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制粒工艺在粉末冶金与大钻具工具中的应用

制粒工艺在我国古代加工中就获得应用与发展。现在广泛应用于制药工业，粉末冶金材料及其合金的制备，冶金，陶瓷与化肥工业中。近年来在金刚石工具生产中为了提高冷压头的生产效率与质量，使其能自动化生产，而发展与应用了制粒工艺。

   制粒工艺在粉末冶金与金刚石工具行业中获得应用与发展，主要它具有下列***性所致：

   1．粉末的流动性得到提高与改善。粉末制粒后，其颗粒直径比原始粉末粒径大，每个颗粒周围可接触到的颗粒数目减少，故其粘附性，凝聚性与相互磨擦力大为减弱，从而改善与提高颗粒料的流动性。

   2．减少粉末与金刚石的偏析与聚集，分布更为均匀，大钻具，改善了制品的性能。制粒过程中事先将粉末、金刚石与粘结剂混合均匀，然后加溶剂润湿再混合与制粒，每颗金刚石都被子粉末包裹，然后冷压成形与烧结，故防止了粉末的偏析及金刚石聚集，进而提高了制品的烧结性能，均匀性与产品的稳定性。

   3．提高了制品的尺寸与重量精度，由于混合粉料流动性的提高，则粉末制品的装填与冷压更为均匀，冷压制品的几何尺寸与重量精度提高。这对于压制异形制品，三明治刀头及激光焊接锯片的过渡层刀头效果更好。

   4．降低了冷压模具的损耗。由于粉末流动性好，金刚石均被粉末包裹，分布更为均匀，故冷压模具损耗降低，大钻具厂家，模具寿命提高50%以上。

   5．提高了冷压工艺的效率与经济性，为实现冷压自动化生产创造了条件。由于粉料流动性的改善，模具寿命提高，使得普通称重式自动冷压机效率更高，使得容积式自动冷压机的采用成为可能。如我国金刚石工具行业引进的德国DrFritsch公司的KPV-160，国外某公司的32VPM容积式冷压机，可根据刀头设计，将工作参数输入计算机后，基本上不用人员看管，自动进行生产。根据DrFritsch公司资料，采用制粒与容积式冷压机后，刀头压制时间由32S减少到10S；模具寿命由12000件提高到25000件；冷压成本由0.35美元降低到0.11美元。

   6．减少粉末的污染对工人身体的危害。采用制粒工艺后细粉减少，颗粒不易碎裂，便于保管与运输，使粉尘飞扬与污染大大减少。

大钻具常见问题的原因分析

1、分层

主要表现为金刚石层与硬质合金衬底在其结合面上出现裂缝。用50MHz超声波探伤仪可以检测出其结合面上的烧结情况，金刚石与硬质合金粘结牢固的PDC在探伤中不发生界面反射波；而界面上有裂缝的PDC可以对超声波产生多次的反射和折射，使其在探伤图像上出现非正常的杂波，不同的裂缝产生的杂波图像也有所不同。下面是两种不同的烧结情况在超声波探伤仪中产生的波形图。

产生分层的主要原因大致有以下几方面：

①高温时间过长

众所周知，金刚石在烧结过程中会部分石墨化，液相钴渗入金刚石微粉层时，溶解石墨并向金刚石输送碳，使金刚石颗粒长大并搭接起来，形成金刚石-金刚石的键结合。钴液渗入金刚石粉末的过程伴随着石墨→金刚石的转变，***后金刚石粉末中的石墨转变成金刚石，形成具有金刚石-金刚石结合的牢固烧结体。如果烧结过程处于温度相对较高且持续时间较长时，液相钴会迅速完成溶解石墨并向金刚石输送碳的过程，金刚石颗粒也会长大并搭接起来，大钻具电话，但由于高温持续时间较长，已烧结的金刚石会被碳化，从而使金刚石层中残留过多的石墨，严重影响金刚石层与硬质合金衬底的界面结合强度，导致界面分离。

②残余应力

残余应力的产生主要是由于热膨胀(冷收缩) 的存在。硬质合金的热膨胀系数是金刚石的两倍。PDC的烧结属于液相烧结，当烧结结束各相开始冷却时，由于各相热膨胀不同所以收缩不一致，彼此约束，从而产生应力，这种应力过大时，便导致金刚石层从衬底上分离。而热膨胀是材料本身的固有特性，要完全消除其影响是很难的，只有从工艺上入手，比如对衬底形状的设计，或通过退火处理，以尽量减小残余应力的影响。

③硬质合金本身的质量较差。

2、欠烧

分为全部欠烧和局部欠烧。从外观上看，主要是金刚石微粉尚未完全烧结，呈现松散的结构，在色泽上表现为灰色或带黄***点，磨耗比很差，基本无使用价值。造成欠烧的主要原因有：

