張敏青  冀中能源邢礦集團(tuán)公司河北煤炭科學(xué)研究院，河北邢臺(tái)054000 
   
　　摘要：文章介紹了國(guó)內(nèi)外目前金剛石復(fù)合片鉆頭的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，簡(jiǎn)述了低溫電鍍焊接工藝發(fā)展方向及優(yōu)勢(shì)。 
   
　　關(guān)鍵詞：復(fù)合片；鉆頭；工藝；電鍍 
   
　　中圖分類號(hào)：TD350.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007-1083（2012）03-0074-01 
   
　　1·復(fù)合片鉆頭的切削機(jī)理與優(yōu)勢(shì) 
   
　　復(fù)合片實(shí)際上是由一個(gè)人造金剛石的聚晶表層和硬質(zhì)合金的碳化鎢底層在高溫高壓過(guò)程中制造出來(lái)的完整產(chǎn)品。金剛石聚晶的晶向結(jié)構(gòu)優(yōu)于天然金剛石，即其晶體間的不定向排列使它具有比天然金剛石還要高的抗磨性及強(qiáng)度，且無(wú)方向偏析。天然金剛石因其各向異性使其具有固有的弱理解面而往往易于破碎，因此其尖角易于崩碎、磨鈍、圓化，而導(dǎo)致辭巖原理不是切削而僅僅是一種研磨與擠壓作用，所以天然金剛石表鑲鉆頭的高效不能持久。而復(fù)合片鉆頭由于刃面、刃尖兩個(gè)方向具有自銳作用，刃口鋒利，因而能夠在較低的鉆壓和較低的轉(zhuǎn)速條件下實(shí)現(xiàn)高速鉆進(jìn)，并能在整個(gè)使用過(guò)程中保持高速鉆進(jìn)的效果。另外，由于復(fù)合片的碳化鎢底層提供了抗沖擊強(qiáng)度，所以復(fù)合片既具有其聚晶金剛石的硬度、耐磨性；又兼而有碳化鎢的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抗沖擊性能。復(fù)合片切削塊工作時(shí)的磨損過(guò)程實(shí)際上是金剛石聚晶體不斷剝落，新的鋒銳的小晶體不斷出露而使復(fù)合片切削塊自銳的過(guò)程。 
   
　　2·復(fù)合片鉆頭的生產(chǎn)工藝問(wèn)題現(xiàn)狀 
   
　　復(fù)合片的熱穩(wěn)定性可以說(shuō)很差。這是由于其底層采用合金（碳化鎢）粉末，聚晶采用微納米級(jí)單晶金剛石粉，在金剛石與碳化鎢之間和金剛石粉內(nèi)投放有粘結(jié)劑，一般是鈷或鈷的化合物，有時(shí)采用石墨粉時(shí)而需加上適量的觸媒劑，在大約1500℃的高溫和6萬(wàn)個(gè)大氣壓下燒結(jié)而成。這樣由于起粘結(jié)和觸媒作用的鈷元素不僅會(huì)造成聚晶金剛石的石墨化，而且還會(huì)由于鈷或鈷的化合物的熱脹系數(shù)很不相同，因而聚晶層極易受熱損壞。除了鈷元素的影響以外，聚晶層和碳化鎢層的不同熱膨脹系數(shù)也易于造成聚晶層從底層（或襯底）上脫落的嚴(yán)重缺陷。因此，將復(fù)合片這樣一個(gè)特定的切削塊鑲焊在鉆頭體上就成了一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)閺?fù)合片的聚晶金剛石在高溫700℃以上將引起衰化，故其釬焊的金屬熔點(diǎn)應(yīng)低于700℃；倘若釬焊金屬熔點(diǎn)過(guò)低，則又影響焊接后的連接強(qiáng)度，造成鉆頭上的復(fù)合片在工作過(guò)程中易于脫落，這是目前復(fù)合片鉆頭的主要問(wèn)題。 
   
　　3·復(fù)合片鉆頭生產(chǎn)工藝研究成果 
   
　　采用低溫電鍍的工藝研制這種鉆頭，完全避免了高溫影響，不可能產(chǎn)生熱應(yīng)力，經(jīng)過(guò)幾年的工作，取得了一定成果。 
   
　　通過(guò)對(duì)鉆頭鋼體與模具加工光潔度及鍍前除油污等問(wèn)題的處理，對(duì)電解過(guò)程科學(xué)合理控制，試驗(yàn)證明低溫電鍍工藝是可行的，解決了釬焊工藝存在的缺陷和不足。成為復(fù)合片鉆頭生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向，其特點(diǎn)如下： 
   
　　（1）完全避免了高溫的影響，采用低溫電鍍的工藝研制復(fù)合片鉆頭，應(yīng)當(dāng)說(shuō)是一個(gè)創(chuàng)舉，而且實(shí)踐證明是合理的，也是成功的。 
   
　?。?）復(fù)合片鉆頭對(duì)于軟地層（3~6級(jí)）是比較理想的碎巖工具，它是屬于切削型的鉆頭，具有最高的鉆進(jìn)速度，試驗(yàn)中最高時(shí)效高達(dá)14m/h，而且也能取得較長(zhǎng)的使用壽命。 
   
　?。?）復(fù)合片電鍍鉆頭不僅適用于完整地層，破碎地層也較適用，具有較強(qiáng)的抗沖擊性能。 
   
　?。?）用低溫電鍍的工藝鑲焊復(fù)合片是可行的、合理的，因而也是成功的。不僅由于低溫不對(duì)聚晶金剛石產(chǎn)生熱損傷，而且復(fù)合片鑲焊十分牢固可靠，試驗(yàn)鉆頭中沒(méi)有復(fù)合片脫落。 
   
　?。?）復(fù)合片鉆頭的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮負(fù)前角、旁通角，且復(fù)合片以其半出露為好。為增強(qiáng)抗沖擊性能應(yīng)輔之以后支撐安排。 
   
　?。?）目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的復(fù)合片由于耐磨性還不高，正常使用中往往也磨損嚴(yán)重，影響鉆頭壽命。 
   
　　（7）由于復(fù)合片熱穩(wěn)定性欠佳，所以鉆頭的冷卻顯得特別重要。使用中往往有聚晶金剛石與硬質(zhì)合金分離或剝落以及磨損嚴(yán)重，除了復(fù)合片生產(chǎn)質(zhì)量方面的原因之外，恐怕也是由于其熱穩(wěn)定性差而對(duì)冷卻、溫度特別敏感的原因所致。