燒結(jié)壓力對低液相Fe基預(yù)合金鉆頭胎體性能的影響＊

王志明，方小紅，孫武成，段隆臣，譚松成，章文姣

（1.巖土鉆掘與防護(hù)教育部工程研究中心,武漢 430074）

（2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,武漢 430074）

（3.科技部地球深部鉆探與深地資源開發(fā)國際聯(lián)合研究中心,武漢 430074）

（4.遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,遼寧 錦州121001）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場上對各種地下礦產(chǎn)資源的需求日益增長，從而導(dǎo)致固體礦藏勘探不斷向深部發(fā)展[1-2]。深部鉆探一方面要求鉆探設(shè)備往全液壓化和智能化發(fā)展，另一方面也要求鉆頭具有更高的機(jī)械鉆速和更長的使用壽命，并盡可能降低鉆進(jìn)輔助時(shí)間[3-5]。固體礦產(chǎn)勘探所面向的地層以變質(zhì)巖和巖漿巖為主，具有可鉆性級(jí)值高、研磨性強(qiáng)的特點(diǎn)，且隨著勘探深度的增加有難鉆程度更高的趨勢，而熱壓孕鑲金剛石鉆頭是實(shí)現(xiàn)該類地層快速鉆進(jìn)的最佳破巖工具之一[6-8]。

目前，市場上常用的熱壓孕鑲金剛石鉆頭胎體配方體系為WC 基和Fe 基，并同時(shí)添加有Ni、Co、Mn、Cu、Sn 和Ti 等單質(zhì)或預(yù)合金成分[9-10]。其中：以WC和Fe 為胎體的骨架材料，在孕鑲金剛石鉆頭的熱壓燒結(jié)過程中處于固相狀態(tài)，占胎體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20%～60%；低熔點(diǎn)的Cu 合金則為胎體的黏結(jié)成分，在燒結(jié)過程中呈液相或熔融相，常見質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～35%。隨著金屬材料價(jià)格上漲，研發(fā)性能優(yōu)異且低成本的金剛石鉆頭胎體對降低鉆探成本具有十分重要的意義[11-12]。因此，近年來熱壓Fe 基孕鑲金剛石鉆頭得到了迅速發(fā)展。

在Fe基鉆頭胎體的研究初期，研究者們主要是利用Fe 替代傳統(tǒng)胎體配方中的部分成分。金鑫[13]采用Fe 代替部分WC，試制了熱壓WC-Fe 基金剛石鉆頭并取得了較好效果；莫松林等[14]在金剛石鉆頭胎體中加入FeCuNi 等Fe 類預(yù)合金粉末，鉆頭的綜合性能得到很大提高；楊洋等[15]發(fā)明了一種熱壓高磷Fe 基金剛石鉆頭，相比于WC 基鉆頭，其機(jī)械鉆速和使用壽命都有提高。隨著Fe 基胎體配方體系的逐漸成熟，研究者們更多趨向于對Fe 基胎體配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[16-17]。董虎林等[18]將TiC 加入Fe 基胎體中，當(dāng)TiC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，胎體的綜合性能最佳；沈立娜等[19]的研究表明：當(dāng)添加的La 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，預(yù)合金Fe 基胎體材料的綜合力學(xué)性能最好；周強(qiáng)等[20]將W 添加到Fe 基預(yù)合金粉中，發(fā)現(xiàn)添加W 能夠提高胎體對金剛石的把持能力。

隨著預(yù)合金材料的發(fā)展，對Fe 基胎體的研究不僅在配方方面，而且在胎體材料的預(yù)合金化和燒結(jié)工藝方面也有突破[21-22]。ZHAO 等[23-24]研究了富鐵基鉆頭胎體配方的預(yù)合金化對其性能的影響，表明胎體材料預(yù)合金化可顯著提高胎體的力學(xué)性能，并提高胎體對金剛石的包鑲強(qiáng)度；杜全斌等[25]在Fe 基粉末中加入黏結(jié)劑Cu85Sn15，在燒結(jié)溫度為820～850 ℃時(shí)，胎體具有良好的強(qiáng)韌匹配。孫吉偉等[26]在熱壓Fe 基預(yù)合金胎體中加入不銹鋼纖維網(wǎng)，有效提高了胎體的抗沖擊韌性。許華松等[27]的研究得出，F(xiàn)e 基金剛石鉆頭空白試樣的抗拉和抗彎強(qiáng)度在保溫5 min 時(shí)達(dá)到最大值；肖長江等[28]的研究表明：當(dāng)溫度為790 ℃，燒結(jié)壓力為20 MPa 時(shí)，F(xiàn)e 基結(jié)合劑節(jié)塊的硬度和抗彎強(qiáng)度有最佳值；劉偉等[29]研究了磁處理參數(shù)對熱壓Fe基鉆頭胎體性能的影響，認(rèn)為磁處理可顯著提高胎體的抗彎強(qiáng)度，且含金剛石胎體的磨損量可同比降低38.1%。

