收藏本站
《中国地质大学》 2003年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

金刚石—硬质合金复合齿及其钻头的研究

史晓亮  
【摘要】:目前,国内冲击凿岩用的潜孔锤钻头、钎头以及牙轮钻头等,其切削具一般都采用YG类硬质合金柱齿,由于硬质合金的耐磨性相对较低,在钻进坚硬岩层时,钻头的寿命和钻进时效都很低; 金刚石超硬复合材料钻头具有较高的耐磨性,已被广泛地应用于钻井工程,但由于其抗冲击性能较差,不适于冲击凿岩钻进,只能用于回转钻进。砂卵砾石地层的钻进,一直是钻探工作者想要解决的难题,地层复杂,钻进过程中钻头即要承受岩石的磨损,又要承受岩石的冲击; 其他钻头及钻进方法应用效果也不十分理想,使用普通硬质合金球齿,对一般卵石地层有一定的适应性,但遇到大的漂石时,钻头切削齿损坏严重而不进尺。 为了解决潜孔锤钻进硬岩以及砂卵砾石地层钻进的难题,研制一种具有较高耐磨性,同时又具有较高抗冲击性能的复合材料,来替代传统的硬质合金齿,是十分必要和迫切的。国内、外科技工作者对金刚石(CBN)—硬质合金复合齿进行了大量研究,并取得了一定的成果。但仍存在一定的问题:(1)如何解决金刚石(CBN)在高温热压烧结过程中的热损伤问题; (2)以廉价铁代替昂贵的钴作为粘结剂的胎体配方; (3)解决复合齿烧结模具的材质与结构优化设计问题,以降低复合齿加工成本,提高复合齿机械性能; (4)微量元素及稀土元素的添加方式、数量对复合齿性能的影响及作用机理。 本文总结并综合分析了国内外金刚石、立方氮化硼烧结体的制造方法,在这些理论和导师的正确指导下,解决复合齿的结构、配方和制造工艺流程中的难题,利用低温活化热压的方法,成功研制了金刚石(CBN)—硬质合金复合齿,利用金刚石与立方氮化硼表面金属化,解决了高温热压烧结时对金刚石的热损伤问题以及金刚石、立方氮化硼与基体结合包镶问题,同时通过合理添加稀土方式和添加量,基本解决以铁代钴复合齿技术难题。 由于金刚石(CBN)是非金属,与一般金属或合金间有很高的界面能,即使在较高的温度和压力下,金刚石表面也不能被低熔点金属或合金所浸润,小颗粒的金刚石只是仅仅机械被包镶于金属胎体中,而不是被冶金焊接,其粘接性差。由于金刚石(CBN)—硬质合金复合齿的烧结温度在1050℃左右,对普通金刚石的热损伤严重,大大影响了复合齿的性能。本文通过金刚石(CBN)表面采用镀覆技术(真空蒸镀W、化学镀Ni-W-B、Ni-W-P)解决了上述难题,使复合齿的性能得到了保证和提高。 通过对超硬复合齿烧结模具的结构和材料优化设计,大大降低了复合齿的加工成本,提高了其机械性能,有利于优化烧结参数(烧结压力、烧结温度、保温保压时间)和复合齿结构的优化。陶瓷烧结压头的使用相对于石墨压头,模具寿命提高了20多倍,复合齿加工模具成本降低超过了100%,同时使复合齿的抗弯强度、磨耗比、抗冲击韧性大大提高,
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P634.41

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 史晓亮;杨华;邵刚勤;段兴龙;周芙蓉;孙鹏;;立方氮化硼-碳化钨-钴复合材料制备工艺的改进[J];机械工程材料;2007年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 周惠敏;镍钛齿科车针新型复合镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 全峰;微波烧结WC-10Co硬质合金的结构与性能研究[D];武汉理工大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马保松,张祖培;金刚石-cBN-硬质合金复合柱齿的理论分析[J];地球科学;2000年03期
2 杨凯华,段隆臣,汤凤林;金刚石表面镀镍试验研究[J];地球科学;1997年01期
3 屠厚泽;球状合金钻头在卵砾石层钻进中的应用研究[J];地质与勘探;2000年02期
4 马保松,张祖培;金刚石-立方氮化硼-硬质合金复合柱齿的研究[J];地质与勘探;2000年02期
5 马保松,张祖培,孙友宏;钻井工程用超硬材料及钻头的发展[J];地质与勘探;1998年02期
