[發明專利]一種表面強化鋼齒牙輪及其制作方法

有效

• 申請號: 200710052824.3
• 申請日: 2007-07-24
• 公開（公告）號: CN101100930A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 郭國忠;彭金龍
• 申請（專利權）人: 江漢石油鉆頭股份有限公司
• 主分類號: E21B10/50
• 分類號: E21B10/50;B22F7/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種用于石油地質鉆探領域鋼齒牙輪鉆頭上的鋼齒牙輪，具體涉及表面強化鋼齒牙輪及其制作方法。

背景技術

鋼齒牙輪鉆頭由于具有刮削和破碎面大的特性而在軟地層的石油地質鉆進中獲得了廣泛的應用。鋼齒牙輪鉆頭主要由牙掌和鋼齒牙輪兩大部分組成，現有的鋼齒牙輪鉆頭通常都是通過鋼齒牙輪牙齒表面敷焊碳化鎢耐磨層的方式來提高鋼質牙齒的耐磨性，但這樣的牙輪牙齒耐磨層耐磨性能仍比較有限。從鉆井實際使用的情況來看，鋼齒牙輪鉆頭的失效主要是牙輪牙齒耐磨層磨損掉落導致牙輪鉆頭失效。雖然國內外已有使用金剛石來加強牙輪牙齒耐磨層的報道和方法，但大都集中應用制造管焊條進行敷焊的方式。美國專利US5755299介紹了一種表面有涂層的金剛石，并把這種涂層金剛石應用于牙輪鉆頭表面強化，該專利介紹的表面強化方法主要是采用管焊條焊接、等離子噴涂和火焰噴涂。但是這類工藝方法在實施過程中，溫度不容易控制，極易超過1200℃，從而對金剛石不可避免地產生損傷，導致牙輪金剛石耐磨層的損害和失效而無法實現預期的效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足而提供一種表面強化鋼齒牙輪及其制作方法，該強化耐磨層不僅粘結牢固，耐磨性強，而且制作工藝穩定可靠。

本發明為解決上述提出的問題所采用的鋼齒牙輪頭的技術方案為：包括有牙輪體和布設在牙輪體錐面上的牙齒，其不同之處在于在牙齒表面覆蓋有一碳化鎢金剛石復合耐磨層，所述的碳化鎢金剛石復合耐磨層由碳化鎢顆粒、金剛石粉以及粘結金屬經1200℃以下高溫熔滲燒結而成，并且碳化鎢顆粒、金剛石粉和粘結金屬的組分含量按重量計為：碳化鎢顆粒50-90％，金剛石粉2-30％，粘結金屬??余量。

按上述方案，所述的碳化鎢金剛石復合耐磨層的厚度為1-8毫米，覆于鋼齒牙輪牙齒的齒頂和齒側面。

按上述方案，所述的碳化鎢顆粒粒度為20-600微米；所述的金剛石粉為單晶金剛石，單晶金剛石的粒度為90-600微米；所述的單晶金剛石可為人造金剛石，或天然金剛石；所述的粘結金屬為銅基粘結金屬，可以是銅、鎳、錳、鋅、錫等金屬組成的銅基合金。

按上述方案，在鋼齒牙輪的齒槽部位覆有碳化鎢耐磨層。所述的碳化鎢耐磨層由碳化鎢顆粒和粘結金屬經1200℃以下高溫熔滲燒結而成，并且碳化鎢顆粒和粘結金屬的組分含量按重量計為：碳化鎢顆粒??70-90％，粘結金屬??余量。

本發明鋼齒表面強化層制作方法的技術方案為：

首先，加工一石墨外套模具；

然后在經過噴砂后的鋼齒牙輪牙齒表面處涂抹由金剛石粉、碳化鎢顆粒和膠粘劑混合成的待燒結層，待燒結層金剛石粉、碳化鎢顆粒和膠粘劑混合的組分含量按重量計為：碳化鎢顆粒??50-90％，金剛石粉??2-30％，膠粘劑??余量；

在石墨外套模具中放入定位鋼圓柱，將涂抹好的鋼齒牙輪放入石墨外套模具，再在外套模具中添加一定量的樹脂砂，然后放入200-300℃的烘箱烘烤，大概1-2個小時后即可。

在石墨外套模具中加入對應于膠粘劑量(按照體積)略多的粘結金屬以及一定量的助熔劑，入爐熔滲燒結，熔滲燒結溫度在900-1200℃之間，等粘結金屬完全浸漬了表面涂抹層后出爐保溫冷卻，再開模清理即成。

按上述方案，在鋼齒牙輪齒槽處涂抹由碳化鎢顆粒和膠粘劑混合成的待燒結層，待燒結層碳化鎢顆粒和膠粘劑混合的組分含量按重量計為：碳化鎢顆粒70-90％，膠粘劑??余量；由此在鋼齒牙輪的齒槽形成碳化鎢耐磨層。

按上述方案，所述的膠粘劑是由甘油，烷基丙烯酸脂，二乙二醇單丁醚配制而成的流態膠粘劑，這種膠粘劑在500℃下完全揮發，膠粘劑起到粘結和暫時定型的作用，在牙輪燒結的后期，膠粘劑所占的空間由粘結金屬所填充和替代。

本發明的有益效果在于：1、通過熔滲燒結的工藝方法在鋼齒牙輪的牙齒表面設置碳化鎢金剛石復合耐磨層，可使復合耐磨層牢固粘結在牙齒表面，把復合耐磨層與牙輪鋼體融合成一體，有效提高鋼齒牙輪的耐磨性能；2、通過熔滲燒結，能夠準確控制燒結的溫度，有效避免高溫對復合層中金剛石的損傷，因此加工工藝和復合層質量十分穩定和可靠，使金剛石在復合耐磨層中的耐磨性充分保持，使得鋼齒牙輪的耐磨性能和使用壽命得到進一步的增強和提高，從而有效提高了鋼齒牙輪鉆頭的實際使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的燒結示意圖。

圖2為本發明的鋼齒牙輪在燒結前的結構圖示。

圖3為本發明牙齒耐磨層結構示意圖。

具體實施方式

以下結合說明書附圖進一步說明本發明的實施例。

實施例1：