上述研究表明，對于傳統(tǒng)的熱壓金剛石鉆頭燒結(jié)配方體系而言，F(xiàn)e 基胎體配方及其制備工藝已經(jīng)處于較為成熟的應(yīng)用階段。但同時(shí)，隨著鉆探設(shè)備逐漸向全液壓化和自動(dòng)智能化發(fā)展，其對金剛石鉆頭的胎體性能也提出了新的更高的要求?；诖耍x用3 種Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于80%的預(yù)合金粉末（總液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%）進(jìn)行熱壓燒結(jié)試驗(yàn)，以期開發(fā)一種新的低液相Fe基預(yù)合金鉆頭胎體配方體系。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3 種Fe 基預(yù)合金粉末分別為FAM1020（FeNi18Co2）、FAM2120（FeNi6Cu6Sn3）和FAM3010（FeNi7Mn12），其微觀形貌如圖1所示，其中FAM1020 的基本顆粒尺寸為 37～39 μm，F(xiàn)AM2120 的基本顆粒尺寸為 35～37 μm，F(xiàn)AM3010 的基本顆粒尺寸為 28～30 μm。根據(jù)材料廠商推薦的燒結(jié)工藝參數(shù)及其相應(yīng)的胎體力學(xué)性能，在試驗(yàn)前期采用極端頂點(diǎn)設(shè)計(jì)和規(guī)劃求解法得出燒結(jié)溫度為950 ℃時(shí)的3 個(gè)較優(yōu)Fe 基預(yù)合金胎體配方如表1所示。由表1 可知：優(yōu)選的3 種Fe 基預(yù)合金胎體配方中，其低熔點(diǎn)金屬Cu 和Sn 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%～4.47%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)熱壓Fe 基胎體配方體系中的液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)（15.00% ～35.00%）。為對胎體配方中的液相含量進(jìn)行量化區(qū)分，提出熱壓金剛石鉆頭胎體配方液相含量（liquid phase content，LPC）的分組標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。由于表1 中的3 個(gè)胎體配方中因低熔點(diǎn)金屬Cu 和Sn 形成的液相含量分別為少量、微量和極微量，因此統(tǒng)稱為低液相胎體配方。

表1 低液相Fe基預(yù)合金胎體配方Tab.1 Formula of Fe-based pre-alloyed matrix with low liquid phase

表2 熱壓金剛石鉆頭胎體配方中的液相含量分組Tab.2 Grouping of liquid contents in matrix formula of hot-pressed diamond bits

圖1 合金粉末微觀形貌Fig.1 Micromorphology of alloy powders

考慮到低液相胎體配方中的Fe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)都超過80.00%，而燒結(jié)溫度過高或保溫時(shí)間過長都會(huì)導(dǎo)致Fe對金剛石產(chǎn)生嚴(yán)重的熱損傷。因此，綜合考慮胎體配方成分和胎體試驗(yàn)尺寸后，試驗(yàn)采用的燒結(jié)溫度為950 ℃，保溫時(shí)間為5 min，主要研究燒結(jié)壓力對低液相預(yù)合金鉆頭胎體性能的影響。同時(shí)，為評價(jià)低液相Fe基預(yù)合金配方與傳統(tǒng)熱壓Fe 基配方的優(yōu)缺點(diǎn)，選用4 號(hào)傳統(tǒng)配方作為對比，其配方是Fe、WC、663Cu、Ni、Mn 和Co，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為38.0%、10.0%、35.0%、10.0%、4.0%和3.0%。且4 號(hào)配方中Fe 和WC 的含量較高，故能采用與低液相配方相同的燒結(jié)工藝。