6 段隆臣,杨凯华,汤凤林;镀膜金刚石工具中以Fe代Co的胎体配方的试验研究[J];地质与勘探;1998年05期
7 李规华,严兰英,张鸿绪,梁洁,郝庆顺;稀土元素在硬质合金中的分布和存在形态[J];粉末冶金技术;1993年02期
8 马保松,张祖培,刘宝昌;热压法制造金刚石—硬质合金复合柱齿的研究[J];粉末冶金技术;2000年01期
9 袁逸,白元强,冯惠平,邬荫芳;钇在钴基合金和硬质合金中的作用[J];粉末冶金技术;1995年02期
10 胡国荣;;稀土硬质合金的研究进展及稀土在岩石破碎工具中的应用前景[J];国外地质勘探技术;1997年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐安俊;黄本生;刘炯;薛屺;;金刚石金属化热力学分析及影响因素研究[J];四川有色金属;2007年01期
2 程继贵,夏永红,王华林,徐卫兵;聚苯乙烯/铜粉温压成型的研究[J];工程塑料应用;2000年06期
3 陈爱武;;PA/Cu复合粉末激光烧结成型机理研究[J];工程塑料应用;2008年06期
4 刘荣桂;邾祝融;程知言;颜庭成;;牙轮钻头在钻孔灌注桩进入硬岩中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2008年01期
5 韩永昌;石永泉;方煜华;;桩基检测加固处理措施[J];安徽职业技术学院学报;2008年02期
6 李小东;;气相氧化法提纯人造金刚石的新工艺设计与评价[J];安徽化工;2006年05期
7 丁明桐,杜先智,陈凡,昂锋;Y-Z_rO_2稀土增韧陶瓷的微波烧结[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2000年04期
8 王宝森,李建国,薛海涛,邬志刚;稀土在氧-乙炔火焰喷焊层中的作用机理[J];兵器材料科学与工程;2002年04期
9 彭茂公,亢若谷,王云坤,张家敏,刘珂呈;高强高导弥散强化铜材料可锻性研究[J];兵器材料科学与工程;2003年01期
10 刘德宝,崔春翔,马叙;氮化铝颗粒表面镀铜及其增强铜基复合材料[J];兵器材料科学与工程;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 诸涛;程继贵;李扬;黎彦希;;温压成形制备Fe-Si软磁材料的研究[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
2 潘华;程继贵;俞雨;;粉末冶金法制备AIN/Al复合材料及其性能研究[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
3 王莎鸥;;TiB_2/Al复合材料摩擦磨损性能研究进展[A];2010中国电子制造技术论坛论文集[C];2010年
4 李尚平;骆合力;曹栩;张喜娥;冯涤;;新一代高温耐磨材料的设计与开发[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
5 陈少平;董凤;王福明;胡利方;梁连杰;孟庆森;;梯度金属陶瓷(TiC)_pNi与Ti电场燃烧扩散连接界面组织及性能[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
6 李政;薛飞;李鸿宾;周超;;森林火灾综合扑救方法的研究[A];2010中国消防协会科学技术年会论文集[C];2010年
7 吴艳青;施惠基;;粉末冶金热压过程界面扩散与应力场耦合的力学模型[A];第七届全国爆轰学术会议论文集[C];2006年
8 丁俭;赵乃勤;师春生;李家俊;;不同还原参数对ZrO_2/Cu复合材料的影响[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
9 许刘万;王建华;王文斌;;气动潜孔锤钻进技术若干问题[A];全国成矿理论与深部找矿新方法及勘查开发关键技术交流研讨会论文集[C];2010年
10 杨世莹;张邦琪;杨家旺;华宏全;;电解铜粉制备工艺实验研究及其应用前景[A];2009(重庆)中西部第二届有色金属工业发展论坛论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
2 金会心;织金新华磷矿稀土赋存状态及其在浮选、酸解过程中的行为研究[D];昆明理工大学;2008年
