。它們的燒結溫度一般為880-1020℃。胎體硬度為HRC25-55；抗彎強度是90-130公斤/毫米2。這種鑽頭的平均壽命在25米左右（∅56口徑的鑽頭）。與國外先進水平相比較，壽命是比較低的。這也正是當前發展金剛石鑽進比較突出的障礙。提高鑽頭的壽命，除了在使用方面應採取必要的技術和生產管理措施以外，深入研究胎體的粘結金屬及其燒結工藝，是一個重大課題。
粘結金屬粉料
粘結金屬粉料的各種單金屬組元，在貯存和燒結工藝過程中，多半均不同程度的發生了氧化。其中不僅較活潑的金屬Mn、Co被氧化，而且其他金屬也都被氧化。而金屬氧化物的熔點一般都高於純金屬的熔點。所以，在正常燒結溫度條件下，粘結金屬的氧化物還處於固體狀態。這種現象不僅使胎體液相數量相對減少，而且氧化物本身還直接影響到粘結金屬對骨架粉料的浸潤性和對金剛石的粘結性，最終影響燒結體的質量。有的單位通過用還原金屬粉末和未還原金屬粉末分別燒結的鑽頭進行了試驗對比。試驗結果表明，用還原金屬製造的鑽頭，其鑽進效果較未還原金屬製造的鑽頭壽命長一倍以上。由此可知對粘結金屬採取抗氧化措施具有顯著的效果。
粘結金屬配方
在選擇和確定粘結金屬配方的過程中，主要考慮三個方面：第一是對骨架有良好的浸潤性；第二是對金剛石有良好的浸潤性和粘結性；同時考慮某些金屬對其他粘結金屬浸潤性和粘結性的促進活化作用，以及自身的物理化學性能。各組分的選擇分別進行。其含量的確定多半是根據經驗估計的。這種方法確定的配方，一般很少考慮到配料中各金屬組分的合理加量。而任何一種混合粉料中的每一種成分的含量，都應有個最優值。相比之下，可以看出，國內對粘結金屬的選擇依據的確定和選擇方法還是比較粗糙的。
胎體配方的燒結溫度
各種胎體配方的燒結溫度與粘結金屬中高熔點金屬的熔點相差較大。這些高熔點金屬，在880-1020℃的燒結溫度一下：有部分固相顆粒，在被液相金屬浸潤的過程中，有溶解在液相金屬中的可能，但數量極少。而大部分高熔點金屬仍處於固體狀態。這些未參加合金化作用的固體質點如同氧化物一樣，對胎體性能和對金剛石的粘結性都起著一定的削弱作用。
由於配料在機械混合中不可能混合得十分均勻，鑽頭胎體的各部位之間的金屬含量也必然不很均勻。不僅外形不規則、大小不均的網狀大白塊W2C和小白塊狀的Wc、未熔金屬顆粒等分布很不均勻，而且黑色的粘結金屬所形成的共晶合金絮狀物，也明顯的分布不均。胎體成分的分布不均又必然造成胎體的各部位物理機械性能上的差別。這也同樣是影響鑽頭質量、降低鑽頭壽命的重要因。
改進胎體粘結金屬粉料
根據粘結金屬配方所存在的這些問題，我們有如下構想:如果首先將根據冶煉條件和粘結金剛石鑽頭的綜合技術要求所選定的粉料冶煉成多元合金，並製成粉狀產品，在燒結鑽頭時，直接用以上成品代替以往的幾種單元素金屬組成的混合粉料。
胎體對金剛石的固定作用有兩種可能性：即機械包鑲作用和粘結作用。如果對金剛石固定是單純的機械包鑲作用，那么當金剛石的磨損大於二分之一以後，金剛石受力就要脫落而受粘結作用和機械包鑲作用所固定的金剛石，則不會出現以上現象。所以獲得一種新型粘結金屬，以便儘可能增強其對金剛石的粘結作用。
採用合金粉料，可以使各組成金屬在冶煉的過程中得到較均勻的分布，使胎體材料的機械強度、硬度、耐磨性以及對金剛石的粘結性得到相應改善。並可縮小各區域之間性能的差異。
出現在合金固溶體或共晶體內的易氧化金屬。由於其活潑性及暴露面有所降低，這對提高易氧化金屬的抗氧化能力是很有意義的。例如，微量的鉻、鎳等金屬元素可使不鏽鋼的杭氧化性能得到顯著的提高。所以，我們認為採用合金粘結粉料，粉料的氧化作用有可能被我們控制在有限範圍內。這對提高金剛石鑽頭胎體質量，是十分必要的。
