一种类制造技术

本发明专利技术公开一种结构类似于

【技术实现步骤摘要】
一种类PDC齿结构的金刚石孕镶齿及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种金刚石孕镶齿，尤其是涉及地质
、
煤炭及石油钻探钻头用切削齿
。
具体是涉及一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿及制备方法
。

技术介绍

[0002]当前油气勘探
、
煤碳钻掘及部分地质勘探均用到
PDC
钻头，尤其是油气勘探，据统计
90
％以上的钻头均为
PDC
钻头，只有在特别坚硬或者卵砾石等复杂地层中才用到牙轮或者金刚石钻头
。
常规的
PDC
齿结构为圆柱形，含聚晶层为平面结构，在均质岩层中具有很高的耐磨性，助力钻头实现“一趟钻”的目标，甚至单只钻头能够完成
1000
‑
3000m
的钻进深度，极大的缩短了钻井周期和施工成本
。
但是在一些岩石硬度交互
、
卵砾石等复杂地层，平面齿很容易因为冲击作用崩齿或掉块，掉落的块体影响其他
PDC
齿的正常工作，严重影响了钻头的使用寿命
。
为解决该问题，各研发机构设计
PDC
齿为异型齿
(
如三棱形
、
屋脊形
)
，削弱
PDC
钻进时与岩石的冲击力，获得了不错的效果，因此目前
PDC
钻头多以混合齿形排布，钻头冲击力大的地方使用异型齿，冲击力小的地方使用平面齿，崩齿的概率大大降低，钻头寿命提高
。
即便如此，在一些较为复杂地层中，尤其是卵砾石较大的地层，异型齿也有崩齿或掉块现象，因此设计一款兼具抗冲击性和耐磨性的金刚石切削齿，非常有必要
。
[0003]金刚石孕镶齿是由碳化钨和钴为主要胎体材料包镶粗颗粒金刚石的烧结体，胎体耐磨性
、
抗冲击性极强，粗颗粒金刚石的钻切能力好，非常适用于恶劣环境难钻进地层的钻进
。
但常规的金刚石孕镶齿是将金刚石与金属粉末混合后通过热压烧结而成的，有两个缺点：一是金刚石与金属粉末的比重相差较大，金刚石在胎体中难以混合均匀，在金刚石密集区容易造成金刚石之间的搭接，胎体对金刚石的把持力不够，钻进时金刚石容易脱落；在金刚石稀少区，单颗金刚石的受力大，很容易造成金刚石的破碎
。
二是金属粉末为高体积分数的
WC
为主，烧结温度高，很容易造成金刚石的石墨化，且不容易烧结致密，造成胎体自身的耐磨性不够，进而导致对金刚石的把持力不够，钻头寿命短
。

技术实现思路

[0004](
一
)
要解决的技术问题
[0005]针对上述两个问题，本专利技术提供一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿及制备方法，通过在金刚石表面包裹金属粉末形成“金刚石包裹球”的方式，解决金刚石在胎体内分布不均匀问题，使金刚石在胎体内呈“类均布”排列方式，单颗金刚石的受力均匀，可提高钻头的整体性能；通过高温高压后处理工艺，解决胎体致密度不够的问题，可极大提高胎体自身的耐磨性和胎体对金刚石的把持力，进而提高孕镶齿的抗冲击性和钻头的整体寿命
。
[0006](
二
)
技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿，其孕镶齿形状按照
PDC
齿结构设计为圆柱形
、
屋脊形
、
三棱形
、
锥形的形状；所述孕镶齿按体积百分比由以下原料组成：
50
‑
80
％的金属粉末和
20
‑
50
％的金刚石，其中，所述金属
粉末按重量份计由以下原料组成：
55
‑
75
份的
WC
粉末，5‑
22
份的
Co
粉末，4‑6份的
Mn
粉末，5‑
10
份的镍基自熔合金粉末
。
[0008]进一步的，所述的孕镶齿由金刚石和金属粉末组成，且按照金刚石浓度或粒度在竖直方向上分层排布
。
[0009]进一步的，所述的金刚石按照粒度平均分为二至四层，如分为四层：第一层为
18
‑
20
目，第二层为
20
‑
25
目，第三层
30
‑
40
目，第四层为
50
‑
60
目；如分为三层：第一层为
18
‑
20
目，第二层为
20
‑
25
和
25
‑
30
目混合粒度，第三层
40
‑
50
目；如分为两层：第一层为
18
‑
20
和
20
‑
25
混合粒度，第二层为
30
‑
40
和
40
‑
50
混合粒度
。
[0010]进一步的，所述的金刚石按照浓度平均分为二至四层，如分为四层：第一层
180
‑
200
％，第二层
140
‑
160
％，第三层
100
‑
120
％，第四层
70
‑
90
％；如分为三层，第一层
180
‑
200
％，第二层
120
‑
150
％，第三层
80
‑
100
％；如分为两层，第一层
160
‑
180
％，第二层
100
‑
120
％
。
[0011]所述的一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿，其制备方法为：
[0012](1)
混料：将除金刚石以外的各金属粉末按照权利要求2中的比例混合均匀，混料时间不低于
24h
，混料过程中加入金属粉末重量的3％左右的酒精和铁链，助于混料均匀
。
[0013](2)
加粘结剂：所用金刚石喷胶处理，胶由制粒剂
、
乙二醇和异丙醇混合
、
搅拌
、
加热制成
。
[0014](3)
制粒：将金属粉末均匀撒于喷胶后的金刚石表面，并在筛网中做螺旋晃动，使金属粉末在运动中粘在金刚石表面，有助于金刚石表面金属粉末厚度的均匀性
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿，其特征是：其孕镶齿形状按照
PDC
齿结构设计为圆柱形
、
屋脊形
、
三棱形
、
锥形的形状；所述孕镶齿按体积百分比由以下原料组成：
50
‑
80
％的金属粉末和
20
‑
50
％的金刚石，其中，所述金属粉末按重量份计由以下原料组成：
55
‑
75
份的
WC
粉末，5‑
22
份的
Co
粉末，4‑6份的
Mn
粉末，5‑
10
份的镍基自熔合金粉末
。2.
根据权利要求1所述的一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿，其特征是：所述的孕镶齿由金刚石和金属粉末组成，且按照金刚石浓度或粒度在竖直方向上分层排布
。3.
根据权利要求2所述的一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿，其特征是：所述的金刚石按照粒度平均分为二至四层，如分为四层：第一层为
18
‑
20
目，第二层为
20
‑
25
目，第三层
30
‑
40
目，第四层为
50
‑
60
目；如分为三层：第一层为
18
‑
20
目，第二层为
20
‑
25
和
25
‑
30
目混合粒度，第三层
40
‑
50
目；如分为两层：第一层为
18
‑
20
和
20
‑
25
混合粒度，第二层为
30
‑
40
和
40
‑
50
混合粒度
。4.
根据权利要求2所述的一种类
PDC
齿结构的金刚石孕镶齿，其特征是：所述的金刚石按照浓度平均分为二至四层，如分为四层：第一层
180
‑
200
％，第二层
140
‑
160
％，第三层
100
‑
120
％，第四层
70
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良，岳文，李亚洲，李冰，张国彪，吴震宇，
申请(专利权)人：中国地质大学北京郑州研究院，
类型：发明
国别省市：