制作的試樣分為不加金剛石的空白胎體試樣和加金剛石的胎體試樣2 類，且每種配方分別燒制2 種類型的試樣各3 個(gè)。在制備含金剛石的胎體試樣時(shí)，加入的金剛石體積濃度為25%，金剛石粒度代號(hào)為50/60。試驗(yàn)用胎體試樣規(guī)格為5 mm × 5 mm × 30 mm，模具材料為高強(qiáng)石墨。熱壓燒結(jié)參數(shù)為：溫度θ=950 ℃，保溫時(shí)間t=5 min，壓力p=15.0，17.5，20.0，22.5 和25.0 MPa。

在CTM2500 微機(jī)控制型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上對空白胎體試樣進(jìn)行三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度測試，而后對空白試樣進(jìn)行洛氏硬度和致密度測試。對相同燒結(jié)溫度、不同燒結(jié)壓力下抗彎強(qiáng)度測試的空白試樣斷口，用Phenom G2 掃描電鏡觀察，分析燒結(jié)壓力變化對胎體材料晶粒尺寸、孔隙大小和數(shù)量以及胎體致密性和塑性的影響規(guī)律。對含金剛石的胎體試樣斷面進(jìn)行掃描電鏡觀察，并用VK-X100K 激光掃描共聚焦顯微鏡觀察試樣斷口的三維形貌，定性分析金剛石的包鑲情況以及金剛石的熱損傷情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能分析

Fe 基胎體空白試樣在不同燒結(jié)壓力下的洛氏硬度如圖2所示。在3 組規(guī)劃求解得出的配方中，1 號(hào)配方的預(yù)測硬度值是最大的，圖2 的試驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)果。由圖2 可以看出：隨著燒結(jié)壓力的增大，1、2、3 號(hào)低液相Fe基預(yù)合金配方的胎體硬度逐漸增加。在燒結(jié)壓力由15.0 MPa 增大到25.0 MPa 時(shí)，1、2 號(hào)配方胎體的硬度增加趨勢穩(wěn)定；而3 號(hào)配方在15.0～20.0 MPa時(shí)的增速較緩，當(dāng)壓力繼續(xù)增大到22.5 MPa 時(shí)增速加大而后趨于平緩。對于1、2、3 號(hào)低液相配方來說，總體上在同一燒結(jié)壓力下，1 號(hào)配方的胎體硬度最大，2號(hào)的其次，3 號(hào)的胎體硬度值最小。從表1 可以看出：1 號(hào)到3 號(hào)配方中的低熔點(diǎn)金屬Cu、Sn 的含量逐漸減少，因而在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相含量減少，在同一燒結(jié)壓力下，胎體的硬度值逐漸減小，但3 組配方的硬度都高于95 HRB。同時(shí)，圖2 中的4 號(hào)常規(guī)Fe 基配方的硬度值是最低的，且隨燒結(jié)壓力增大先增大后減小。

圖2 洛氏硬度隨燒結(jié)壓力的變化Fig.2 Rockwell hardness varies with sintering pressure

Fe 基胎體空白試樣的抗彎強(qiáng)度及含金剛石的胎體試樣的抗彎強(qiáng)度以及抗彎強(qiáng)度損失率如圖3所示。由圖3a 可知：1、2、3 號(hào)配方的低液相Fe基預(yù)合金空白胎體抗彎強(qiáng)度隨著燒結(jié)壓力的增大而逐漸增大，其中3 號(hào)配方的增速明顯放緩，而4 號(hào)的抗彎強(qiáng)度隨著燒結(jié)壓力的增大有先增后減的趨勢。其中：2 號(hào)配方空白胎體在20.0～25.0 MPa 時(shí)的抗彎強(qiáng)度高于1 000 MPa；3 號(hào)配方空白胎體的抗彎強(qiáng)度在5 組壓力下都高于1 000 MPa。由圖3b 可知：當(dāng)燒結(jié)壓力從15.0 MPa 增大到20.0 MPa 時(shí)，含金剛石胎體的抗彎強(qiáng)度都明顯增大，但當(dāng)燒結(jié)壓力繼續(xù)增大到22.5 MPa、25.0 MPa 時(shí)，1、2、3 號(hào)胎體的抗彎強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，而4 號(hào)胎體的抗彎強(qiáng)度卻明顯下降。

圖3 抗彎強(qiáng)度與強(qiáng)度損失率隨燒結(jié)壓力變化Fig.3 Bending strength and strength loss rate vary with sintering pressure

