[發明專利]一種孕鑲金剛石胎體、孕鑲金剛石材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810582819.1
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108570590B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 孔德方;張顥;金鵬;鐘耿;饒承毅
• 申請（專利權）人: 株洲硬質合金集團有限公司
• 主分類號: C22C29/10
• 分類號: C22C29/10;C22C30/02;C22C1/05;C22C1/10;E21B10/46;B22F3/02;B22F3/10
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;陳偉

本發明公開了一種孕鑲金剛石胎體、孕鑲金剛石材料及其制備方法，孕鑲金剛石胎體包含以下組分或者由以下組分組成：30wt.％?70wt.％TiC、10wt.％?45wt.％Ni粉、5wt.％?30wt.％Cu粉和0.01wt.％?20wt.％WC。本發明使用TiC作為胎體硬質相，采用納米WC增韌，在保證具有高的致密度、抗彎強度和耐磨性的同時降低成本。

技術領域

本發明屬于鉆探復合材料技術領域，涉及一種孕鑲金剛石胎體、孕鑲金剛石材料及其制備方法。

背景技術

孕鑲金剛石鉆進在硬巖、研磨性巖石中，尤其是在中深井中，具有高效、鉆孔質量高等一系列優點，是一種廣泛應用的鉆探工藝。孕鑲金剛石鉆頭鉆進時，當向孕鑲金剛石鉆頭施加軸載和扭矩時，金剛石鉆頭的唇部開始磨損，在金剛石沒有足夠的出刃量時，胎體這一較軟的組分比金剛石顆粒磨損快，于是金剛石漸漸出露，吃入并破碎巖石。

目前常用的孕鑲金剛石鉆頭胎體主要成分為硬質相WC和粘結相Cu/青銅，再加入Co、Ni等提高胎體粘結相的強度和硬度。由于孕鑲金剛石鉆頭常采用熱壓法生產，胎體中通常加入某些活潑金屬如Mn，使其在燒結過程中生成MnO，起到脫除胎體中氧和彌散強化胎體的作用。孕鑲金剛石鉆頭胎體中硬質相WC含量通常在50wt.％左右，由于WC的密度為15.63g/cm³，比重高使得孕鑲金剛石鉆頭單位體積成本高。

另外，傳統的孕鑲金剛石采用熱壓法制造，熱壓法是將置于模具內的金剛石和胎體粉末的壓制與燒結合并在同一過程中進行，生產效率較高，但由于熱壓模具常采用石墨模具，其生產的產品尺寸精度較低，而且熱壓通常在沒有保護性氣氛中進行，產品的質量波動較大。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種新的孕鑲金剛石胎體材料，使用TiC作為胎體硬質相，采用納米WC增韌，在保證具有高的致密度、抗彎強度和耐磨性的同時降低成本。此外，本發明采用常規硬質合金生產工藝代替傳統的熱壓法來制備孕鑲金剛石材料，保證了材料的質量穩定性。

根據本發明的第一方面，提供一種孕鑲金剛石材料，其包括以下組分或者由以下組分組成：30wt.％-70wt.％TiC、10wt.％-45wt.％Ni粉、5wt.％-30wt.％Cu粉和0.01wt.％-20wt.％WC粉。

根據本發明的優選實施方式，所述胎體還包括0-20wt.％Co粉，優選5-15wt.％。Ni粉與Co粉的加入有助于提高胎體粘結相的強度和硬度。優選地，Co粉的質量占Ni粉質量的1/3-1。

根據本發明的優選實施方式，所述胎體進一步還包括0-5wt.％Mo₂C粉，優選0-2wt.％。

根據本發明的優選實施方式，所述TiC的粒徑為1-4μm。

根據本發明的優選實施方式，所述Ni粉的粒徑為0.5-2.5μm。

根據本發明的優選實施方式，所述Cu粉的粒徑為5-20μm。

根據本發明的優選實施方式，所述Co粉的粒徑為0.5-1.5μm。

根據本發明的優選實施方式，所述Mo₂C粉的粒徑為0.5-2μm。

根據本發明的優選實施方式，所述WC的粒徑≤0.3μm，例如，可以為0.05μm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm，優選WC的粒徑為0.1-0.2μm。金剛石在常壓高溫下為亞穩狀態，會發生石墨化轉變，同時金剛石的強度、硬度等性能也大幅下降，所以降低燒結溫度成為保證金剛石性能的關鍵，孕鑲金剛石材料通常在800-1100℃熱壓燒結，以保證胎體的合金化和抑制金剛石的石墨化轉變。本發明除采用熔點較低的Cu(熔點1083.4℃)作為主要粘結相，還采用納米WC，優選粒徑0.1-0.2μm的WC來提高粉末的活性和降低材料的燒結溫度。本文中所述納米WC是指粒徑≤0.3μm的WC。