①原材料受到污染

在市购的金刚石微粉中，总会包含着叶蜡石、石墨、铁磁性物质和灰份等杂质。如果未处理干净或在存放过程中受污染，那么在烧结过程中，这些污染物将对金刚石产生热侵蚀，促使金刚石氧化和加速金刚石的石墨化，从而阻碍钴扫越的进行，轻则局部阻碍金刚石的自身烧结，重则只有界面处的金刚石被烧结，留下黄***点。因此，对原材料的保存和处理要相当仔细，严格按照规程进行。

②温度过低或高温时间保持不够。

由于PDC烧结属于液相烧结，它就要求必须有液相生成。温度过低时，不能产生足够的液相，使烧结过程无法持续，只能在界面处产生烧结，而其他部分仍保持原有形态，大钻具生产厂，呈现松散的结构。合成腔体达到预定温度是需要一定的时间的，由于受工艺条件所限，这个时间不能过长，否则就会相应缩短后期保持高温的时间，这样，虽然也产生足够的液相，但在相对较短的时间里，扫越式再结晶进行的不很完全，而造成PDC的局部不烧结。要避免这些情况的产生，除了要防止设备故障(如压机的绝缘垫损坏或压机的加热电源漏电等)外，还要不断加强对操作人员的培训，提高操作人员的技术水平。

③衬底结合剂含量不足

PDC的烧结是需要在衬底中的结合剂参与下有条件进行的，当衬底中结合剂的含量不足时，就会影响PDC的烧结质量，轻则一般会在超硬层表面留下较深的虚点，虚点处基本上没有磨耗比；重则就只能是废品。

3、***、黑点

所谓***就是指在PDC的金刚石表面存在象针扎过一样的小孔洞。它们有多有少或聚或散，是影响成品率的一大缺陷。我们认为这些小孔洞实际就是气孔。吸附气体或蒸汽是固体与气体界面上***的特征性质之一，金刚石亦不例外。由于合成PDC所使用的是金刚石微粉，通常只有几十微米或几微米，因而比表面积极大，所吸附气体的量就更为惊人。在烧结过程中，由于液相的产生，气体分子逐渐聚集，形成或大或小的气泡，随着温度的升高，颗粒的粒界开始移动，粒子长大并搭接，气泡逐渐迁移到粒界上消失，烧结体密度***，并可能***终排除气泡，得到充分致密的烧结体。但困难的是我们不知道气泡什么时候能被完全排除，因而总会有个别的气泡随着烧结结束形成气孔留在金刚石层中。

黑点实际上是一种颜色不均匀，它总是出现在PDC表面的中心部位，而且随着PDC尺寸的大小而变化，PDC的尺寸越小，它就越不明显。它形成的原因就是由于存在着压力温度梯度。在超高压、高温状态下，压力、温度在各处并不均等，且总是边缘的温度和压力高，越往中心就越低，这种不均匀性就会在烧结体上体现出来，要想消除这种缺陷，就应当从组装和配料等工艺上进行改进，才能解决。

大钻具分享钻头钻孔如何维护

大钻具同属钻头的一种，那么钻头钻孔如何维护呢？

   1、钻头使用后，应立即检查有无破损，钝化等不良情形若有应立即加以研磨、修整；

   2、存放时，钻头应对号入座，则以后取用时，方便省时，节省了再寻找钻头之时间；

   3、钻通孔时，当钻头即将钻穿之瞬间，扭力大，故此时需较轻压力慢进刀，以避免钻头因受力过大而扭断；

   4、钻孔前必须先打中心点其目的为容纳静，点避免钻头静点触底，可导引钻头在正确的钻孔位置上；

   5、钻孔时，应充分使用切削齐且注意排屑；

   6、钻交交叉孔时，应***钻大直径孔，再钻小孔径；

   7、钻头钻削时，破碎或突然停止的现象，可能是进刀太快，磨利或钻孔时急冷急热之原故；

   8、钻削使钻头中心裂开，可能是钻唇间隙角太小，进刀太快钻头钝化，压力太大，缺乏冷却齐，钻头或工件夹置不良所致；

   9、钻削时钻头折断，可能是钻唇间隙角太小或钻削速度太高，进刀大或钻头已钝化又继续加压切削等所致；

   10、钻削时切边***，可能是工件材料中有硬点砂眼或进刀太快，钻削速度选择不当，钻削时无加切削剂所致；

   11、钻唇及切边***，可能是进刀太快或钻唇间隙角太小等原因；

   12、钻削所钻出之孔径太大，可能是两切边不等长或两钻顶半角不相等静点偏离，主轴同心度差等原因所致；

   13、钻削时仅排出一条切屑，可能是两切边不等长或钻顶半角不相等的原因；

   14、钻削时发出吱吱叫之声音，可能是孔不直或钻头钝化等所致；

   15、钻削时切屑性质产生异常变化可能是切边已钝化解或破碎等所致。