由于抗彎強(qiáng)度容易測量，在實(shí)踐中常采用抗彎強(qiáng)度損失率q來反映胎體對金剛石的把持力，q值越小，胎體對金剛石的把持越牢固。q的計(jì)算公式為：

式中：σB為不含金剛石時(shí)胎體的抗彎強(qiáng)度，MPa；σD為含金剛石時(shí)胎體的抗彎強(qiáng)度，MPa。

從圖3c 中可以看出：對1、2、3 號(hào)配方來說，其總體抗彎強(qiáng)度損失率變化不大，都呈微增大趨勢，這是因?yàn)楫?dāng)含金剛石的胎體抗彎強(qiáng)度穩(wěn)定時(shí)其純胎體抗彎強(qiáng)度增大，式（1）計(jì)算的抗彎強(qiáng)度損失率微增大；而4號(hào)配方的抗彎強(qiáng)度損失率在20 MPa 時(shí)發(fā)生明顯下降，這是由于在20 MPa 時(shí)，含金剛石胎體相比于空白胎體的抗彎強(qiáng)度有著明顯的升高。同時(shí)，1 號(hào)配方的抗彎強(qiáng)度損失率最大，4 號(hào)配方的最小。

圖3a、圖3b、圖3c 中的低液相Fe 基胎體試樣空白胎體和含金剛石胎體，其抗彎強(qiáng)度值循序?yàn)榕浞?＞配方2＞配方1。由表1 可知，元素Ni、Co、Mn 含量在配方1 至配方3 中逐漸增大，Cu、Sn 含量逐漸減少。在燒結(jié)過程中，液相來源主要為Cu、Sn 元素和Cu-Sn合金，而Cu、Sn 形成的硬脆相強(qiáng)度較低，不利于燒結(jié)胎體整體強(qiáng)度提升[30-31]。所以，在配方1 至配方3 中以銅錫為基的固溶體（其塑韌性較好，強(qiáng)度較低）含量降低，胎體強(qiáng)度增大。且Co 和Fe 屬于同族元素，原子半徑相近，在燒結(jié)過程中易形成置換固溶體；同時(shí)，Ni、Mn 都能與Fe 形成固溶體。因此，隨著配方中Ni、Co、Mn 含量增大，胎體的抗彎強(qiáng)度增大。綜合來看，3 號(hào)配方在抗彎強(qiáng)度及其損失率方面性能最優(yōu)。

從整體上看，低液相Fe基預(yù)合金配方胎體隨著燒結(jié)壓力的增加，其空白胎體的硬度和抗彎強(qiáng)度都有所增加，而含金剛石胎體的抗彎強(qiáng)度在燒結(jié)壓力增大到20.0 MPa 后趨于穩(wěn)定。分析認(rèn)為，這是由于金剛石顆粒的加入，對胎體的結(jié)構(gòu)造成了一定的影響。

用于對比的4 號(hào)常規(guī)鐵基配方的空白及含金剛石胎體抗彎強(qiáng)度隨燒結(jié)壓力的增大先增后減，這是因?yàn)閴毫Φ蜁r(shí)增加壓力可以減少氣孔，使得試樣的抗彎強(qiáng)度上升。當(dāng)燒結(jié)壓力達(dá)到20.0 MPa 后，過高的壓力導(dǎo)致液相金屬流失，金屬原子之間的形核能力變差，從而抑制了其強(qiáng)化效果，因此抗彎強(qiáng)度反而降低。

圖4 為不同燒結(jié)壓力下空白胎體與含金剛石胎體試樣的致密度變化情況。圖4 中：1、2 和3 號(hào)配方試樣在15.0 MPa 下的致密度最低；隨著燒結(jié)壓力增大，空白試樣的致密度逐漸增大，在25.0 MPa 時(shí)空白胎體致密度都已達(dá)到97.00%左右，含金剛石的試樣除2 號(hào)配方外的致密度也達(dá)到97.00%以上；4 號(hào)配方試樣的致密度先增大后趨于穩(wěn)定，在25.0 MPa 條件下空白及含金剛石胎體試樣的致密度分別達(dá)到98.47%和98.54%。

