[發明專利]一種石油鉆頭用金剛石復合片燒結工藝

有效

• 申請號: 201610148935.3
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105798312B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 衡軍;江曉樂;趙爽之;馬記平;秦偉麗;史偉強
• 申請（專利權）人: 鄭州新亞復合超硬材料有限公司
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F7/08;B22F3/14;E21B10/46;B22F3/24
• 代理公司: 河南大象律師事務所41129
• 代理人: 尹周,田永紅

技術領域

本發明涉及金剛石復合片領域，具體涉及一種用于高耐熱性、高耐磨性石油鉆頭用金剛石復合片的生產工藝。

背景技術

目前，傳統的石油鉆頭用金剛石復合片主要采用兩種方法制成：

方法（一）：如圖1所示的內組裝方法。燒結過程中通過硬質合金襯底I1中的鈷及金剛石微粉層2中添加的結合劑共同掃越合成金剛石層，加上相鄰金剛石顆粒的碳原子在1600℃、6GPa以上壓力狀態下形成的共價鍵，從而形成復合型的超硬材料燒結體。但是在燒結條件下，硬質合金襯底中的鈷呈熔融狀態，由于表面張力的作用，將由高濃度向低濃度流動，從而會有部分鈷均勻滲透至金剛石層中，而金剛石微粉層2中添加的結合劑中也有一定量的鈷，因此該技術生產的金剛石復合片產品的金剛石層中會有含量超過6%的鈷分布，使得金剛石復合片在使用過程中產生諸多問題：（1）作為金剛石向石墨轉化的觸媒，影響產品的耐熱性；（2）工作狀態下數倍于金剛石的熱膨脹系數導致金剛石層微裂紋的產生，使金剛石層發生非正常破損；（3）結合劑填充于金剛石顆粒中間影響碳原子間共價鍵的形成；（3）影響金剛石的致密度，降低產品的耐磨性。

方法（二）：對方法（一）產品的金剛石層3經脫結合劑處理后，采用多種方式通過焊料層4高溫釬焊至硬質合金層1襯底上(如圖2所示)。該釬焊產品能顯著提高產品的耐熱性，但易出現整體脫層現象。

發明內容

本發明要解決的技術問題是傳統的石油鉆頭用金剛石復合片耐熱性差、耐磨性低，易出現整體脫層現象，提供一種高耐熱性、高耐磨性的石油鉆頭用金剛石復合片燒結工藝。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：一種石油鉆頭用金剛石復合片燒結工藝，它包括以下步驟：①將硬質合金襯底I和金剛石微粉層裝在屏蔽杯中形成組裝件I，金剛石微粉層中添加有結合劑；②將步驟①形成的組裝件I在比正常合成壓力低5-12%的環境下燒結合成金剛石復合片；③將步驟②合成的金剛石復合片的硬質合金襯底I去掉，對金剛石層進行脫結合劑處理；④將脫結合劑處理后的金剛石層和硬質合金襯底II重新裝于屏蔽杯中形成組裝塊II，將組裝塊II按正常合成壓力進行二次燒結合成。

還包括以下步驟：對步驟③去掉硬質合金襯底I后的金剛石層進行初加工，將金剛石層加工至厚度與成品相同，外徑尺寸比成品大0.3-0.4mm的金剛石層后再進行脫結合劑處理；將步驟④二次燒結合成的金剛石復合片進行再次加工至成品尺寸。

還包括以下步驟：將步驟③脫結合劑處理后的金剛石層清洗干凈、高溫烘干后再進行步驟④的組裝；所述的高溫烘干溫度為120℃～200℃，烘干時間為3個小時以上

所述的步驟②和步驟④中燒結合成金剛石復合片時的溫度為1600℃以上。

所述正常合成壓力為6GPa以上。

所述脫結合劑處理為采用強酸浸泡法或電化學的方法進行處理。

所述強酸為王水。

采用上述技術方案的本發明在現有技術的基礎上增加了二次燒結合成，使產品性能大幅提高；通過增加金剛石顆粒間C﹣C鍵合程度及降低金剛石層的含鈷量來提高產品的耐熱性和耐磨性，檢測結果表明：同類產品的耐磨性提高20%以上，該工藝產品加熱700℃，20分鐘后，樣品的耐磨性沒有明顯變化。

附圖說明

圖1是傳統方法（一）金剛石復合片燒結時及本發明第一次燒結時的內組裝結構示意圖；

圖2是傳統方法（二）金剛石層高溫釬焊至硬質合金層襯底結構示意圖；

圖3是本發明第二次燒結時的內組裝結構示意圖。

具體實施方式