胎體粘結(jié)金屬

粘結(jié)金屬粉料的各種單金屬組元，在貯存和燒結(jié)工藝過程中，多半均不同程度的發(fā)生了氧化。其中不僅較活潑的金屬M(fèi)n、Co被氧化，而且其他金屬也都被氧化。而金屬氧化物的熔點(diǎn)一般都高于純金屬的熔點(diǎn)。所以，在正常燒結(jié)溫度條件下，粘結(jié)金屬的氧化物還處于固體狀態(tài)。這種現(xiàn)象不僅使胎體液相數(shù)量相對減少，而且氧化物本身還直接影響到粘結(jié)金屬對骨架粉料的浸潤性和對金剛石的粘結(jié)性，最終影響燒結(jié)體的質(zhì)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(jié)的鉆頭進(jìn)行了試驗(yàn)對比。試驗(yàn)結(jié)果表明，用還原金屬制造的鉆頭，其鉆進(jìn)效果較未還原金屬制造的鉆頭壽命長一倍以上。由此可知對粘結(jié)金屬采取抗氧化措施具有顯著的效果 。

在選擇和確定粘結(jié)金屬配方的過程中，主要考慮三個(gè)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(jié)性；同時(shí)考慮某些金屬對其他粘結(jié)金屬浸潤性和粘結(jié)性的促進(jìn)活化作用，以及自身的物理化學(xué)性能。各組分的選擇分別進(jìn)行。其含量的確定多半是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)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(yīng)有個(gè)最優(yōu)值。相比之下，可以看出，國內(nèi)對粘結(jié)金屬的選擇依據(jù)的確定和選擇方法還是比較粗糙的 。

金剛石鉆頭熱壓工藝是個(gè)有液相粘結(jié)金屬參預(yù)的燒結(jié)過程。根據(jù)近年來國內(nèi)外大量研究資料可以看出，胎體中的粘結(jié)金屬成分是影響胎體物理機(jī)械性質(zhì)的極為重要的因素。所以，研制新型粘結(jié)金屬、提高粘結(jié)強(qiáng)度和改善胎體性能是發(fā)展金剛石鉆進(jìn)所必須解決的問題 。

在我國地質(zhì)鉆探中，一般鉆進(jìn)中硬以上巖層，普遍采用熱壓金剛石鉆頭。這些配方大都是將單元素金屬粉末經(jīng)研磨混合制成的。它們的燒結(jié)溫度一般為880-1020℃。胎體硬度為HRC25-55；抗彎強(qiáng)度是90-130公斤/毫米²。這種鉆頭的平均壽命在25米左右（?56口徑的鉆頭）。與國外先進(jìn)水平相比較，壽命是比較低的。這也正是當(dāng)前發(fā)展金剛石鉆進(jìn)比較突出的障礙。提高鉆頭的壽命，除了在使用方面應(yīng)采取必要的技術(shù)和生產(chǎn)管理措施以外，深入研究胎體的粘結(jié)金屬及其燒結(jié)工藝，是一個(gè)重大課題 。

各種胎體配方的燒結(jié)溫度與粘結(jié)金屬中高熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)相差較大。這些高熔點(diǎn)金屬，在880-1020℃的燒結(jié)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(shù)量極少。而大部分高熔點(diǎn)金屬仍處于固體狀態(tài)。這些未參加合金化作用的固體質(zhì)點(diǎn)如同氧化物一樣，對胎體性能和對金剛石的粘結(jié)性都起著一定的削弱作用。

由于配料在機(jī)械混合中不可能混合得十分均勻，鉆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(guī)則、大小不均的網(wǎng)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(jié)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(jī)械性能上的差別。這也同樣是影響鉆頭質(zhì)量、降低鉆頭壽命的重要因 。

根據(jù)粘結(jié)金屬配方所存在的這些問題，我們有如下設(shè)想:如果首先將根據(jù)冶煉條件和粘結(jié)金剛石鉆頭的綜合技術(shù)要求所選定的粉料冶煉成多元合金，并制成粉狀產(chǎn)品，在燒結(jié)鉆頭時(shí)，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(jī)械包鑲作用和粘結(jié)作用。如果對金剛石固定是單純的機(jī)械包鑲作用，那么當(dāng)金剛石的磨損大于二分之一以后，金剛石受力就要脫落而受粘結(jié)作用和機(jī)械包鑲作用所固定的金剛石，則不會出現(xiàn)以上現(xiàn)象。所以獲得一種新型粘結(jié)金屬，以便盡可能增強(qiáng)其對金剛石的粘結(jié)作用。

采用合金粉料，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(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及對金剛石的粘結(jié)性得到相應(yīng)改善。并可縮小各區(qū)域之間性能的差異。

出現(xiàn)在合金固溶體或共晶體內(nèi)的易氧化金屬。由于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銹鋼的杭氧化性能得到顯著的提高。所以，我們認(rèn)為采用合金粘結(jié)粉料，粉料的氧化作用有可能被我們控制在有限范圍內(nèi)。這對提高金剛石鉆頭胎體質(zhì)量，是十分必要的 。

工業(yè)上廣為采用的以磁性粉末命名的有粘結(jié)鐵氧體、粘結(jié)鋁鎳鈷、粘結(jié)稀土鈷、粘結(jié)釹鐵硼等；以粘結(jié)劑命名的有橡膠磁體、塑料磁體、樹脂磁體、軟金屬粘結(jié)磁體等。

采用的粘結(jié)工藝有壓制成型、注射成型和擠壓成型等。如采用各向異性磁性粉末并在成型過程中施加磁場則可得到各向異性粘結(jié)磁體，否則將得到各向同性粘結(jié)磁體。