一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺，包括硬质合金基体，所述硬质合金基体的上部为聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括聚晶脱钴层与金属未脱钴层，所述聚晶金刚石层的表面等距开设有反应孔，通过对聚晶金刚石层进行脱钴处理，脱钴处理后使其热稳定性有较大幅度提高，耐磨性也得到提高。目前市场使用的产品脱钴深度在900um以下，本专利工艺将达到1100um‑1500um，可提高产品的工作效率以及钻齿的使用寿命20‑50％，最大限度地防止产品因金属与金刚石热膨胀系数差异过大导致的早期失效。

【技术实现步骤摘要】
一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺
本专利技术涉及聚晶金刚石钻齿，特别涉及一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺，应用于石油、天然气、页岩气开采的金刚石钻头，属于石油天然气开采

技术介绍
现有的金刚石钻齿为平面或凸面或凹面形状，是将金刚石微粉和硬质合金基体装入耐高温的金属杯中封装后，置入高温超高压容器中，在催化剂的作用下金刚石的碳溶解和再结晶，形成金刚石聚晶体与合金基体结合在一起的金刚石复合体，经过研磨和外圆加工制成金刚石钻齿，具有超强的耐磨、耐热和抗冲击性能，满足各种底层下的石油与天然气开采需要。大量的金刚石晶体颗粒在高温下与硬质合金基体结合成大尺寸的复合体，具有高的耐磨性能和高强度与最高硬度在应用中表现出优异的磨削和切割性能。在有金属溶剂和催化剂钴参与的条件下，烧结金刚石颗粒的压力深度条件在50-80kbar和1400-1700℃之间，一般的合成方法是把金刚石颗粒装入耐高温的金属杯中，再装入硬质合金基体后，放入产生上述高温高压的容器中，通过油压机加压加热实现。普通的聚合金刚石产品耐热温度在700-750℃之间，更高的温度会导致聚晶金刚石层产生裂纹，因为金属催化剂的热膨胀系数是金刚石的热膨胀系数的几倍，因此未经脱钴工艺处理的产品在使用过程中会随着工作温度升高而易于失效。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种超深脱钴金刚石钻齿。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种超深脱钴金刚石钻齿，包括硬质合金基体，所述硬质合金基体的顶部设有聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括聚晶脱钴层与聚晶未脱钴层，所述聚晶金刚石层的表面等距开设有反应孔。作为本专利技术的一种优选方案，所述反应孔为圆形孔或异形孔。作为本专利技术的一种优选方案，所述聚晶未脱钴层的一端面与硬质合金基体相邻，所述金属未脱钴层的另一面与聚晶脱钴层相邻，所述硬质合金基体、聚晶未脱钴层与聚晶脱钴层内的钴含量呈梯度分布且依次降低。作为本专利技术的一种优选方案，所述硬质合金基体的直径与聚晶金刚石层的直径相同，且所述硬质合金基体的圆心与聚晶金刚石层的圆心在同一条竖直的直线上。作为本专利技术的一种优选方案，所述聚晶金刚石层是采用高纯金刚石微粉制成。作为本专利技术的一种优选方案，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合界面为平面或者沟槽状或网格形状界面。作为本专利技术的一种优选方案，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合界面为含有突起界面或凹面的异形界面。作为本专利技术的一种优选方案，所述硬质合金基体的含钴量为6-16％，所述金属未脱钴层的含钴量为4-12％，所述聚晶脱钴层的含钴量为0–2％。一种脱钴金刚石钻齿的超深脱钴工艺，包括以下步骤：S1、激光打孔：将设计好的打孔图纸导入程序控制的打孔设备中，并将普通的金刚石钻齿放置在打孔设备支架上，在聚晶金刚石层待打孔上进行扫描对中定位，开通设备后，激光在待打孔聚晶金刚石层按图纸逐层将金刚石高温碳化，在PLC控制器的控制下，对聚晶金刚石层的表面进行等距开设反应孔；S2、产品密封：将精确打孔的金刚石钻齿的硬质合金基体部分密封于管装的或蜂窝状的耐酸材料的密封容器中，并在密封端口用耐高温材料制成的O型圈进行二次密封，确保在高温的强酸中处于密封状态；S3、高温高压脱钴装置：采用带特富龙内衬的实验室高压反应釜S4、配置脱钴溶液：配置体积百分数为20％-80％的H2SO4溶液或HNO3溶液、体积百分数为20％-80％的HCL或H2F，然后将配置好的溶液放入容器中，将密封好的金刚石钻齿放入有一定压力和温度的高压反应斧中，经过10-30天的化学反应，取出产品清洗后对聚晶金刚石复合体中渗透金属的去除深度进行检测；S5、X光无损检测：取出产品清洗后通过X光机检测发现金刚石复合体中金属去除深度在1100-1500um；S6、入库：将检测好的工件封装入库。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤S2中的密封容器由特富龙、PVC、PP或PE中的一种或几种。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤S3中的H2SO4溶液的质量分数为20％-80％，所述H2F的质量分数为20％-80％，所述HNO3溶液的质量分数为20-80％本专利技术所达到的有益效果是：通过脱钴工艺处理过程，残留在金刚石颗粒内部的金属或金属混合物钴与钨，从表面开始慢慢被酸溶液反应腐蚀，从而大部分或全部从聚晶金刚石中去除，通过对聚晶金刚石层进行脱钴处理，脱钴处理后使其热稳定性有大幅提高，耐磨性也得到了提高，目前市场使用的产品脱钴深度在900um以下，本专利工艺将达到1100um-1500um，大幅提高产品的工作效率以及钻齿的使用寿命。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术聚晶金刚石层的结构示意图；图3是本专利技术俯视图；图4是本专利技术截面图；图5是本专利技术封装图；图6是本专利技术封装产品在反应容器内截示意图图中：1、聚晶脱钴层；2、聚晶未脱钴层；3、硬质合金基体；4、反应孔；5、聚晶金刚石层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-6所示，本专利技术提供一种超深脱钴金刚石钻齿，包括硬质合金基体3，硬质合金基体3的顶部设有聚晶金刚石层5，聚晶金刚石层5包括聚晶脱钴层1与聚晶未脱钴层2，硬质合金基体3的表面与聚晶金刚石层5的表面等距开设有反应孔4。进一步的，反应孔4为圆形孔或异形孔，确保在一定压力和温度的强酸容器中进行充分反应。进一步的，聚晶未脱钴层2的一端面与硬质合金基体3相邻，聚晶未脱钴层2的另一面与聚晶脱钴层1相邻，硬质合金基体3、聚晶未脱钴层2与聚晶脱钴层1内的钴含量呈梯度分布且依次降低，脱钴处理后使其热稳定性有大幅度提高，耐磨性也得到了提高。进一步的，硬质合金基体3的直径与聚晶金刚石层5的直径相同，且硬质合金基体3的圆心与聚晶金刚石层5的圆心在同一条竖直的直线上。进一步的，聚晶金刚石层5是采用高纯金刚石微粉制成。进一步的，硬质合金基体3与聚晶金刚石层5之间的结合界面为平面、沟槽状、网格形状或其他形状的有凹凸面形成的界面，以增加硬质合金基体3与聚晶金刚石层5之间的结合强度。进一步的，硬质合金基体3与聚晶金刚石层5之间的结合界面为含有突起界面或凹面的异形界面，以增加硬质合金基体3与聚晶金刚石层5之间结合强度。进一步的，对其进行脱钴处理，完成脱钴后硬质合金基体3的含钴量为6-16％，金属未脱钴层2的含钴量为4-12％，聚晶脱钴层1的含钴量为0-2％，脱钴处理后使其热稳定性有大幅度提高，耐磨性也得到了提高。实施例11、将高纯金刚石微粉和成的金刚石复合片毛坯经研磨、外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超深脱钴金刚石钻齿，包括硬质合金基体(3)，其特征在于，所述硬质合金基体(3)的顶部设有聚晶金刚石层(5)，所述聚晶金刚石层(5)包括聚晶脱钴层(1)与聚晶未脱钴层(2)，所述聚晶金刚石层(5)的表面等距开设有反应孔(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种超深脱钴金刚石钻齿，包括硬质合金基体(3)，其特征在于，所述硬质合金基体(3)的顶部设有聚晶金刚石层(5)，所述聚晶金刚石层(5)包括聚晶脱钴层(1)与聚晶未脱钴层(2)，所述聚晶金刚石层(5)的表面等距开设有反应孔(4)。


