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经济社会的快速发展对孕镶金刚石钻头工具提出了新的要求。建筑装修改造及切削加工领域常用的孕镶金刚石钻头在使用过程中,出于对现场环境和人员健康的考虑,要求尽量减少或不使用切削液,造成钻头因热损伤而使用寿命缩短。地质钻探领域,随着常规资源逐渐消耗殆尽,钻探目标正朝着非传统领域迈进,所面临的一个主要问题同样是孔底高温造成的钻头寿命缩短。上述问题本质上是孕镶金刚石钻头表面微观层面的摩擦磨损问题。自润滑复合材料技术有着丰富的研究与应用,能在元件工作过程中自主地降低摩擦系数和磨损,提高工件寿命。自润滑复合材料的功能机理与孕镶金刚石钻头在微观层面的工作原理十分匹配。理论上,自润滑功能的引入能够提高钻头的使用寿命,同时不影响其正常的切削钻进功能。目前,对于自润滑孕镶金刚石钻头的研究为数不多,仅有的一些研究均为以胎体试样为研究对象、以普通低温固体润滑剂为添加剂的初步研究,缺乏对整只钻头在钻进条件下的研究与分析,且在固体润滑剂的选型和对自润滑孕镶金刚石钻头复合材料性能的研究方面,没有针对干作业、真空等散热条件差的工况环境。基于此,本文开展固体润滑剂对孕镶金刚石钻头复合材料性能的影响研究,主要研究内容包括:（1）针对极端高温孔底工作环境,结合钻头在制备过程中面临的高温条件,选取合适的高温固体润滑剂类型;（2）采用所选取的几种固体润滑剂,制备相应的自润滑孕镶金刚石钻头胎体试样,研究固体润滑剂浓度对胎体力学和摩擦学性能的影响;（3）采用优选的固体润滑剂类型及浓度,制备自润滑微型钻头试样进行钻进试验,研究固体润滑剂浓度对钻进性能的影响;（4）结合化学镀领域相关知识,制定所优选的固体润滑剂（Ca F2）表面改性试验方案,通过对比试验确定最佳方案;（5）采用改性固体润滑剂和金刚石,研究改性粉末对胎体力学性能及钻头钻进性能的影响;（6）通过改变泵量,研究散热条件对普通钻头、所优选的自润滑钻头及所优化的自润滑钻头钻进性能的影响;（7）利用显微及物质成分分析设备对试样进行分析,从物质性质和微观结构角度揭示试验现象的微观机理。通过上述研究内容,得出了一系列结论。选取了中温固体润滑剂Mo S2和WS2,高温固体润滑剂Ca F2和h BN,分别制备了针对常规条件的WC基胎体试样和针对高温条件的Fe基胎体试样。力学试验表明:固体润滑剂浓度的提高普遍降低了胎体与拉张强度有关的力学性能;硬度的变化随胎体和固体润滑剂种类而异;固体润滑剂的添加能一定程度上提高胎体的密实度;胎体密实度与硬度存在一定的正相关性。摩擦学试验显示:摩擦系数均随固体润滑剂浓度的提高而单调递减,部分胎体实现了耐磨性的提高;Ca F2的自润滑性能随温度升高而提高。显微分析表明:除h BN组外,其余胎体表面磨损情况均大幅改善;这与胎体表面生成的固体润滑膜和摩擦反应生成的具有润滑性能的新物质有关。WS2和Ca F2分别为两个温度梯度下表现最佳的固体润滑剂,以之制备了WC基自润滑微型钻头,进行了钻进试验。结果表明,自润滑钻头在机械钻速方面均超过普通钻头;随着WS2浓度的提高,机械钻速有所提高,但使用寿命大幅缩短;随着Ca F2浓度的提高,钻头寿命逐渐提高,而机械钻速略有降低。显微分析表明,Ca F2含量的增多令钻头表面磨损状况大幅改善,而WS2含量的增多令钻头表面磨损加剧。基于此,选用Ca F2制备针对高温条件的Fe基自润滑微型钻头,进行了钻进试验,试验结果与WC基钻头类似。以性能最优的Fe基自润滑钻头和普通Fe基钻头进行不同散热条件下钻进性能的对比研究,发现随着散热条件的恶化,前者寿命普遍高于后者,且寿命的降低幅度更小。研究了对Ca F2粉末表面化学镀Ni的工艺方法,取得了较好的镀覆效果。采用改性粉末制备胎体试样和微型钻头进行了力学和钻进试验,结果表明Ca F2和金刚石的表面改性均能提高胎体与拉张强度有关的力学强度,进一步提高钻头寿命。优化后的自润滑钻头寿命较优化前提高了8.03%,较普通钻头提高了13.42%;但金刚石出刃高度有所降低,相应的机械钻速较优化前降低了2.46%。研究了散热条件对优化后的自润滑钻头钻进性能的影响,发现随着散热条件的降低,优化后的自润滑钻头寿命进一步提高,钻头寿命的降低幅度进一步减小。本文的创新点为:（1）以钻头为研究对象研究自润滑孕镶金刚石钻头课题;（2）确定了适用于孕镶金刚石钻头的高温固体润滑添加剂类型及浓度;（3）揭示了几种固体润滑剂对孕镶金刚石钻头复合材料性能的影响规律,分析了其微观机理;（4）优化了自润滑孕镶金刚石钻头的制备工艺,提高了自润滑表现;（5）揭示了散热条件对自润滑孕镶金刚石钻头性能的影响规律,表明了自润滑孕镶金刚石钻头在干作业等高温工况条件下的优势。本文是对自润滑工艺引入孕镶金刚石钻头领域的进一步尝试,也是对自润滑孕镶金刚石钻头相关课题研究的进一步推进,形成了关于自润滑孕镶金刚石钻头的高温固体润滑剂选型、钻头制备、研究分析与优化改进的方法和思路。本文的研究方法和成果可以为自润滑孕镶金刚石钻头的设计和改良方案提供理论依据,也可作为特殊工况条件下钻进作业的相关技术储备。