金剛石復合片耐磨性設計研究

江文清

（九江職業技術學院機械工程系,江西 九江 332000）

0 引言

在工業發達國家，PDC材料已廣泛應用于石油地質鉆頭、切削刀具、拉絲模、修整器和各種耐磨器件，目前國外PDC材料的年消耗增長速度在20%以上聚晶金剛石復合體( Polycrystalline Diamond Compacts)簡稱PDC，目前國外PDC材料的年消耗增長速度在20%以上。耐磨性是衡量PDC質量三大指標之一[1]，耐磨性能直接影響著刀具的使用效率。通過對每個不同溫度下燒結的PDC片，沿其徑向進行了大量的耐磨性測試。

1 試驗過程

1.1 試驗材料

28μm金剛石粉末；牌號YG15的硬質合金；葉臘石為32.5×32.5×32.5×16的粉壓塊；鉬杯Ф14mm、h為9mm；鹽管尺寸Ф外20mm、Ф內15mm；

1.2 試驗設備

6×1800T鉸鏈式六面頂壓機；TS71-A型磨耗比測定儀；WEDM電火花線切割機床；金剛石砂輪平面與外圓磨床；工具顯微鏡；分析天平；101-2A型電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3 試驗方法

對于一個PDC圓片，在圓片上不同部位測試磨耗比，其值都不同，PDC片磨耗比徑向測試顯得十分重要。我們選定四個不同的位置進行測定。

第一個位置：PDC圓片的邊緣部分，磨耗情況同樣如下圖；第二個位置：磨損面離圓心2/3R處；第三個位置：磨損面離圓心1/3R處；第四個位置：磨損面過圓心；

PDC的第一個位置磨耗比測定方法采用核工業徐國平等人[2]的以PDC的體積磨耗量代替其失重。如圖所示，若設PDC的半徑為R；磨損面長為L1；L1與圓心O的距離為L;PDC圓周上任一點的坐標為(x,y);PDC磨損掉的體積為v,則：

然后把測試完的PDC片用線切割機切成離圓心2/3R、1/3R處、圓心處，若設PDC的半徑為R；磨損面長為L1；磨損斜面長為X；PDC金剛石層平面方向與接觸點的切線方向成45度角；為了方便計算，

根據我們測試的經驗，復合片PCD層比重取為4.2g/cm3。

磨耗比計算公式： α=△A/△B=△A/(4.2V)；

2 試驗結果與討論

2.1 試驗結果

固定合成壓力、保溫時間、冷卻時間，在不同的燒結溫度（1250℃、1300℃、1350℃、1400℃）條件下進行合成PDC。每種工藝條件下，合成4個PDC片。按照上述磨耗比測定方法進行測試，磨耗比取樣品相同位置測定的磨耗比平均值，如下表。

PDC磨耗比徑向測定結果

2.2 實驗結果綜合分析

（1）在燒結溫度1250℃、1300℃、1350℃時，其磨耗比值沿徑向從邊緣到中心依次減小，造成這種結果的原因可能是：由于組裝設計的原因，合成塊沿徑向存在溫度梯度。在其他燒結條件下，磨耗比這種變化規律，恰好與HP/HT腔體中壓力場徑向分布恰好一致[3]，在很大程度上可以說PDC耐磨性取決于燒結壓力。

（2）在1250℃、1300℃、1350℃測定的磨耗比值減小幅度并不一樣。在燒結溫度1300℃、1350℃時，邊緣（第一個位置）與中心(第四個位置)之間磨耗比值依次減小的幅度較小。而在燒結溫度1250℃時,磨耗比值減小幅度相對較大。

（3）在燒結溫度1300℃、1350℃時，PDC燒結應該比較均勻，所以PDC片沿徑向磨耗比值變化較小，差值在10%左右。

（4）在燒結溫度1400℃時，出現了一個反常現象，磨耗比值是從邊緣到中心依次增大。這種情況的產生，很有可能是在“過燒”溫度下燒結而成的，由于邊緣部分溫度要高于中心溫度，所以邊緣部分石墨化更嚴重些，其磨耗比當然也更低。

3 結論

經過對不同溫度下燒結的PCD復合片耐磨性測試以及實驗結果分析研究表明：在PCD復合片邊緣部分燒結更均勻些，致密性較高，磨耗比值要高于中心的。磨耗比這種變化規律與腔體中壓力場徑向分布恰好一致，可能說明磨耗比值在很大程度上取決于燒結壓力，關于這一點，有待于進一步研究。

[1]陳石林，彭振斌等.聚晶金剛石復合體的研究進展[J].礦冶工程，2004(04):29-32.

[2]徐國平，梁紅原，楊世珍.對國內金剛石復合片（PDC）耐磨性測試方法的探討[J].金剛石與磨料磨具工程,2001(04):124.