3 祝琳华;新型NZP族催化剂载体材料的合成及应用研究[D];昆明理工大学;2010年
4 周晓龙;反应合成AgCuO复合材料的组织均匀化及界面结构研究[D];昆明理工大学;2009年
5 张翔;粉末冶金法制备高硅硅钢片的轧制和热处理工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
6 孟庆鸿;松科1井复杂地层取心钻具及泥浆优化设计和应用研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 周乐;Mg-Zn-(Al)系合金热裂敏感性及其微观机理研究[D];沈阳工业大学;2011年
8 贾洪声;优质低应力金刚石复合片的高温高压合成[D];吉林大学;2011年
9 卢广林;立方氮化硼仿生耐磨复合材料的制备及其研究[D];吉林大学;2011年
10 庄健;Cu/TiC复合材料的制备,组织结构及摩擦磨损行为[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏志俊;稀土元素对Ni60自熔性合金涂层组织和性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 窦志强;SHS法制备TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷的组织及形成机理研究[D];山东科技大学;2010年
3 李明亮;碳化硅基热电材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
4 龙颖;Al_2O_3陶瓷及其表面金属化的低温烧成技术研究[D];长沙理工大学;2009年
5 李剑;B_4C复合材料的制备及耐海水腐蚀性能的研究[D];中国海洋大学;2010年
6 杨柳;全彩色蓄光材料的制备及发光性能研究[D];中国海洋大学;2010年
7 柳洋;高压制备的CoSb_3基热电材料电学性质的研究[D];湘潭大学;2010年
8 李晔;TC6本构关系及叶片微观组织模拟研究[D];沈阳理工大学;2010年
9 谭锦颢;无钨钴Ti(C,N)基金属陶瓷的初步研究[D];湖南工业大学;2010年
10 肖伟;钆三价离子(Gd~(3+))水化物的结构和热力学性质的理论研究[D];安徽师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨贤金,何菲,朱胜利,崔振铎;NiTi形状记忆合金表面氧化膜的成分和结构[J];兵器材料科学与工程;2002年02期
2 张艳丽;罗胜铁;刘大成;;金属镍-碳化硅纳米复合电镀工艺研究[J];兵器材料科学与工程;2007年04期
3 武文华,唐惠庆,黄务涤;微波干燥和焙烧球团矿[J];北京科技大学学报;1994年02期
4 何肇基,黎祚坚,吴惠枝;金刚石表面改性的实用效果[J];表面技术;1995年06期
5 于金库,邢广忠,冯皓,廖波;电沉积厚层Ni-Fe合金的研究[J];表面技术;1998年06期
6 吕正茂,李成明,吕反修;综述与专论金刚石复合镀层的研究现状[J];表面技术;2003年06期
7 张志成,张小珍,王裕芳;纳米羟基磷灰石生物陶瓷的微波烧结[J];山东陶瓷;2003年01期
8 雷天觉;赵源;高诚辉;张绪寿;;铁-镍-磷合金电镀的研究[J];材料保护;1990年07期
9 李云东,江辉,李根生,何予鹏;电镀金刚石工具中新型镀层的研究[J];材料保护;2002年12期
10 李志林;刘建军;关海鹰;;Ni-纳米TiO_2复合电镀层的制备与性能研究[J];材料保护;2006年07期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 常爱民;氧化物电子陶瓷材料的微波处理研究[D];电子科技大学;2002年
2 杨俊德;金刚石钻头和金刚石锯片磨损机理、设计及性能测试研究[D];中南大学;2004年
3 许向阳;纳米金刚石的解团聚与稳定分散研究[D];中南大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 孙建春;Ni/纳米Al_2O_3复合电镀工艺的研究[D];重庆大学;2004年
2 刘应科;镍磷非晶态镀层的制备及其性能研究[D];湖南大学;2005年