圖4 致密度隨燒結(jié)壓力變化Fig.4 Relative density varies with sintering pressure

綜合對比可知，隨著燒結(jié)壓力的提高，4 個(gè)配方的空白胎體和含金剛石的胎體試樣的致密度都在提高。這是因?yàn)樵跓Y(jié)過程中，燒結(jié)壓力的提高導(dǎo)致燒結(jié)過程中胎體粉末內(nèi)的空氣逃逸出試樣表面的速度加快，因而殘存在試樣中的氣體減少，試樣的致密度提高。而且，燒結(jié)壓力范圍較低時(shí)氣體容易逸出，試樣致密度增加更顯著一些；當(dāng)壓力繼續(xù)增大后，殘留的氣體溢出困難，因此繼續(xù)增加燒結(jié)壓力，致密度提升變緩。

2.2 斷口形貌分析

為研究低液相Fe基預(yù)合金配方胎體微觀結(jié)構(gòu)和金剛石的損傷情況，選取2 號(hào)配方在燒結(jié)溫度為950 ℃，燒結(jié)壓力分別為15.0，20.0 和25.0 MPa 時(shí)，對空白及含金剛石胎體的斷口形貌進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 2 號(hào)配方胎體在不同燒結(jié)壓力下的斷口形貌Fig.5 Fracture morphology of No.2 formula matrix under different sintering pressures

材料力學(xué)性能的變化可以由顯微組織的變化規(guī)律來解釋。胎體的斷裂包括裂紋的形成與擴(kuò)展，而孔隙的存在則影響裂紋的形成與擴(kuò)展，進(jìn)而造成微觀斷裂機(jī)理的變化。由圖5a～圖5c 可知：當(dāng)燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間一定時(shí)，隨著燒結(jié)壓力的增大，空白胎體內(nèi)的微孔隙尺寸和數(shù)量顯著減少，致密度增加。同時(shí)，隨著燒結(jié)壓力增大，斷口表面上的韌窩增多，胎體的抗彎性能增強(qiáng)。

在Fe 基金剛石工具中，金剛石表面的“坑洼”形貌特征是胎體中Fe 對金剛石的熱腐蝕造成的[32]。由圖5d～圖5f 可知：隨著燒結(jié)壓力的增大，胎體對金剛石的熱腐蝕也越來越嚴(yán)重。當(dāng)燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間不變時(shí)，燒結(jié)壓力的增大會(huì)導(dǎo)致胎體與金剛石的接觸越來越緊密，理論上增大了胎體與金剛石的接觸面積，加劇了Fe 對金剛石的熱損傷，這可能是造成金剛石熱損傷加劇的主要原因。過度的損傷會(huì)造成金剛石強(qiáng)度下降，影響鉆進(jìn)效果。綜合力學(xué)性能與微觀圖像分析，低液相Fe基預(yù)合金鉆頭胎體的最優(yōu)燒結(jié)壓力為20 MPa。

作為對比，對4 號(hào)常規(guī)Fe 基配方的空白及含金剛石胎體試樣的斷口形貌進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。由圖6a～圖6c 可明顯觀察到：因4 號(hào)配方相對于前3種配方有更高含量的燒結(jié)液相組分，故產(chǎn)生大量韌窩和大小不一的孔隙。圖6a、圖6b 表明Fe 基空白胎體的空隙尺寸和數(shù)量隨著燒結(jié)壓力的增大明顯降低，而圖6b、圖6c 則表明燒結(jié)壓力由20.0 MPa 增大到25.0 MPa時(shí)，燒結(jié)壓力對試樣內(nèi)部微孔隙的影響已不顯著，但圖6c 中存在晶體聚集。分析認(rèn)為，在燒結(jié)壓力相對較低時(shí)，壓力增大會(huì)導(dǎo)致胎體致密度增加、孔隙減少，胎體力學(xué)性能增強(qiáng)。然而，過高的燒結(jié)壓力則會(huì)導(dǎo)致熱壓燒結(jié)過程中試樣內(nèi)的液相金屬流動(dòng)性變差，原子之間不能很好地形核長大，從而抑制了其固溶強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化，使試樣的抗彎強(qiáng)度反而降低。該現(xiàn)象與圖3中4 號(hào)配方的空白胎體抗彎強(qiáng)度隨燒結(jié)壓力先增大后減小的規(guī)律相符。

圖6 4 號(hào)配方胎體在不同燒結(jié)壓力下的斷口形貌Fig.6 Fracture morphology of No.4 formula matrix under different sintering pressures

