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

综述了稀土在硬质合金中的应用研究进展，稀土添加剂的作用机理，近年来稀土在矿用硬质合金中的应用，指出了稀土在金属结合剂金刚石工具中可能应用的前景。     

稀土富铁金刚石增强型硬质合金复合齿的研究

采用稀土La掺杂的添加方式，优选富铁硬质合金基体的配方，通过基体的力学性质测试以及金相分析确定了YGl5富铁硬质合金的基体配方，确定出最佳稀土La添加量为0．5％质量比。单齿抗冲击试验表明，这种复合齿具有良好的抗冲击性能。室内钻进试验说明，适当配方的稀土富铁金刚石增强型硬质合金复合齿具有良好的抗冲击性，较强的研磨能力和对岩样的广谱性。同时，通过野外实际钻进进一步说明，这种复合齿钻头具有高时效性。通过调整金刚石的镀覆方式和物质，金刚石浓度以及烧结工艺，来控制复合齿的性能，从而使稀土富铁金刚石增强型硬质合金复合齿钻头具有高时效、长寿命等特点。     

预植入金刚石微粉的WC-Co合金表面金刚石薄膜沉积特征

通过提高金刚石薄膜与硬质合金基底间的粘结力,可提高涂层工具的使用寿命。实验结果表明,在预植入金刚石微粉的硬质合金表面沉积金刚石薄膜,金刚石既在预植入金刚石表面同质外延生长,又在硬质合金上结晶生长,两者交互生长,且相容性较好,最终生长为致密均匀的金刚石薄膜。     

提高金刚石-硬质合金超硬复合体性能的研究

采用金刚石表面镀覆技术、预合金基体金属粉末，提高金刚石热稳定性及其与金属粘结剂的浸润性，使金刚石的高耐磨性和硬质合金的高抗冲击性能有机地结合在一起；优化超硬复合体结构形状，提高其耐磨性能和高抗冲击性能；设计合理模具大大降低了加工成本，从而研制出性能优良、价格低廉的金刚石－硬质合金超硬复合体。     

金刚石表面沉积钛金属膜的研究

金刚石表面化学镀Ni—W—P后 ,再化学复合镀Ni—Ti(粉 )—Re(稀土 ) ,能明显提高金刚石表面强碳化物元素的沉积 ,有利于生成WC—TiC薄膜 ,提高金刚石同胎体合金的联结强度 ,达到提高金刚石工具的性能的目的。     

镀覆技术对硬质合金复合齿性能的影响

通过对比镀覆金刚石增强型硬质合金复合齿和普通金刚石增强型硬质合金复合齿的磨耗比、抗冲击韧性,说明添加真空蒸镀W的金刚石的复合齿具有良好的抗冲击性能和耐磨性。研究表明,真空蒸镀W的金刚石相对于未镀和化学镀的金刚石,具有较强抵抗热损伤和胎体侵蚀的能力,而化学镀覆Ni-W-B和Ni-W-P则会加剧胎体金属对金刚石的侵蚀和热损伤,金刚石的强度大大降低,复合齿的磨耗比远小于真空蒸镀W复合齿。金刚石真空蒸镀W镀覆技术的应用必然大大地提高复合齿的性能。      

用硼砂溶液及燃焰外焰对硬质合金基底表面进行预处理

对钨钴类硬质合金基底表面进行预处理的目的是降低基底表面钴的含量,以便降低钴对沉积金刚石薄膜的不利影响。为了改善金刚石薄膜的生长环境,提高其与硬质合金基底的粘接强度,将经过清洗后的硬质合金基底浸泡在硼砂饱和溶液中,在沉积金刚石薄膜时,先用燃焰外焰的热量及其氧化性对带有硼砂饱和溶液的硬质合金基底表面进行预处理30～60s,然后再进行化学气相沉积金刚石薄膜。经上述方法处理的试样与未经该法处理的试样相对比,前者的金刚石薄膜生长速度明显较快,生长温度也比较低,试样对标准砂轮的磨耗比值较后者的提高20%以上,表明本实验方法提高了薄膜与基底的粘接强度。     

金刚石—立方氮化硼—硬质合金合柱齿的研究

采用添加Ni-P活化烧结WC -Co硬质合金的特殊工艺 ,用热压法成功地烧结出了新型的金刚石 -立方氮化硼 -硬质合金复合柱齿。研究分析了热压烧结工艺 (烧结温度、烧结压力和保温保压时间 )对新型金刚石 -立方氮化硼 -硬质合金复合柱齿性能的影响。     

