[發明專利]有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭及其制作工藝

在審

• 申請號: 201810361422.X
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108612483A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 張紹和;周侯;吳晶晶;王佳亮
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;B22F1/00;B22F3/22;B22F5/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吝秀梅

1.有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭，其特征在于：鉆頭由鉆齒和鋼體組成，鉆齒由工作層薄片和中隔層薄片復合而成，按照工作層薄片-中隔層薄片-……-工作層薄片交替間隔組裝而成，工作層薄片厚度和中隔層薄片厚度均為0.2～1.5mm；工作層薄片分布有有序定位排列的弱化胎體顆粒；弱化胎體顆粒在工作中脫落，工作層出現凹坑，同時中隔層超前磨損出現溝槽，金剛石工作面自動形成多組鋸齒狀結構，鉆齒和鋼體通過加熱融合為整體。

2.如權利要求1所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭，其特征在于：所述的有序定位排列是呈等距狀、放射狀或螺旋狀。

3.如權利要求1所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭，其特征在于：所述的弱化胎體顆粒是空心玻璃珠、渾圓化石墨顆粒或渾圓化碳化硅顆粒。

4.如權利要求3所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭，其特征在于：所述的弱化胎體顆粒體積濃度為2％～50％，粒徑為0.2～1.5mm。

5.如權利要求1～4任意一項所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭的制作工藝，其特征在于：

第一步，石墨模具、合金鋼模具與壓頭和鋼體準備；第二步，工作層漿狀料配置；第三步，中隔層漿狀料配置；第四步，漿狀料澆模成型；第五步，真空烘烤；第六步，低溫低壓燒結；第七步，弱化胎體顆粒有序定位敷布；第八步，薄片毛坯組裝與鋼體安放及熱壓燒結；第九步，冷卻脫模機械加工；具體過程為：

將金屬粉末、碳化鎢粉末和金剛石加入有機溶劑混合成流動性適度的工作層漿狀料，澆模成型并置于真空烘箱中，在溫度50～100℃下烘烤10～60min；待漿狀料固結后，在1～10MPa壓力和350～650℃溫度下熱壓燒結，制成表面預設有序定位分布凹坑結構的工作層薄片毛坯；將石墨粉、陶瓷粉和銅錫合金粉加入有機溶劑混合成有流動性的中隔層漿狀料，澆模成型并置于真空烘箱中，在溫度50～100℃下烘烤10～60min；待漿狀料固結后，在1～10MPa壓力和350～650℃溫度下熱壓燒結，制成中隔層薄片毛坯；將工作層薄片毛坯和中隔層薄片毛坯從鋼模取出，敷布弱化胎體顆粒在工作層薄片毛坯上，保證其每個凹坑內有一顆弱化胎體顆粒；將含弱化胎體顆粒的工作層薄片毛坯和中隔層薄片毛坯，按照工作層薄片-中隔層薄片-工作層薄片……的交替間隔順序和規定數量組裝成鉆齒，將組裝好鉆齒的石墨模具安裝好鋼體置于中頻爐中熱壓燒結，燒結溫度為900～1000℃，壓力為10～30MPa；冷卻脫模后經機械加工，得到有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭。

6.根據權利要求5所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭的制作工藝，其特征在于：

所述的石墨模具、合金鋼模具與壓頭和鋼體準備，低溫低壓燒結選用的模具壓頭，按照設計要求保證弱化胎體顆粒呈等距狀、放射狀或螺旋狀有序定位排列方式，壓頭材料選用不銹鋼或其它合金鋼，利用激光雕刻法或其它法加工；壓頭凸齒位置對應呈等距狀、放射狀或螺旋狀有序排列方式，保證壓出的每個凹坑內能容納一顆弱化胎體顆粒。

7.根據權利要求5所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭的制作工藝，其特征在于：

所述工作層含鈷、鎳、鉻、錳、銅、錫金屬粉末、碳化鎢粉末和金剛石；其中鈷粉、鎳粉、鉻粉、錳粉各占總質量的2％～60％；銅粉和錫粉各占總質量的5％～70％；碳化鎢粉占總質量的0％～60％；所用金剛石體積濃度為8％～60％，粒徑為0.05～1.0mm；使用含有甘油、石蠟、乙醇或乙二醇的有機溶劑配成漿狀料。

8.根據權利要求5所述的有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭的制作工藝，其特征在于：

所述中隔層配方中含石墨粉、陶瓷粉和銅錫合金粉；其中石墨粉、陶瓷粉各占總質量的5％～70％，銅錫合金粉占總質量的20％～80％；使用含有甘油、石蠟、乙醇或乙二醇的有機溶劑配成漿狀料。