胎体粘结金属简介

金刚石钻头热压工艺是个有液相粘结金属参预的烧结过程。根据近年来国内外大量研究资料可以看出，胎体中的粘结金属成分是影响胎体物理机械性质的极为重要的因素。所以，研制新型粘结金属、提高粘结强度和改善胎体性能是发展金刚石钻进所必须解决的问题 。

在我国地质钻探中，一般钻进中硬以上岩层，普遍采用热压金刚石钻头。这些配方大都是将单元素金属粉末经研磨混合制成的。它们的烧结温度一般为880-1020℃。胎体硬度为HRC25-55；抗弯强度是90-130公斤/毫米²。这种钻头的平均寿命在25米左右（∅56口径的钻头）。与国外先进水平相比较，寿命是比较低的。这也正是当前发展金刚石钻进比较突出的障碍。提高钻头的寿命，除了在使用方面应采取必要的技术和生产管理措施以外，深入研究胎体的粘结金属及其烧结工艺，是一个重大课题 。

粘结金属粉料的各种单金属组元，在贮存和烧结工艺过程中，多半均不同程度的发生了氧化。其中不仅较活泼的金属Mn、Co被氧化，而且其他金属也都被氧化。而金属氧化物的熔点一般都高于纯金属的熔点。所以，在正常烧结温度条件下，粘结金属的氧化物还处于固体状态。这种现象不仅使胎体液相数量相对减少，而且氧化物本身还直接影响到粘结金属对骨架粉料的浸润性和对金刚石的粘结性，最终影响烧结体的质量。有的单位通过用还原金属粉末和未还原金属粉末分别烧结的钻头进行了试验对比。试验结果表明，用还原金属制造的钻头，其钻进效果较未还原金属制造的钻头寿命长一倍以上。由此可知对粘结金属采取抗氧化措施具有显著的效果 。

在选择和确定粘结金属配方的过程中，主要考虑三个方面：第一是对骨架有良好的浸润性；第二是对金刚石有良好的浸润性和粘结性；同时考虑某些金属对其他粘结金属浸润性和粘结性的促进活化作用，以及自身的物理化学性能。各组分的选择分别进行。其含量的确定多半是根据经验估计的。这种方法确定的配方，一般很少考虑到配料中各金属组分的合理加量。而任何一种混合粉料中的每一种成分的含量，都应有个最优值。相比之下，可以看出，国内对粘结金属的选择依据的确定和选择方法还是比较粗糙的 。

各种胎体配方的烧结温度与粘结金属中高熔点金属的熔点相差较大。这些高熔点金属，在880-1020℃的烧结温度一下：有部分固相颗粒，在被液相金属浸润的过程中，有溶解在液相金属中的可能，但数量极少。而大部分高熔点金属仍处于固体状态。这些未参加合金化作用的固体质点如同氧化物一样，对胎体性能和对金刚石的粘结性都起着一定的削弱作用。

由于配料在机械混合中不可能混合得十分均匀，钻头胎体的各部位之间的金属含量也必然不很均匀。不仅外形不规则、大小不均的网状大白块W₂C和小白块状的Wc、未熔金属颗粒等分布很不均匀，而且黑色的粘结金属所形成的共晶合金絮状物，也明显的分布不均。胎体成分的分布不均又必然造成胎体的各部位物理机械性能上的差别。这也同样是影响钻头质量、降低钻头寿命的重要因 。

根据粘结金属配方所存在的这些问题，我们有如下设想:如果首先将根据冶炼条件和粘结金刚石钻头的综合技术要求所选定的粉料冶炼成多元合金，并制成粉状产品，在烧结钻头时，直接用以上成品代替以往的几种单元素金属组成的混合粉料。

胎体对金刚石的固定作用有两种可能性：即机械包镶作用和粘结作用。如果对金刚石固定是单纯的机械包镶作用，那么当金刚石的磨损大于二分之一以后，金刚石受力就要脱落而受粘结作用和机械包镶作用所固定的金刚石，则不会出现以上现象。所以获得一种新型粘结金属，以便尽可能增强其对金刚石的粘结作用。

采用合金粉料，可以使各组成金属在冶炼的过程中得到较均匀的分布，使胎体材料的机械强度、硬度、耐磨性以及对金刚石的粘结性得到相应改善。并可缩小各区域之间性能的差异。

出现在合金固溶体或共晶体内的易氧化金属。由于其活泼性及暴露面有所降低，这对提高易氧化金属的抗氧化能力是很有意义的。例如，微量的铬、镍等金属元素可使不锈钢的杭氧化性能得到显著的提高。所以，我们认为采用合金粘结粉料，粉料的氧化作用有可能被我们控制在有限范围内。这对提高金刚石钻头胎体质量，是十分必要的 。

工业上广为采用的以磁性粉末命名的有粘结铁氧体、粘结铝镍钴、粘结稀土钴、粘结钕铁硼等；以粘结剂命名的有橡胶磁体、塑料磁体、树脂磁体、软金属粘结磁体等。

采用的粘结工艺有压制成型、注射成型和挤压成型等。如采用各向异性磁性粉末并在成型过程中施加磁场则可得到各向异性粘结磁体，否则将得到各向同性粘结磁体。