一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种整体烧结聚晶金刚石球齿，所述球齿由外部耐磨层和内部抗冲击层组成，外部耐磨层位于内部抗冲击层的外层，外部耐磨层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70‑95%，镍粉1‑5%，硅粉1‑15%，钴粉3‑20%；内部抗冲击层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40‑70%，镍粉1‑10%，硅粉5‑15%，钴粉10‑40%。本发明专利技术针对未来发展需求，提出了整体烧结聚晶金刚石球齿，这种材料的原材料是人工合成的，并且随着技术的进步，其价格也在不断降低，因此未来将有很大前景。

A whole sintered polycrystalline diamond ball and its preparation method

The invention discloses a whole sintering polycrystalline diamond ball tooth, the tooth wear layer by external and internal resistance layer, the outer external wear layer located inside the shock resistance layer, abrasion resistant outer layer is made of the following raw materials: the mass fraction of diamond powder 70 95% 1 5%, nickel powder, silicon powder 1 15%, 3 20% cobalt powder; the internal impact resistant layer is made of the following raw materials: the mass fraction of diamond powder 40 70% 1 10%, nickel powder, silica fume 5 15%, 10 40% cobalt powder. Aiming at the future development demand, the present invention puts forward the whole sintered polycrystalline diamond ball tooth, the raw material of the material is artificially synthesized, and its price is also decreasing with the progress of technology, so it will have great prospect in the future.

【技术实现步骤摘要】
一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法
本专利技术属于球齿
，具体涉及一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法。
技术介绍
目前地质勘探、煤炭开采、石油开采等大量使用球齿，提高了工作效率。球齿材质种类很多，以往用高速钢，目前大多用硬质合金，部分采用金刚石复合球齿。高速钢因其耐磨性不够，寿命短已退出舞台，取而代之的是硬质合金球齿，硬质合金近几年原材料加工一直上涨，原因是其存量有限，不可再生，因此未来硬质合金价格会持续走高，会带来成本的大幅提升。金刚石复合球齿的出现是应对更硬岩层勘探，可以提高钻头寿命和工作效率，但是金刚石复合球齿是以硬质合金为基体，在其上复合一层聚晶金刚石复合层，其大部分还是硬质合金，将来还是会面对硬质合金原材料稀缺的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种整体烧结聚晶金刚石球齿，所述球齿由外部耐磨层和内部抗冲击层组成，外部耐磨层位于内部抗冲击层的外层，外部耐磨层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70-95%，镍粉1-5%，硅粉1-15%，钴粉3-20%；内部抗冲击层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40-70%，镍粉1-10%，硅粉5-15%，钴粉10-40%。所述外部耐磨层和内部抗冲击层的金刚石微粉的粒度均为W40-W10。所述外部耐磨层和内部抗冲击层的镍粉的粒径均小于等于300目。所述外部耐磨层和内部抗冲击层的硅粉的粒径均小于等于400目。所述外部耐磨层和内部抗冲击层的钴粉的粒径均小于等于400目。如上述的整体烧结聚晶金刚石球齿的制备方法，具体步骤如下：（1）外部耐磨层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面，再将镀镍的金刚石微粉、硅粉、钴粉混合均匀，加入质量分数为1%的PVA水溶液润湿，造粒，得外部耐磨层颗粒；（2）内部抗冲击层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面，再将镀镍的金刚石微粉、硅粉、钴粉混合均匀，加入质量分数为1%的PVA水溶液润湿，造粒，得内部抗冲击层颗粒；（3）将外部耐磨层颗粒装填入模具中，用压头压实；（4）再将内部抗冲击层颗粒装填入模具中，用压头压实后拆掉模具得球齿实体；（5）将上述球齿实体放入真空炉中，在氢气和氩气混合气体环境下，保温1h，温度为650-750℃；（6）将从真空炉中取出的球齿实体和叶腊石、钢圈组装后，放入六面顶压机中，在压力5-8GPa，温度1100-1500℃烧结3-6min，取出后经过喷砂和外圆加工后，形成整体烧结聚晶金刚石球齿。所述步骤（5）中氢气和氩气的体积比为3:7。所述外部耐磨层颗粒和内部抗冲击层颗粒的粒径均为0.5-2.0mm。本专利技术提出了新型金刚石球齿，硬度远远高于硬质合金球齿，抗冲击韧性优于硬质合金，使用寿命是硬质合金球齿的十几倍，减少了大量更换球齿的时间，钻进速度更快，因此可以大幅提高生产效率。同时本专利技术避免了金刚石复合球齿在使用过程中分层和崩碎的问题。制备工艺上采取模压成型，提高坯体的初始密度，可获得致密度更高的聚晶金刚石烧结体，材料性能大幅提升。相对于现有技术，本专利技术针对未来发展需求，提出了整体烧结聚晶金刚石球齿，这种材料的原材料是人工合成的，并且随着技术的进步，其价格也在不断降低，因此未来将有很大前景。附图说明图1是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之一的纵剖面示意图。图2是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之一的横截面示意图。图3是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之二的纵剖面示意图。图4是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之二的横截面示意图。图5是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之三的纵剖面示意图。图6是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之三的横截面示意图。图7是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之四的纵剖面示意图。图8是本专利技术制备的整体烧结聚晶金刚石球齿之四的横截面示意图。其中，1是外部耐磨层；2是内部抗冲击层。具体实施方式镍粉电镀在金刚石微粉表面这一工序可以要求金刚石微粉生产厂家在制备出金刚石微粉后直接电镀一层镍粉即可，也就是说市售有电镀镍粉的金刚石微粉。如图1-8所示，模具不同，制备出来的球齿的结构也不同。球齿为圆柱体，如图1所示。球齿下部为圆柱体，上部为半球体，半球体的直径与圆柱体的上表面的直径相等，半球体的球心与圆柱体的上表面的圆心位置相同，如图3所示。球齿为子弹头形，如图7所示。球齿下部为圆柱体，上部为圆锥体，圆锥体底面圆的直径与圆柱体上表面圆的直径相等，圆锥体底面圆的圆心与圆柱体上表面圆的圆心位置相同，如图5所示。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的分界面的横截面为圆形或带波浪齿的圆形，如图2、4、6、8。波浪齿为长方形、三角形或半圆形。实施例1：一种整体烧结聚晶金刚石球齿，所述球齿由外部耐磨层1和内部抗冲击层2组成，外部耐磨层1位于内部抗冲击层2的外层，外部耐磨层1由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70-95%，镍粉1-5%，硅粉1-15%，钴粉3-20%；内部抗冲击层2由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40-70%，镍粉1-10%，硅粉5-15%，钴粉10-40%。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的金刚石微粉的粒度均为W40-W10。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的镍粉的粒径均小于等于300目。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的硅粉的粒径均小于等于400目。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的钴粉的粒径均小于等于400目。如上述的整体烧结聚晶金刚石球齿的制备方法，具体步骤如下：（1）外部耐磨层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面，再将镀镍的金刚石微粉、硅粉、钴粉混合均匀，加入质量分数为1%的PVA水溶液润湿，造粒，得外部耐磨层颗粒；（2）内部抗冲击层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面，再将镀镍的金刚石微粉、硅粉、钴粉混合均匀，加入质量分数为1%的PVA水溶液润湿，造粒，得内部抗冲击层颗粒；（3）将外部耐磨层颗粒装填入模具中，用压头压实；（4）再将内部抗冲击层颗粒装填入模具中，用压头压实后拆掉模具得球齿实体；（5）将上述球齿实体放入真空炉中，在氢气和氩气混合气体环境下，保温1h，温度为650-750℃；出去球齿实体中的杂质和氧气等；（6）将从真空炉中取出的球齿实体和叶腊石、钢圈组装后，放入六面顶压机中，在压力5-8GPa，温度1100-1500℃烧结3-6min，取出后经过喷砂和外圆加工后，形成整体烧结聚晶金刚石球齿。步骤（5）中氢气和氩气的体积比为3:7。外部耐磨层颗粒和内部抗冲击层颗粒的粒径均为0.5-2.0mm。实施例2：一种整体烧结聚晶金刚石球齿，所述球齿由外部耐磨层1和内部抗冲击层2组成，外部耐磨层1由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉90%，镍粉1%，硅粉2%，钴粉7%；内部抗冲击层2由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70%，镍粉2%，硅粉7%，钴粉21%。外部耐磨层1的金刚石微粉的粒度为W40，内部抗冲击层2的金刚石微粉的粒度为W40。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的镍粉的粒径均为300目。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的硅粉的粒径均为400目。外部耐磨层1和内部抗冲击层2的钴粉的粒径均为400目。如上述的整体烧结聚晶金刚石球齿的制备方法，具体步骤如下：（1）外部耐磨层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体烧结聚晶金刚石球齿，其特征在于：所述球齿由外部耐磨层（1）和内部抗冲击层（2）组成，外部耐磨层（1）位于内部抗冲击层（2）的外层，外部耐磨层（1）由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70‑95%，镍粉1‑5%，硅粉1‑15%，钴粉3‑20%；内部抗冲击层（2）由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40‑70%，镍粉1‑10%，硅粉5‑15%，钴粉10‑40%。