從圖6d～圖6f 中觀察到金剛石存在一定程度的損傷，但沒有明顯的隨燒結(jié)壓力增加損傷加劇的現(xiàn)象。Cu 對金剛石不具有潤濕性，但其與一些元素結(jié)合后對金剛石有良好的潤濕性，如663 Cu 對金剛石有良好的潤濕性，可以降低燒結(jié)溫度，避免金剛石在高溫下產(chǎn)生石墨化損傷，加入 Fe 基胎體中可提高胎體的致密度。4 號(hào)常規(guī)Fe 基配方中663Cu 含量高，在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相充足，能良好地填充粉末縫隙，提高胎體致密度；且其燒結(jié)過程中單質(zhì)Fe 主要為固體顆粒，并非為熔融態(tài)，由于存在足夠多的液相，燒結(jié)壓力增大對Fe顆粒與金剛石接觸面積的增大沒有顯著效果。因此，傳統(tǒng)Fe 基配方對金剛石的熱損傷隨燒結(jié)壓力增大無明顯變化。

理論上而言，壓力的增加能夠提高胎體對金剛石的潤濕性，從而提高胎體對金剛石的包鑲能力。從圖5d～圖5f 的組織形貌可以看出隨燒結(jié)壓力的增大，金剛石的損傷增加。為對金剛石的熱損傷程度進(jìn)行量化評價(jià)，利用激光掃描共聚焦顯微鏡對2 號(hào)配方胎體斷面的金剛石表面“坑洼”處形貌進(jìn)行測量，結(jié)果如圖7所示。如圖7a～圖7c所示：受熱損傷后的金剛石表面高度差分別為5.179、7.811 和17.060 μm，表明在燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間不變的條件下，隨著燒結(jié)壓力的增大，金剛石表面的熱損傷程度顯著加重，同時(shí)胎體與金剛石的結(jié)合強(qiáng)度增大。

圖7 2 號(hào)配方胎體在不同燒結(jié)壓力下的斷口金剛石形貌Fig.7 Fracture diamond morphology of No.2 formula matrix under different sintering pressures

對2 號(hào)配方在燒結(jié)壓力為25.0 MPa 時(shí)的含金剛石試樣斷口的金剛石剝落坑進(jìn)行SEM 觀察，結(jié)果如圖8所示。圖8 中：在金剛石脫落坑的坑底可觀察到明顯的黑色物質(zhì)，表明在燒結(jié)過程中，胎體中的Fe 與金剛石表面發(fā)生反應(yīng)生成了Fe-C 化合物，對金剛石造成損傷；同時(shí)，這種化學(xué)結(jié)合增大了胎體對金剛石的包鑲強(qiáng)度。

圖8 2 號(hào)配方中金剛石-金屬的結(jié)合界面Fig.8 Bonding interface between diamond and metal in formula 2

3 結(jié)論

（1）在燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間不變的條件下，低液相Fe基預(yù)合金空白胎體的硬度和抗彎強(qiáng)度，隨著燒結(jié)壓力的增大而增大，而傳統(tǒng)Fe 基胎體配方的硬度與抗彎強(qiáng)度先增大后減?。患尤虢饎偸?，抗彎強(qiáng)度隨燒結(jié)壓力增大而增大，當(dāng)燒結(jié)壓力為20.0 MPa 時(shí)，繼續(xù)增大壓力，含金剛石胎體的抗彎強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，而常規(guī)Fe基配方含金剛石胎體的抗彎強(qiáng)度略有下降。

（2）在燒結(jié)溫度為950 ℃，保溫時(shí)間為5 min 時(shí)，1、2、3 號(hào)配方的低液相Fe基預(yù)合金空白胎體有著良好的硬度與抗彎性能，3 組配方硬度都高于95 HRB；2號(hào)配方空白胎體在20.0～25.0 MPa 時(shí)抗彎強(qiáng)度高于1 000 MPa，而3 號(hào)配方空白胎體的抗彎強(qiáng)度在5 組燒結(jié)壓力條件下，其抗彎強(qiáng)度都高于1 000 MPa。

（3）隨著燒結(jié)壓力增加，胎體對金剛石的熱損傷增加，但同時(shí)增加了胎體對金剛石的把持能力；低液相Fe基預(yù)合金配方對金剛石的侵蝕要強(qiáng)于4 號(hào)常規(guī)Fe 基配方的。

（4）綜合胎體的力學(xué)性能與金剛石熱損傷情況，低液相Fe基預(yù)合金胎體的最優(yōu)燒結(jié)壓力為20.0 MPa。