[發明專利]PDC鉆頭浸漬合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201810468348.1
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108425035B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 張濟洲;史光遠;黃小婷
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C1/02;C22C9/04;C22C9/05;C22C29/06
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 林輝輪

本發明屬于PDC鉆頭領域，具體涉及一種PDC鉆頭浸漬合金及其制備方法。旨在解決傳統的PDC鉆頭浸漬合金沖擊韌性較差、抗拉強度低和浸漬溫度較高的問題。本發明PDC鉆頭浸漬合金組織致密均勻，沖擊韌性好、抗拉強度高且浸漬溫度較低，綜合性能優異。

技術領域

本發明屬于PDC鉆頭領域，具體涉及一種PDC鉆頭浸漬合金及其制備方法。

背景技術

PDC鉆頭是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，其廣泛應用于石油鉆井、采礦、采煤等探礦掘進工程。但是由于PDC鉆頭獨特的結構，一旦PDC鉆頭損壞留在油井或礦井中將會很難取出，這樣一來將會對國家造成無法估量的損失。

2003年美國克里斯坦森公司、史密斯鉆頭公司等14家美國知名鉆頭制造公司推出了PDC鉆頭的新型加工方法，該方法采用鑄造WC顆粒加入浸漬合金無壓浸漬制成PDC鉆頭。通常情況下，鉆頭的使用壽命、抗剪切能力和抗耐磨性能與其使用的浸漬合金的性能密切相關。為了保證浸漬合金和WC的良好潤濕性，PDC鉆頭浸漬合金一般采用銅基合金，當前PDC鉆頭所使用的浸漬合金大多數為Cu-Ni-Sn-Mn-Fe浸漬合金，這種合金的成本高、抗拉強度較低、流動性差、浸漬溫度較高。部分PDC鉆頭使用的浸漬合金為Cu-Mn-Zn合金，該合金Zn的含量約為20％，Mn的含量為10％～60％，雖然其浸漬溫度有所降低，但它的流動性下降明顯，而且由于合金中Mn的含量較高導致浸漬合金的晶粒粗大，降低了浸漬合金的強度和韌性。

綜上所述，開發一種綜合性能優良的PDC鉆頭浸漬合金有利于PDC鉆頭性能的提高。

發明內容

本發明要解決傳統的PDC鉆頭浸漬合金沖擊韌性較差、抗拉強度低和浸漬溫度較高的問題。為解決上述問題，本發明提供一種綜合性能優異的PDC鉆頭浸漬合金。

本發明的目的是以下述方式實現的：

一種PDC鉆頭浸漬合金，它的合金表達式為Cu_aZn_bNi_cMn_d，合金表達式中a、b、c和d分別表示各對應組分的質量百分比含量，且滿足以下條件：a為70～85，b為2～10，c為5～15，d為2～10，a+b+c+d＝100。

任選地，所述PDC鉆頭浸漬合金表達式中b為3～5，如為4。

任選地，所述的PDC鉆頭浸漬合金，其合金表達式為Cu_81.5Zn₄Ni₁₀Mn_4.5。

作為更詳細的示例，本發明PDC鉆頭浸漬合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取純度為99.99wt％的Cu、純度為99.99wt％的Zn、純度為99.99wt％的Ni、純度為99.99wt％的Mn作為原料，按照Cu_aZn_bNi_cMn_d合金表達式的原子百分比進行配料；

(2)配料完成后將其放入石墨坩堝中并在熔煉爐中進行熔煉，熔煉完成后得到合金熔液；

(3)在耐1000度高溫手套的防護下，將石英管預熱3～5min，預熱完成后通過鉗口將石英管固定于地面，后使用火鉗夾取盛有上述合金溶液的石墨坩堝，并將其澆鑄在預熱完成的石英管中。

(4)在室溫下自然冷卻石英管，得到PDC鉆頭浸漬合金。

任選地，在步驟(2)中熔煉的溫度范圍為900～1500℃，熔煉的時間為10～30min。

任選地，在步驟(3)中，石英管在石墨坩堝正上方20～35cm處預熱，預熱過程中變換石英管預熱的位置1～5次，石英管的直徑范圍為6～180mm，長度范圍為200～800mm。