PCD质量检测方法_pcd质量检测方法
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复合片的性能检测方法
1、耐磨性
复合片的耐磨性一般是通过磨耗比这个指标来衡量的，但迄今为止国际上也没有制定统一的测试标准，几个主要的PDC生产国均有其自己的测试方法。美国的GE公司采用的方法是用PDC来车削一种结构均匀的花岗岩棒，切削速度为180 m/min，切深为1 mm，进给量为0.28 mm/r。车削时用测力计测PDC的受力大小。车削一定数量的花岗岩后，观察PDC的磨损量。磨损量是用投影显微镜测量被磨损部位的长宽尺寸，然后用计算机算出其体积，进行比较。英国De Beers公司的方法与GE公司类似。前苏联对PDC耐磨性的测定是用PDC来刨削指定地区采来的石英砂岩。石英砂岩采自顿涅茨地区托列兹露采厂，尺寸为500 mm×300 mm×250 mm。PDC固定在牛头刨床的刀具上，测试时，切削速度为0.55m/s，切深为0.5mm，横向进给量为2.8m/行程，每片PDC样品检测的切削长度为501 m。PDC磨耗值为其金刚石层磨损面中心部分的线高度(用工具显微镜测量，误差为0.03mm)。这2种方法各有优点:用砂轮可统一规范标准，即使不能完全规范标准，也相差不大，且能通过计算求出较准确的磨削值。用花岗岩更加符合应用范畴。但它们的缺点也是很明显的:只对复合片局部测试，不能判断整个复合片的质量;只能判断复合片的耐磨性能优劣，不能找到磨耗比大小的原因，是一种破坏性实验。国内通过6面顶合成出来的复合片一开始是采用工具磨床进行磨耗比测定，但误差甚大。郑州磨料所和桂林金刚石厂首先提出要研制专用仪器，后由桂林金刚石厂陈朝华和彭为云等研制设备，郑州磨料所汪荣华、黄祥芬，桂林金刚石厂方啸虎等进行测试方法和标准的研究，得到了现在普遍使用的磨耗比测定仪和测定方法。这种检测方法自动化程度高、检测效率高，且可大大降低劳动强度。目前还有一种测试方法，主要是通过XRD、Raman光谱法及SEM等对复合片进行综合测试，这几种方法综合使用可对复合片金刚石层的耐磨性能做出准确的判断，不仅可判断复合片质量的优劣，还能给出复合片金刚石层耐磨性能优劣的原因及改进方法，这种方法还未普遍使用。
2、热稳定性
由于复合片受热后，其使用性能会受到很大影响，因此很自然地从受热前后复合片性能地改变来研究其热稳定性。目前，测量加热后复合片性能改变量成为测定其热稳定性的主要手段。目前，在世界范围内，测定复合片耐热性的测试方法主要有如下3种:(1)英国DeBeers公司是将其置于空气中用马弗炉加热，同时将其置于还原气氛(95%H2+5%N2)中用还原炉加热至某一温度，并保持一段时间，然后测定其失重、耐磨性、石墨化程度和抗冲击性能;(2)英国DeBeers公司还有用热重-差热分析仪(DSC-DTA)，并配以高温显微镜，来测定其初始氧化温度，以此来确定氧化度和耐热性;(3)美国GE公司是将加热过的烧结体，用扫描电镜作断口分析及车削试验，切削速度为107~168 m/min，进给量为0.13 mm/r。国内的测试方法大多类似于方法(2)，采用差热-热重法[8]。主要是用差热-热重曲线来分析温度点，以此来确定复合片的氧化温度和石墨化温度等。而且目前测试复合片热稳定性时所采用的加热方式多是炉中加热。
3、抗冲击性能检测方法
由于复合片自身结构的特点，以及在实际使用过程中的受破坏方式，使得复合片一般都是受冲击破坏而失效，因此抗冲击性能也是衡量复合片质量优劣的一项重要指标。对其重视程度也越来越高，抗冲击性能的检测方法也在不断提高。