2.根据权利要求1所述的一种超深脱钴金刚石钻齿，其特征在于，所述反应孔(4)为圆形孔或异形孔。


3.根据权利要求1所述的一种超深脱钴金刚石钻齿，其特征在于，所述聚晶未脱钴层(2)的一端面与硬质合金基体(3)相邻，所述聚晶未脱钴层(2)的另一面与聚晶脱钴层(1)相邻，所述硬质合金基体(3)、聚晶未脱钴层(2)与聚晶脱钴层(1)内的钴含量呈梯度分布且依次降低。


4.根据权利要求1所述的一种超深脱钴金刚石钻齿，其特征在于，所述硬质合金基体(3)的直径与聚晶金刚石层(5)的直径相同，且所述硬质合金基体(3)的圆心与聚晶金刚石层(5)的圆心在同一条竖直的直线上。


5.根据权利要求1所述的一种超深脱钴金刚石钻齿，其特征在于，所述聚晶金刚石层(5)是采用高纯金刚石微粉制成。


6.根据权利要求1所述的一种超深脱钴金刚石钻齿，其特征在于，所述硬质合金基体(3)与聚晶金刚石层(5)之间的结合界面为平面或者沟槽状或网格形状界面或含有突起界面或凹面的异形界面。


7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种超深脱钴金刚石钻齿，其特征在于，所述硬质合金基体(3)的含钴量为6-16％，所述聚晶未脱钴层(2)的含钴量为4-12％，所述聚晶脱钴层(1)的含钴量为0-2％。


8.一种脱钴金刚石钻齿的超深脱钴工艺，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈本富，罗明，朱伟，
申请(专利权)人：重庆北思卡新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50