張敏青  冀中能源邢礦集團公司河北煤炭科學研究院，河北邢臺054000 
   
　　摘要：文章介紹了國內外目前金剛石復合片鉆頭的生產工藝現狀及存在問題，簡述了低溫電鍍焊接工藝發(fā)展方向及優(yōu)勢。 
   
　　關鍵詞：復合片；鉆頭；工藝；電鍍 
   
　　中圖分類號：TD350.4 文獻標識碼：B 文章編號：1007-1083（2012）03-0074-01 
   
　　1·復合片鉆頭的切削機理與優(yōu)勢 
   
　　復合片實際上是由一個人造金剛石的聚晶表層和硬質合金的碳化鎢底層在高溫高壓過程中制造出來的完整產品。金剛石聚晶的晶向結構優(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度，且無方向偏析。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。而復合片鉆頭由于刃面、刃尖兩個方向具有自銳作用，刃口鋒利，因而能夠在較低的鉆壓和較低的轉速條件下實現高速鉆進，并能在整個使用過程中保持高速鉆進的效果。另外，由于復合片的碳化鎢底層提供了抗沖擊強度，所以復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構強度及抗沖擊性能。復合片切削塊工作時的磨損過程實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合片切削塊自銳的過程。 
   
　　2·復合片鉆頭的生產工藝問題現狀 
   
　　復合片的熱穩(wěn)定性可以說很差。這是由于其底層采用合金（碳化鎢）粉末，聚晶采用微納米級單晶金剛石粉，在金剛石與碳化鎢之間和金剛石粉內投放有粘結劑，一般是鈷或鈷的化合物，有時采用石墨粉時而需加上適量的觸媒劑，在大約1500℃的高溫和6萬個大氣壓下燒結而成。這樣由于起粘結和觸媒作用的鈷元素不僅會造成聚晶金剛石的石墨化，而且還會由于鈷或鈷的化合物的熱脹系數很不相同，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也易于造成聚晶層從底層（或襯底）上脫落的嚴重缺陷。因此，將復合片這樣一個特定的切削塊鑲焊在鉆頭體上就成了一個關鍵技術。因為復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應低于700℃；倘若釬焊金屬熔點過低，則又影響焊接后的連接強度，造成鉆頭上的復合片在工作過程中易于脫落，這是目前復合片鉆頭的主要問題。 
   
　　3·復合片鉆頭生產工藝研究成果 
   
　　采用低溫電鍍的工藝研制這種鉆頭，完全避免了高溫影響，不可能產生熱應力，經過幾年的工作，取得了一定成果。 
   
　　通過對鉆頭鋼體與模具加工光潔度及鍍前除油污等問題的處理，對電解過程科學合理控制，試驗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。成為復合片鉆頭生產工藝的發(fā)展方向，其特點如下： 
   
　?。?）完全避免了高溫的影響，采用低溫電鍍的工藝研制復合片鉆頭，應當說是一個創(chuàng)舉，而且實踐證明是合理的，也是成功的。 
   
　?。?）復合片鉆頭對于軟地層（3~6級）是比較理想的碎巖工具，它是屬于切削型的鉆頭，具有最高的鉆進速度，試驗中最高時效高達14m/h，而且也能取得較長的使用壽命。 
   
　?。?）復合片電鍍鉆頭不僅適用于完整地層，破碎地層也較適用，具有較強的抗沖擊性能。 
   
　?。?）用低溫電鍍的工藝鑲焊復合片是可行的、合理的，因而也是成功的。不僅由于低溫不對聚晶金剛石產生熱損傷，而且復合片鑲焊十分牢固可靠，試驗鉆頭中沒有復合片脫落。 
   
　?。?）復合片鉆頭的設計應考慮負前角、旁通角，且復合片以其半出露為好。為增強抗沖擊性能應輔之以后支撐安排。 
   
　?。?）目前國內生產的復合片由于耐磨性還不高，正常使用中往往也磨損嚴重，影響鉆頭壽命。 
   
　?。?）由于復合片熱穩(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合金分離或剝落以及磨損嚴重，除了復合片生產質量方面的原因之外，恐怕也是由于其熱穩(wěn)定性差而對冷卻、溫度特別敏感的原因所致。