3.1 高速运动颗粒冲蚀法
(1)基本原理。用硅粉或玻璃粉作为抛射材料，利用电容放电原理使这些粒子获得动能，进而形成高速粒子流，冲击被测试样品的表面，使其产生侵蚀破坏，测得试样受冲击前后的质量损失，根据试验所采用喷射物的种类、粒子流的速度及质量损失比曲线，作为其抗冲击性能的标准指标。
(2)测试用仪器。高能电容器组、发射装置、高速分副测速相机及抛射体。(3)缺点。对设备的要求较高，不易推广应用。
(4)实际使用。主要是美国GE公司用来测定其产品的抗冲击性能。3.2 PDC车削带槽花岗岩棒转撞击法
(1)基本原理。先将PDC制成车刀，以一定的转速和进给力横切带轴向沟槽的花岗岩棒，以车刀发生崩刃、分层或破碎时所经受的冲击次数作为其抗冲击性能指标。
(2)缺点。很难找到各项性能指标完全相同的花岗岩棒，使测试结果的可信度大大降低;另外测试时还必须将PDC焊在刀架上，比较麻烦。
(3)实际使用。英国De Beers公司采用硅铝合金做材料，制成圆形的工件，工件上每180度间隔有一V形槽，检测时采用100 mm/min的切削速度，单次切削深度为1 mm。以试样失效时所经过V形槽的次数作为测试指标，来比较PDC的抗冲击性能和粘结质量。
3.3重砣冲击法
(1)基本原理。重砣冲击是在吊线冲击架上进行的，冲击架由一抛光的钢板和液压系统组成。液压系统可以进行平稳地调节，在试样上产生500~1000 N的轴向压力;重砣可沿拉紧的钢丝移动，动载荷靠不同的重砣产生，其范围在0.1~500 J。试验采用的测试参数一般是，轴向压力为1 000 N，单次冲击功为0.6 J，试验时将试样放于冲击架的钢板上，并通过一直径为20 mm的钢杆向试样施加1 000 N的轴向压力，然后多次抛落冲锤，直至试样完全破坏。以试样破坏时的抛落次数(冲击总能量)作为衡量PDC抗冲击性能的指标。
(2)缺点。这种方法测出的是在一定的条件下，试样完全破碎的冲击次数或冲击功，但实际上，PDC切削工具在井下工作时，往往受冲击剪切力而部分或边缘失效，而不是整体破坏，因此这种方法不能很好地模拟PDC的实际受力状态。
3.4可变换冲击功落球式冲击法
这种方法是赵尔信等人研究出来的，在国内得到了一定程度的应用。
(1)基本原理。将钢球在一定高度自由落下，钢球的势能转化为动能(冲击能)，利用该能量冲击试样进行测试。测试时，使冲球逐次冲砸PDC的边缘部分(单次冲击能量一般为0.2 J)，以试样表面出现可见裂纹或产生破碎时，得到冲击功值作为衡量其抗冲击性的定量指标，用冲击功表示，单位为焦耳。
(2)缺点。在原理上是完全可行的，测试误差也能满足要求(
4、超声检测
金刚石复合片的内部烧结质量问题，即金刚石层与硬质合金层的结合是否牢固，一直是PDC生产厂家和用户备受关注的问题。作为新型的超硬材料产品，目前国内PDC的产量不断扩大，应用领域越来越宽，对外也开始呈现较大批量的出口。在此情况下，如何更好地检测PDC的内部质量，生产出质量更可靠的产品，成了摆在PDC生产厂家面前的一个需要解决的新问题。现在，国内的部分厂家已开始研究寻找解决的方法。目前在国外检测PDC内部质量时都采用超声波检测方法[10]。检测原理为:用超声波检测PDC的内部质量，实际上是使用超声波技术进行探伤的过程。目前使用的超声探伤原理中，脉冲反射法应用最为广泛。
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