3 韩廷水;Ni-Si_3N_4复合镀层制备工艺与磨损性能研究[D];天津大学;2004年
4 温红;铝合金表面电镀Ni/微米Al_2O_3/纳米Al_2O_3复合镀层的研究[D];山东科技大学;2006年
5 吴海洋;固结金刚石线锯的复合电镀工艺研究[D];大连理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 周书助;伍小波;高凌燕;李海艳;;陶瓷材料微波烧结研究进展与工业应用现状[J];硬质合金;2012年03期
2 娄静;易健宏;鲍瑞;彭元东;张浩泽;;碳含量对微波烧结亚微米硬质合金组织与性能的影响[J];中国钨业;2011年01期
3 娄静;易健宏;周承商;;微波烧结WC-Co硬质合金致密化与晶粒生长[J];中国有色金属学报;2012年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 马俊;纳米WC-MgO复合粉末的制备及其热压烧结研究[D];东华大学;2011年
2 马福秋;镍钛合金表面银基复合镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 任振火;常压下低融结合剂cBN复合材料的制备与性能表征[D];郑州大学;2010年
2 陈丽芳;微波烧结Fe-4Ni-2Cu-0.6Mo-0.6C合金钢性能研究[D];中南大学;2009年
3 娄静;微波烧结YG8硬质合金的脱碳行为及其控制[D];中南大学;2011年
4 侯周福;原位制备MoSi2基复合材料及其性能研究[D];湖南科技大学;2010年
5 张浩泽;微波烧结WC-Co合金脱碳控制及VC对其组织和性能的影响[D];中南大学;2012年
6 钟景高;再制造Fe/Ni刷镀层优化及其耐磨性研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴承建,程述武,黄德清;稀土、磷等元素在淬火钢回火时的晶界偏聚[J];北京钢铁学院学报;1980年01期
2 王艳辉;王明智;关长斌;;金刚石表面镀镍工艺研究[J];表面技术;1993年01期
3 潘启芳;稀土氧化物对WC-Co硬质合金性能的影响[J];稀有金属材料与工程;1993年04期
4 王艳辉,王明智,温熙宇;Nb镀层对c-BN-玻化陶瓷结合剂界面成分结构的影响[J];材料研究学报;1995年05期
5 郝春水,吴凤春;稀土硬质合金刀片切削性能[J];东北大学学报;1994年05期
6 胡国荣,汤凤林,杨凯华,金继红;金刚石表面化学沉积金属的研究[J];电镀与涂饰;1997年01期
7 孙毓超,高德生;钻头金刚石出刃高度对钻进性能的影响[J];地质与勘探;1985年10期
8 邬荫芳,袁逸,汪新义;硬质合金稀土相的研究[J];粉末冶金材料科学与工程;1997年01期
9 李规华;严兰英;李忠昌;;稀土元素在硬质合金中的应用[J];粉末冶金技术;1986年01期
10 姚萱;黄培云;吕海波;;稀土氧化物对钴的马氏体相变及机械性能的影响[J];粉末冶金技术;1987年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冒爱琴;;金刚石表面化学镀Ni-P的研究[J];粉末冶金技术;2008年01期
2 潘秉锁,陈裕康,胡国荣,杨凯华;金刚石表面沉积二氧化钛薄膜研究[J];地质与勘探;2000年02期
3 张凤林;周玉梅;王成勇;;金刚石工具中金刚石与金属结合剂之间的界面[J];工具技术;2007年07期
4 向波;谢志刚;贺跃辉;黄艳华;;金刚石表面镀覆金属钨的新方法[J];中国有色金属学报;2007年09期
5 关长斌;赵玉成;任艳军;;超声波对镀镍金刚石性能的影响[J];物理测试;2006年02期
6 应萱同;;第13届欧洲金刚石及相关材料国际会议概述[J];国际学术动态;2003年03期
7 张国良;;离子注入工艺为超硬材料处理技术开辟了新途径[J];航空制造技术;1985年03期
8 陈超;彭放;张美光;孙刚;王江华;;金刚石颗粒表面均匀电镀工艺研究[J];表面技术;2006年01期
9 李基焕;全今淑;郑硕峰;;化学镀在制造金刚石钻头及扩孔器上的应用[J];地质与勘探;1980年07期
