[發明專利]一種鉆頭的制備方法

有效

• 申請號: 201610657120.8
• 申請日: 2016-08-11
• 公開（公告）號: CN106141167B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 杜玉昆;王瑞和;陳曉誠;陳奕鑫;白殿剛;趙博
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/02;B22F3/14;B22F3/24;B22F5/00
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技術領域

本發明涉及鉆頭制備領域，具體涉及一種新型鉆頭的制備方法。

背景技術

目前石油勘探鉆頭廣泛采用金剛石復合片形成。石油勘探鉆頭主要是應用在油氣田的鉆采用鉆頭。金剛石以其特有的高硬度、高彈性模量、高熱導率。目前，加工工具以孕鑲單晶金剛石為主，燒結多晶金剛石工具正蓬勃興起。燒結多晶金剛石，則以單晶金剛石顆粒與金屬粉末的混合物方式或以單晶金剛石顆粒上覆蓋預制合金薄片方式形成的金剛石復合片為主。金剛石復合片(Polycrystalline Diamond Compound，簡稱為PDC)具有很好的耐磨性、熱穩定性、抗壓強度和抗沖擊韌性。但是，利用現有技術制造金剛石復合片，進而制得石油勘探鉆頭的性能尚不能完全滿足行業需要，亟需得到性能更好的鉆頭的制造方法。

發明內容

本發明提供一種能夠實現節能制造，并獲得性能更為良好的鉆頭制備方法。

具體技術方案如下：一種鉆頭的制備方法，所述方法包括以下步驟：

a、原料選取：所述原料包括金剛石粉、鈦粉、石墨烯、鎳、二氧化鈦、及催化劑；

b、原料混配：按照步驟a所述的原料組成稱取原料，通過三維高速攪拌及電磁攪拌相互結合的方法進行攪拌，在攪拌過程中，先進行電磁攪拌，再進行三維高速攪拌；

c、然后將裝有原料和混合助劑的碳合成模放入真空爐內抽真空加熱成模；

d、將步驟c抽真空加熱后得到的半成品放入金剛石六面頂壓力機中進行高溫高壓合成；

e、高溫高壓合成后進行卸壓，卸壓后覆蓋在合金基體上得到金剛石復合片，加工成型獲得鉆頭雛形；

f、對鉆頭雛形進行加工鍍膜，將鉆頭雛形清洗干凈后，置于真空室內，將真空室抽至低真空10^-4Pa數量級，應用濺射設備進行鍍膜作業，完成制備。

進一步地，步驟a中的所述金剛石粉、鈦粉、石墨烯、鎳、二氧化鈦、及催化劑的重量份數比為100-120：80-90：0.8-1.4：8-10：9-11：4-9；

所述金剛石粉的顆粒尺寸為100-200nm，所述鈦粉的顆粒尺寸為300-500nm；所述石墨烯、鎳及二氧化鈦的粒徑不大于5×10^-3mm。

進一步地，所述催化劑包括納米氧化銅粉末、納米碳化硅粉末及氧化鋯粉末，所述納米氧化銅粉末、納米碳化硅粉末及氧化鋯粉末的添加重量份比例為： 20-30：15-17：2-3。

進一步地，所述納米氧化銅粉末的粒徑為100-200nm；所述納米碳化硅粉末的粒徑為130-150nm；所述氧化鋯粉末的粒徑為100-200nm。

進一步地，步驟b中所述電磁攪拌的時長為1-1.2h，所述三維高速攪拌的時長為2-2.5h。

進一步地，所述三維高速攪拌過程中的攪拌速度為500-800r/min，壓強在 1.3-2MPa，室溫下進行攪拌；

攪拌完成后，另外加入重量份為5-6的混合助劑，將其原料和混合助劑裝入碳合成模中，所述混合助劑為硼。

進一步地，步驟c在真空爐內成模中保持30-40分鐘；所述真空爐內真空度為0.002-0.01Pa，溫度為80-90℃。

進一步地，步驟d高溫高壓合成過程中控制電流為200-300A，加熱時間為 40-50s，壓力為0.8-1.2萬公斤，保壓時間為120-140s。

進一步地，所述鍍膜作業包括如下步驟，注入氬氣，并加熱至40-50℃，真空室壓力上升至10⁰Pa數量級，開啟濺射系統進行鍍膜，其中濺射系統上的濺射電極為混合有銅、鈦及銀銅鈦合金，并所述銅、鈦及銀銅鈦合金重量比為1-3： 1-3：94-98。

一種鉆頭，應用上述的制備方法制備獲得的，所述鉆頭由以下原料制備而成：金剛石粉、鈦粉、石墨烯、鎳、二氧化鈦、及催化劑，所述金剛石粉、鈦粉、石墨烯、鎳、二氧化鈦、及催化劑的重量份數比為100-120：80-90：0.8-1.4： 8-10：9-11：4-9；所述催化劑包括納米氧化銅粉末、納米碳化硅粉末及氧化鋯粉末，所述納米氧化銅粉末、納米碳化硅粉末及氧化鋯粉末的重量份比例為： 20-30：15-17：2-3。

附圖說明

圖1為本發明的方法流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。