一种孕镶金刚石钻头胎体、钻头及钻头的制备方法技术

本发明专利技术所述的孕镶金刚石钻头胎体，由如下重量份的原料组成：骨架材料0～60份、中间金属材料0～70份以及粘结金属材料适量，总量100份；所述中间金属材料的熔点低于骨架材料的熔点且高于粘结金属材料的熔点；所述骨架材料为金属碳化物粉末，所述粘结金属材料为铜基预合金粉末，铜基预合金粉末中铜含量为60～80％。本发明专利技术能有效降低原料成本与制造成本，减少烧结流失，且能灵活调整以加工得到不同性能的金刚石钻头。本发明专利技术所述的孕镶金刚石钻头的制备方法，能降低热压烧结温度，防止胎体中金刚石碳化，钻头胎体性能更加稳定，提高产品质量。提高产品质量。提高产品质量。

【技术实现步骤摘要】
一种孕镶金刚石钻头胎体、钻头及钻头的制备方法


[0001]本专利技术涉及钻探工具
，具体涉及一种孕镶金刚石钻头胎体、钻头及钻头的制备方法。

技术介绍

[0002]地质勘探过程中，金刚石钻头起着重要作用，金刚石钻头由低钻进速度向高钻进速度发展和改变的过程中，用户要求钻头具有一定的使用寿命的同时，还需要具备高钻进时效性能，而研究新的钻头胎体配方和钻头制造工艺，是提高孕镶金刚石钻头产品质量，满足用户使用要求最有效的手段。
[0003]传统的孕镶金刚石钻头通常以粉末冶金方法制造金刚石钻头，其中钻头的胎体一般由骨架材料和粘结金属两部分组成，其中骨架材料大都以WC或YG8粉末为主；而粘结金属大都以Cu、Ni、Mn、Sn、Zn、663Cu等低熔点金属粉末或预合金粉末为主，其通过调整骨架材料和粘结金属材料的比例，来调整孕镶金刚石钻头胎体在硬度、耐磨性以及抗弯强度等性能指标。然而现有的这种配方结构，钻头胎体性能调整比较困难，尤其是难以得到低硬度胎体，因此不能满足各类地层钻探的需求，此外这种传统的配方烧结性能差，烧结过程中易产生粘结金属流失，造成胎体性能不稳定，影响产品质量，并且这种配方结构还存在原料成本高，产品生产和制造成本较高的弊端。
[0004]公开号为CN108570590A的中国专利公开了一种孕镶金刚石胎体、孕镶金刚石材料及其制备方法，其中孕镶金刚石胎体包含以下组分或者由以下组分组成：30wt.％
‑
70wt.％TiC、10wt.％
‑
45wt.％Ni粉、5wt.％r/>‑
30wt.％Cu粉和0.01wt.％
‑
20wt.％WC，该技术方案中使用TiC作为胎体硬质相，采用纳米WC增韧，使产品具有高的致密度、抗弯强度和耐磨性，然而其以TiC和纳米WC为主，其原料成本仍然较高，且采用的原料配方成分复杂，杂质难以控制，并且其同样无法制备并满足多种地层钻探需要的钻头。

