高韌性PDC復合片及其在破巖機械中的應用
2024年06月27日15:30
項目簡介
隨著硬巖、軟硬夾層等苛刻復雜工況的增多以及工程對工作效率的要求，破巖機械的核心部件抗沖擊能力、服役壽命面臨新的挑戰。聚晶金剛石復合片（PDC）憑借其優良性能，可用于提升破巖機械的效率和服役壽命。但國產PDC因韌性差、穿透能力弱、抗沖擊性能低，致使高端PDC市場一直被國外產品壟斷，PDC制造業發展面臨新的挑戰。鄭州機械研究所有限公司聯合河南四方達超硬材料股份有限公司、寧波中機松蘭刀具科技有限公司、中鐵工程裝備集團隧道設備制造有限公司、中南大學、吉林大學等組成產學研用創新團隊，突破了高韌性PDC的材料-結構-合成-連接等關鍵技術，實現了高韌性PDC的自主制造，并廣泛應用于破巖機械中。項目取得的主要科技創新如下：
1.研發了破巖機械用高強韌聚晶金剛石原料與組元配比。開發了多元合金粘結劑替代純鈷，提高了聚晶體鍵合強度；開發了聚晶原料凈化純化、表面處理、纖維增韌等提性技術，提升了PDC抗沖擊性能。
2.設計了多層梯度過渡結構和非平面連接結構，降低了PDC聚晶層與硬質合金層界面應力，分散了沖擊力，降低了聚晶層崩碎或從基體上剝離脫落風險。
3.揭示了合成工藝參數對聚晶金剛石界面反應過程、結構與復合性能影響規律，開發了聚晶金剛石復合片二次加壓加熱保溫合成工藝，提高了PDC整體抗沖擊性能。
4.開發了聚晶金剛石復合片高可靠釬焊技術，通過調控釬縫韌-脆相比例、預置中間層緩解應力，提高了接頭強度和工具破巖效率，延長了使用壽命。
項目先后通過了國家科技重大專項等項目驗收和由3位院士領銜的科技成果評價，項目整體技術國際先進，PDC復合片釬焊強度和抗沖擊性指標處于國際領先。授權專利30項，其中發明專利13項，形成了PDC專利池；制訂團體標準1項，發表論文27篇。
項目研發的高韌性PDC性能優異、質量穩定，滿足了破巖機械對PDC的工程需求；項目技術填補了國內空白，打破了國外技術壟斷，實現了高韌性PDC的進口替代，并遠銷歐美、東南亞等多個國家和地區；近三年，實現新增銷售收入13.2億元。
獲獎等級：三等獎
完成單位：鄭州機械研究所有限公司；河南四方達超硬材料股份有限公司；寧波中機松蘭刀具科技有限公司；中鐵工程裝備集團隧道設備制造有限公司；中南大學；吉林大學；中煤科工西安研究院（集團）有限公司
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