10 张战,李嘉,孙振武,马丽莹;金刚石表面气相外延单晶金刚石薄膜新技术[J];炭素;1993年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高巧君;邹晓冬;史亦伟;张惠珍;;低Ti含量Sn-Ti合金与人造金刚石界面微观结构的电子显微镜观察[A];第三次中国电子显微学会议论文摘要集(二)[C];1983年
2 方勤方;于生凯;韩勇;单永前;;聚晶金刚石颗粒中粘接剂的透射电镜研究[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年
3 赵建文;只金芳;;纳米金刚石表面择优取向生长的氧化锌纳米棒阵列制备及在DNA检测中的应用[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(5)[C];2007年
4 孙剑;杨天鹏;徐艺滨;白亦真;王新胜;杜国同;;自持金刚石厚膜上沉积ZnO薄膜的研究[A];TFC'05全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2005年
5 乔培新;龙伟民;钟素娟;李胜利;;预合金粉末与金刚石的扩散连接[A];第十一次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2005年
6 ;论文摘要补遗[A];2009中国材料研讨会会议程序和论文摘要集[C];2009年
7 林增栋;印红羽;彭晓芙;;钎焊单层金刚石工具的工艺机理[A];第五届海峡两岸粉末冶金技术研讨会论文集[C];2004年
8 吕德隆;;纳米金刚石技术及应用[A];2006年第二届七省区市机械工程学会科技论坛暨学会改革与发展研讨会论文集[C];2006年
9 龙伟民;钟素娟;裴夤崟;杨继东;;预合金粉末在金刚石工具中的扩散钎焊[A];中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年
10 梁雪冰;贾成厂;褚克;陈惠;;SPS烧结保温时间对Al/Diamond复合材料两相界面结合状态的影响[A];第七届(2009)中国钢铁年会大会论文集(中)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李子章;金刚石定位排布的热压孕镶钻头研究[D];成都理工大学;2011年
2 马银龙;金刚石定位仿生取芯钻头研究[D];吉林大学;2013年
3 苑泽伟;利用化学和机械协同作用的CVD金刚石抛光机理与技术[D];大连理工大学;2012年
4 郑仕健;空心金刚石微球制造与水下放电等离子体的初步研究[D];中国科学技术大学;2013年
5 张振奎;金刚石及相关材料纳米结构电子性质第一性原理研究[D];山东大学;2010年
6 郑友进;用氟化物和硅添加剂合成工业金刚石单晶[D];吉林大学;2010年
7 范小红;金刚石/铁基金属触媒界面物相的高温高压相变机理[D];山东大学;2013年
8 焦晓朋;轻元素超硬材料的新合成途径[D];吉林大学;2010年
9 高峰;高品级超细颗粒金刚石的高温高压合成[D];吉林大学;2008年
10 董洪峰;新型金属基金刚石复合材料工磨具的试制和性能研究[D];兰州理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘向红;n型掺杂金刚石的第一性原理研究[D];山东大学;2011年
2 张伦超;金刚石中的超导机理探讨[D];山东大学;2010年
3 陶利平;MPCVD沉积金刚石薄膜光谱分析[D];武汉工程大学;2013年
4 邓相荣;金刚石表面镀覆对铁基金刚石锯切工具界面的影响[D];河南工业大学;2011年
5 孔军;高速摩擦抛光金刚石用抛光盘的研制[D];大连理工大学;2013年
6 陈孝洲;高温高压下掺S体系中金刚石的合成与研究[D];河南理工大学;2009年
7 柯明月;金刚石颗粒表面镀覆铬包覆层的研究[D];广东工业大学;2013年
8 孟普;Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石磨料关键技术研究[D];中原工学院;2012年
9 徐振浩;基于触媒原理的CVD金刚石薄膜抛光[D];浙江工业大学;2010年
10 李晓虎;ZnO包覆金刚石微粉的制备及性能研究[D];燕山大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026