新型针状硬质合金-金刚石复合型钻头

介绍了针状硬质合金-金刚石复合型钻头的设计与制造工艺以及在孕镶针状硬质合金钻头基础上复合金刚石的研究方法。对针状硬质合金规格、性能以及排列方式提出了有实用价值的设计,并对金刚石的品级、浓度、粒度及钻头的烧结工艺进行了较深入的试验研究。生产性试验表明,该类型钻头对于钻进硬而破碎地层、软硬夹层以及卵砾石地层均具有很好的使用效果。     

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具切削试验研究

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具是CVD金刚石薄膜的重要应用领域之一。通过该型刀具与普通硬质合金刀具对高硅铝合金这一难加工材料的切削对比试验 ,显示出金刚石薄膜涂层硬质合金刀具不论在切削寿命、加工精度方面 ,还是在导热性等方面 ,其切削性能明显优于普通硬质合金刀具     

镍基WC-金刚石复合镀层的制备和摩擦磨损特性研究

本文选用碳化钨硬质颗粒作为增强材料与金刚石颗粒共同沉积到镍基金属中,以提高电镀金刚石钻头胎体的耐磨性。首先采用单因素实验分析方法,研究了复合电镀主要工艺参数对复合镀层中WC颗粒含量以及沉积速率的影响,然后经综合分析优化出最佳工艺参数,采用复合电镀工艺制作出镍基WC-金刚石复合镀层,并与镍基金刚石复合镀层的磨损特性进行了比较。结果表明：碳化钨硬质颗粒的引入,使得复合镀层的质量磨损量和摩擦系数减少,耐磨性提高。     

偏心楔钻进技术的改进与应用

偏心楔是定向钻进技术的一种方法和手段,偏心楔钻进技术的关键工序是孔底架桥和在硬岩地层过楔面钻进技术。通过生产、科研相结合,对液压金属孔底塞和金刚石钻头进行了改进研究,经过几年的生产应用和3个钻孔应用效果对比,取得了较好的效果。     

Comparison of enigmatic diamonds from the Tolbachik arc volcano (Kamchatka) and Tibetan ophiolites: Assessing the role of contamination by synthetic materials

The enigmatic appearance of cuboctahedral diamonds in ophiolitic and arc volcanic rocks with morphology and infrared characteristics similar to synthetic diamonds that were grown from metal solvent requires a critical reappraisal. We have studied 15 diamond crystals and fragments from Tolbachik volcano lava flows, using Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), transmission electron microscopy (TEM), synchrotron X-ray fluorescence (SRXRF) and laser ablation inductively coupled plasma mass-spectrometry (LA-ICP-MS). FTIR spectra of Tolbachik diamonds correspond to typical type Ib patterns of synthetic diamonds. In TEM films prepared using focused ion beam technique, we find Mn-Ni and Mn-Si inclusions in Tolbachik diamonds. SRXRF spectra indicate the presence of Fe-Ni and Fe-Ni-Mn inclusions with Cr, Ti, Cu, and Zn impurities. LA-ICP-MS data show variable but significantly elevated concentrations of Mn, Fe, Ni, and Cu reaching up to 70 ppm. These transition metal concentration levels are comparable with those determined by LA-ICP-MS for similar diamonds from Tibetan ophiolites. Mn-Ni (+Fe) solvent was widely used to produce industrial synthetic diamonds in the former USSR and Russia with very similar proportions of these metals. Hence, it appears highly probable that the cuboctahedral diamonds recovered from Kamchatka arc volcanic rocks represent contamination and are likely derived from drilling tools or other hard instruments. Kinetic data on diamond dissolution in basaltic magma or in fluid phase demonstrate that diamond does not form under the pressures and temperature conditions prevalent within the magmatic system beneath the modern-day Klyuchevskoy group of arc volcanoes. We also considered reference data for inclusions in ophiolitic diamonds and compared them with the composition of solvent used in industrial diamond synthesis in China. The similar inclusion chemistry close to Ni₇₀Mn₂₅Co₅ for ophiolitic and synthetic Chinese diamonds scrutinized here suggests that most diamonds recovered from Tibetan and other ophiolites are not natural but instead have a synthetic origin. In order to mitigate further dubious reports of diamonds from unconventional tectonic settings and source rocks, we propose a set of discrimination criteria to better distinguish natural cuboctahedral diamonds from those produced synthetically in industrial environments and found as contaminants in mantle- and crust-derived rocks.     

