【摘 要】
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钢筋混凝土目前已广泛应用于桥梁、建筑、隧道、矿井、水利和海港等工程领域,并随着城市化的不断发展,钢筋混凝土结构拆除与修复工程将长期维持在一个较高水平。孕镶金刚石工具非常适合用于混凝土构件的局部修复或拆除中,但钢筋混凝土复合材料的非均质性会引起金刚石工具的切削状态的剧烈波动,工具中金刚石和胎体异常磨损严重。为解决上述问题,本文研究了钢筋混凝土的非均质性对孕镶金刚石工具磨损行为的影响,并通过粉末预合金
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钢筋混凝土目前已广泛应用于桥梁、建筑、隧道、矿井、水利和海港等工程领域,并随着城市化的不断发展,钢筋混凝土结构拆除与修复工程将长期维持在一个较高水平。孕镶金刚石工具非常适合用于混凝土构件的局部修复或拆除中,但钢筋混凝土复合材料的非均质性会引起金刚石工具的切削状态的剧烈波动,工具中金刚石和胎体异常磨损严重。为解决上述问题,本文研究了钢筋混凝土的非均质性对孕镶金刚石工具磨损行为的影响,并通过粉末预合金化和Pr掺杂改性对孕镶金刚石工具性能进行优化,从而制备用于钢筋混凝土领域中的高包镶强度和金刚石低热损伤的孕镶金刚石工具。本文完成的研究工作主要包括:（1）对不同组合的水泥和增强材料试样进行磨削实验,根据试样表面的磨痕特征、界面特征和孕镶金刚石工具的磨损形貌特征,探究了钢筋混凝土的非均质性对工具磨削过程的影响。结果显示,不同增强材料对金刚石工具的磨损方式不同,且因增强材料和水泥基体之间耐磨性的差异,两者表面会出现引起切削状态波动的表面高差,表面高差的出现会对金刚石工具产生额外的冲击磨损和磨粒磨损。（2）基于金刚石工具领域中常用的粉末预合金化方法,详细的探究了Fe-Cu基胎体中粉末预合金化改性的作用机理。预合金化粉末会填充未熔的粉末之间的空隙或对未熔的粉末进行包裹,并通过扩散作用诱导未熔粉末的重结晶,改变胎体的断裂形式从而提高胎体的力学性能。（3）分析了Fe-Cu基胎体对金刚石包镶的特性和强碳化物形成元素Cr添加的影响。粉末的预合金化虽然能够提高Fe-Cu胎体的力学性能,但胎体对金刚石包镶强度较低。Cr能通过与金刚石形成碳化铬提高胎体对金刚石包镶强度,但烧结后的金刚石抗冲韧性结果表明,相比Fe引起的石墨侵蚀,Cr的化学侵蚀会对金刚石的强度造成更为严重的破坏。（4）探究了稀土元素Pr掺杂对胎体的强化作用和对金刚石热损伤的改善效果与作用机理。Pr的掺杂会通过抑制Cu的扩散和固溶强化提高胎体的力学性能,也会通过改变金刚石表面的吸附物,降低金刚石的热损伤。（5）使用优选的胎体制备了孕镶金刚石钻头,并在钢筋混凝土构件中进行了钻进试验。结果表明,相比于Fe-Cu胎体对金刚石的弱包镶引起的金刚石提前脱落和Fe-Cu-Ni-Cr胎体对金刚石的化学侵蚀引起的金刚石提前断裂,Pr的掺杂在提高胎体对金刚石包镶强度的同时,也降低了金刚石的热损伤。同时,含Pr孕镶金刚石钻头在钻进过程中能够保持高出刃的状态,钻头使用寿命得到了较大的延长。
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