技术实现思路

[0005]本专利技术所解决的技术问题在于提供一种孕镶金刚石钻头胎体，以降低产品成本、减少烧结流失，且能灵活调整以加工得到不同性能的金刚石钻头。
[0006]本专利技术所解决的技术问题之二在于提供一种孕镶金刚石钻头，以降低产品成本、减少烧结流失，且能灵活调整以适应不同地层钻进的需求。
[0007]本专利技术所解决的技术问题之三在于提供一种孕镶金刚石钻头的制备方法，以降低热压烧结温度，防止胎体中金刚石碳化，钻头胎体性能更加稳定，提高产品质量。
[0008]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0009]一种孕镶金刚石钻头胎体，由如下重量份的原料组成：骨架材料0～60份、中间金属材料0～70份，以及粘结金属材料适量，总量100份；所述中间金属材料的熔点低于骨架材料的熔点且高于粘结金属材料的熔点；所述骨架材料为金属碳化物粉末，所述粘结金属材料为铜基预合金粉末，铜基预合金粉末中铜含量为60～80％。
[0010]进一步地，所述骨架材料包括WC、YG8、TiC、TaC中的一种或几种。
[0011]优选的，所述骨架材料为WC粉末，WC粉末中W含量占93～95％，C含量占5～7％，WC粉末的粒径为2～5um。
[0012]进一步地，所述中间金属材料包括钴基、镍基或铁基合金粉末中的一种或几种。
[0013]优选地，所述中间金属材料为不锈钢粉末，不锈钢粉末由如下质量百分数的组分组成：Cr：18～22％、Ni：8～12％，Mn：0～2％、C：0～0.08％、Si：0～1％、S：0～0.03％、余量为Fe。
[0014]优选地，所述粘结金属材料由如下质量百分数的组分组成：Ni：9.5～11.5％、Mn：5.3～6.1％、Sn：6～7％、Si：0～1％、余量为Cu。
[0015]进一步地，所述胎体由如下质量百分数的原料组成：
[0016]不锈钢粉末70％、铜基预合金粉末30％或
[0017]WC粉末15％、不锈钢粉末50％、铜基预合金粉末35％或
[0018]WC粉末30％、不锈钢粉末30％、铜基预合金粉末40％或
[0019]WC粉末45％、不锈钢粉末15％、铜基预合金粉末40％或
[0020]WC粉末60％、铜基预合金粉末40％。
[0021]一种孕镶金刚石钻头，其特征在于，包括如上所述的胎体以及孕镶在所述胎体中的金刚石，金刚石粒度为30～80目，金刚石体积浓度为15～25％。
[0022]一种孕镶金刚石钻头的制备方法，包括如下步骤：
[0023]1)按重量百分比称取胎体所需的骨架材料、中间金属材料及粘结金属材料；
[0024]2)将骨架材料、中间金属材料及粘结金属材料在混料机中进行混料，混料完成后得到胎体混合料；
[0025]3)在胎体混合料中加入金刚石，进行装模后，压实，插入连接体，然后进行热压烧结，烧结温度为900～980℃，烧结压力14～16MPa,烧结保温时间4～8min，降温至700℃出炉得到烧结体毛坯；
[0026]4)将烧结体毛坯进一步机械加工制成孕镶金刚石钻头。
[0027]优选的，连接体为钢体。
[0028]有益效果：
[0029]本专利技术所述的孕镶金刚石钻头胎体，其配方成分简单，原料杂质来源少，，且中间金属材料可替代部分或全部昂贵的WC等骨架材料，从而有效降低原料成本与制造成本，粘结金属材料采用预合金粉末，胎体材料不易被氧化，可保证钻头胎体性能的一致性，稳定产品质量；且本专利技术中通过调整骨架材料和中间金属材料的比例，可以调整各种不同胎体硬度的系列钻头胎体配方，从而根据需要灵活生产制备各种硬度的孕镶金刚石钻头，尤其是能适应钻进坚硬致密地层所需要的低硬度、低耐磨性的金刚石钻头，充分满足由硬到软的各种地层钻进需求。
[0030]本专利技术所述的孕镶金刚石钻头，其胎体的中间金属材料熔点一般都在1200℃～1400℃之间，其熔点远低于骨架材料，而高于粘结金属材料，孕镶金刚石钻头在热压烧结时中间金属材料呈固相或塑性状态，而粘结金属材料的熔点较低，在热压烧结过程中产生一定量的液相，这些液相一方面用来润湿胎体中的固相骨架材料和金刚石，另一方面可以溶解部分骨架材料和中间材料，使之形成另一种新的合金体，多余的液相和新合金体一起填
充在由骨架材料和金刚石及中间材料堆积所产生的间隙中，使整个钻头胎体形成致密的假合金体，牢固地包镶胎体中的金刚石，从而具有更好的包镶金刚石能力，胎体包镶金刚石能力大幅提高，同时胎体中金刚石不易被碳化，对金刚石热损伤更小。
[0031]本专利技术所述的孕镶金刚石钻头的制备方法，能有效降低热压烧结温度，烧结过程中能有效防止胎体中金刚石碳化，且烧结流失少，钻头胎体性能更加稳定，提高产品质量。
附图说明
[0032]图1为实施例1中产品的胎体性能指标。
[0033]图2为实施例2中产品的胎体性能指标。
[0034]图3为实施例3中产品的胎体性能指标。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孕镶金刚石钻头胎体，其特征在于，由如下重量份的原料组成：骨架材料0～60份、中间金属材料0～70份以及粘结金属材料适量，总量100份；所述中间金属材料的熔点低于骨架材料的熔点且高于粘结金属材料的熔点；所述骨架材料为金属碳化物粉末，所述粘结金属材料为铜基预合金粉末，铜基预合金粉末中铜含量为60～80％。2.根据权利要求1所述的孕镶金刚石钻头胎体，其特征在于，所述骨架材料包括WC、YG8、TiC、TaC中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的孕镶金刚石钻头胎体，其特征在于，所述骨架材料为WC粉末，WC粉末中W含量占93～95％，C含量占5～7％，WC粉末的粒径为2～5um。4.根据权利要求1所述的孕镶金刚石钻头胎体，其特征在于，所述中间金属材料包括钴基、镍基或铁基合金粉末中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的孕镶金刚石钻头胎体，其特征在于，所述中间金属材料为不锈钢粉末，不锈钢粉末由如下质量百分数的组分组成：Cr：18～22％、Ni：8～12％，Mn：0～2％、C：0～0.08％、Si：0～1％、S：0～0.03％、余量为Fe。6.根据权利要求1所述的孕镶金刚石钻头胎体，其特征在于，所述粘结金属材料由如下质量百分数的组分组成：Ni：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘碧湘，来聘华，
申请(专利权)人：长沙长探华诚钻探机械有限公司，
类型：发明
国别省市：