【技术特征摘要】
1.一种整体烧结聚晶金刚石球齿，其特征在于：所述球齿由外部耐磨层（1）和内部抗冲击层（2）组成，外部耐磨层（1）位于内部抗冲击层（2）的外层，外部耐磨层（1）由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70-95%，镍粉1-5%，硅粉1-15%，钴粉3-20%；内部抗冲击层（2）由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40-70%，镍粉1-10%，硅粉5-15%，钴粉10-40%。2.根据权利要求1所述的整体烧结聚晶金刚石球齿，其特征在于：所述外部耐磨层（1）和内部抗冲击层（2）的金刚石微粉的粒度均为W40-W10。3.根据权利要求1所述的整体烧结聚晶金刚石球齿，其特征在于：所述外部耐磨层（1）和内部抗冲击层（2）的镍粉的粒径均小于等于300目。4.根据权利要求1所述的整体烧结聚晶金刚石球齿，其特征在于：所述外部耐磨层（1）和内部抗冲击层（2）的硅粉的粒径均小于等于400目。5.根据权利要求1所述的整体烧结聚晶金刚石球齿，其特征在于：所述外部耐磨层（1）和内部抗冲击层（2）的钴粉的粒径均小于等于400目。6.如权利要求1-5任一所述的整体烧结聚晶金刚石球齿的制备方法，其特征在于：具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书锋，崔卫民，李启泉，张旺玺，张素梅，
申请(专利权)人：郑州博特硬质材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41