[發(fā)明專(zhuān)利]熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110392614.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102587838A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊凱華;葉宏煜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢萬(wàn)邦激光金剛石工具有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E21B10/46
• 分類(lèi)號(hào): E21B10/46
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)工程學(xué)科領(lǐng)域所用金剛石鉆頭的制造方法，特別是一種熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭的制造方法。

背景技術(shù)

我國(guó)開(kāi)始研制人造金剛石鉆頭，至今為止已有近半個(gè)世紀(jì)。目前的金剛石鉆頭雖然具有較好的性能，可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。但是，隨著向深部找礦方向的發(fā)展，巖層越來(lái)越堅(jiān)硬和復(fù)雜、多變；繩索取芯鉆探勢(shì)在必行，要求金剛石鉆頭不僅鉆進(jìn)效率要高，而且要求使用壽命要長(zhǎng)，還要求鉆頭對(duì)巖層的適應(yīng)性要好；而現(xiàn)有的金剛石鉆頭的品種少，其性能很難滿(mǎn)足上述多方面的要求。

金剛石鉆頭在鉆進(jìn)中，部分金剛石的棱角處會(huì)出現(xiàn)微脆裂現(xiàn)象，這有利于維持鉆頭的鋒利狀態(tài)和提高鉆進(jìn)速度。但這種微脆裂是很有限的，因此，對(duì)提高鉆進(jìn)速度也是有限的；同時(shí)，多數(shù)金剛石不具有微脆裂的現(xiàn)象，不具備自銳作用。

綜上所述，因現(xiàn)有的鉆頭存在諸多不足，已不能滿(mǎn)足當(dāng)前鉆探的需求，故研制一種鉆進(jìn)效率高、使用壽命長(zhǎng)和對(duì)巖性適應(yīng)性好的鉆頭已是地質(zhì)工程學(xué)科的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭的制造方法，使其生產(chǎn)出的鉆頭鉆進(jìn)效率高，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)不同巖石的適應(yīng)性好，從而滿(mǎn)足地質(zhì)工程學(xué)科領(lǐng)域的更高需求。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭的制造方法，其主要工藝步驟為：

(1)所選用原料為真空釬焊法聚合的粗粒金剛石，按照設(shè)計(jì)與要求在鋼質(zhì)模具上鉆出有規(guī)律排布的小孔，將聚合粗粒金剛石填入鋼質(zhì)模具的小孔中，再覆蓋上含有膠黏劑的胎體金屬材料粉末，在冷壓機(jī)上進(jìn)行壓制，其冷壓壓力為180～220MPa，保壓時(shí)間為5～8s，即可預(yù)制出不同規(guī)格的鉆頭扇形切削單元薄層，其每層厚為1.6～2.5mm；

(2)將聚合粗粒金剛石扇形切削單元薄層，按外徑從大至小逐層疊加裝入石墨模具內(nèi)，組成多個(gè)鉆頭扇形切削工作塊，每個(gè)扇形切削工作塊由規(guī)格不同的5～8層聚合粗粒金剛石切削單元薄層沿鉆頭徑向豎直排列組合而成；全部扇形切削工作塊組裝完后，裝入焊接層金屬粉料，壓上鉆頭鋼基體，送入中頻電爐中熱壓燒結(jié)，其熱壓溫度為960～970℃，熱壓壓力為18～20MPa，保溫時(shí)間為5～6min，出爐后置于保溫條件下緩冷至室溫，即完成該鉆頭的制造。

所述步驟(1)中含有膠黏劑的胎體金屬材料粉末，其組分重量百分比為：Ni占12％～16％，F(xiàn)e占28％～32％，Cu-Re合金占32％～36％，YG8占12％～18％，Mn占2％～4％。

所述步驟(1)中的胎體金屬材料粉末的硬度為HRC30～HRC35，耐磨性為(0.36～0.42)×10^-5ML。

所述步驟(1)中的冷壓壓力為200MPa，保壓時(shí)間為5s。

所述步驟(2)中的熱壓溫度為960℃，熱壓壓力為18MPa，保溫時(shí)間為5min。

所述步驟(2)中的熱壓保溫后的出爐溫度為820℃。

所述步驟(1)中所選用的真空釬焊法聚合的粗粒金剛石，其粒徑為1.2～2.0mm。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明工藝較簡(jiǎn)單，操作較容易，其產(chǎn)品鉆進(jìn)性能好，使用壽命長(zhǎng)。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)最能體現(xiàn)鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)破碎巖石的基本原理，最能充分發(fā)揮巖石破碎穴效應(yīng)，因而破碎巖石效率高，故該結(jié)構(gòu)鉆頭有利于提高鉆頭的鉆進(jìn)效率和提高鉆頭對(duì)巖層的適應(yīng)性能。鉆進(jìn)試驗(yàn)表明所獲得的鉆進(jìn)時(shí)效比普通金剛石鉆頭要高22％～27％，鉆頭的使用壽命要高18～20％，這是其它普通金剛石鉆頭所不具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。該金剛石鉆頭可用于地質(zhì)勘探、石油鉆井、科學(xué)鉆探和工程勘察，同時(shí)還可用于地質(zhì)災(zāi)害的治理。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中冷壓成型聚合粗粒金剛石切削單元薄層與工作塊的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：(A)為聚合粗粒金剛石切削單元薄層；(B)為由多層不同規(guī)格的聚合粗粒金剛石切削單元薄層組合成的扇形切削工作塊。

圖2為熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭底唇面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的I-I剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

以上附圖中，各標(biāo)號(hào)與零部件的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

1-釬焊聚合粗粒金剛石；2-包鑲聚合粗粒金剛石的胎體金屬材料粉末；3-聚合粗粒金剛石切削單元薄層；4-由不同規(guī)格、多層聚合粗粒金剛石切削單元薄層組合成的鉆頭扇形切削工作塊；5-熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭水口；6-熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭鋼基體；7-熱壓聚合粗粒金剛石鉆頭焊接層金屬粉料；8-由各切削工作塊4構(gòu)成的切削工作體。

具體實(shí)施方式