电镀镍锰胎体金刚石钻头的应用

对电镀镍锰胎体金刚石钻头和镍钴胎体钻头的使用情况进行了对比。实践证明,镍锰胎体钻头特别适用于钻进坚硬破碎、强研磨性地层和软硬交替的地层。     

全金属螺杆钻具研究现状与关键技术

螺杆钻具作为一种容积式动力钻具,具有良好的输出硬特性,是当前应用最广泛的井下动力钻具之一。螺杆钻具的耐温性是其研究的热点所在,可扩大其应用范围和延长工作寿命,在深部高温钻探领域,具有良好的发展前景。本文在阐明螺杆钻具的基本原理和特性基础上,调研分析了常规螺杆钻具的发展现状,重点调研分析了美国全金属螺杆钻具的研发现状与国内全金属螺杆钻具的发展,提出了全金属螺杆钻具的关键技术,为国内开展这项前沿钻具技术的研发提供参考。     

硬岩钻进用石油钻头研究现状及发展趋势

能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而中硬岩层钻进一直限制着油气钻井向深部发展。针对硬岩地层钻进,地质行业主要采用金刚石钻头钻进,而油气钻井行业除按传统方法采用牙轮钻头和金刚石钻头钻进之外,也逐渐开展了PDC钻头钻进硬岩的研究。本文分别介绍了牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻头在油气勘探硬岩钻进中的应用研究现状。其中,牙轮钻头研究主要集中在增强轴承密封性能、改进布齿结构和提高切削齿强度三个方面,而金刚石钻头研究则集中在碎岩机理、金刚石参数和胎体性能,以及钻头结构三个方面。提出了三类钻头的研究方向和发展趋势,为硬岩钻探技术发展提供参考。     

硬脆性辅料对孕镶金刚石钻头钻进性能的影响机制

以改善金刚石钻头的使用性能为目的,向钻头胎体中添加不同量的碳化硅颗粒,并采用室内钻进试验的方法,研究碳化硅及其添加量对钻头性能的影响机制。结果表明:与常规钻头相比,添加质量分数为5.5%的碳化硅颗粒,其钻进效率提高了55.14%;胎体中的碳化硅颗粒有利于改善钻头胎体的微观磨损形貌;残留于孔底的碳化硅颗粒有利于改善冲洗液对胎体的冲蚀效果,以及提高对胎体中单颗粒金刚石的修锐效果。      

金刚石工具在钢筋混凝土结构修复改造中的应用与研究现状

我国正处于钢筋混凝土结构应用与发展的大规模新建与修复改造并重阶段。为对钢混结构进行局部或整体的拆除与修复改造,传统机械破碎与爆破拆除方式存在施工效率低、安全隐患大和环境污染严重等问题,而利用金刚石工具对其进行静力切割拆除的施工方法在近年来得到迅速发展。目前,在钢混结构拆除与修复改造施工中应用最多的金刚石工具为金刚石薄壁钻头、金刚石锯片和金刚石绳锯。本文对上述3类金刚石工具在钢混结构修复改造施工中的应用现状、钻进与锯切机理、制造技术和施工工艺等研究现状进行了总结与分析,在此基础上指出了其可能的研究趋势与发展方向。研究成果可为金刚石工具在工民建和部分特殊领域的广泛应用提供技术参考。     

热压铁基孕镶金刚石钻头的试验研究

针对在坚硬致密岩石中钻进时效低和钻头使用寿命短的技术难题,分析了热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键,硬而带脆性的胎体性能有利于金刚石出刃,从而能提高钻进速度。因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究,试制出了热压铁基孕镶金刚石钻头,取得了突破性的进展。在坚硬致密岩层中钻进,钻进时效由0.5 m左右提高到1.17 m,钻头寿命由10 m左右提高到21.31 m,解决了在坚硬致密岩层中钻进难的问题。试验研究结果说明,铁基合金是一种新型的金刚石钻头胎体材料,热压铁基孕镶人造金刚石钻头是一种新类型的金刚石钻头。