添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，利用氧化铝空心球造孔的特性，将其添加到钻头的工作层中，以提高钻头胎体的孔隙度和金刚石的出刃效果。添加的氧化铝空心球粒度1～3mm，金刚石和氧化铝空心球均需通过敷膜，敷膜厚度为0.10～0.15mm。敷膜后将氧化铝空心球、金刚石和钻头的胎体粉末混匀装入模具中，经中频电炉和压力机组合的一体机热压制成金刚石钻头。本钻头在扇形切削工作块中具有无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构，其中氧化铝空心球体积浓度为12%～18%；金刚石体积浓度为11%～13%。本钻头用于硬至坚硬致密岩石中钻进，比普通金刚石钻头的时效平均提高95%，使用寿命提高80%。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及地质工程学科领域所用的金刚石钻头，具体地说是一种钻进效率高、使用寿命长的添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头。
技术介绍
我国研制人造金刚石钻头的时间至今已有近半个世纪。目前的金刚石钻头虽然具有较好的性能，可以获得较高的经济技术指标。但是，随着向深部找矿方向的发展，岩层越来越坚硬和复杂、多变，钻进中遭遇硬至坚硬致密的岩石的几率也越来越多，造成钻进中时效很低，钻头的寿命也不长。有时一个钻孔中，哪怕只有十多米这样的岩层，就得钻进几天甚至十几天，给钻探施工带来很大的困难。而现有的金刚石钻头的品种少，其性能很难满足钻进硬至坚硬致密岩层的要求。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决钻进中遭遇硬至坚硬致密岩石，需要一种钻进效率高、使用寿命长的钻头，而提供一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，以满足地质找矿领域的当务需求。本技术的目的由以下技术方案来实现:提供一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，至少包括有若干个扇形切削工作块，金刚石、水口和钻头钢基体，在所述的钻头钢基体下端焊有钻头保径层，钻头扇形切削工作块设在钻头保径层下端，每个扇形切削工作块均有由氧化铝空心球、金刚石与胎体材料通过热压烧结形成的无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构，每两个扇形切削工作块之间由水口分隔。所述的无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构中的金刚石表面有敷膜层，膜层厚度为0.10 0.15mm。所述的无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构中的氧化铝空心球表面有敷膜层，膜层厚度为0.10 0.15mm。所述的无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构中氧化铝空心球的体积浓度为12°/ri8%，金刚石的体积浓度为11% 13%。所述的钻头扇形切削工作块高为10 12臟，钻头的保径层高为7 9mm。本技术添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头与现有金刚石钻头相比有如下优点:1、本技术的钻头在每个扇形切削工作块上方通过热压烧结有一层由胎体材料、制粒敷膜的金刚石和氧化铝空心球混合构成的金刚石复合切削体，选择了氧化铝空心球作为制造热压金刚石钻头的辅助材料，是由于氧化铝空心球具有很好的造孔能力，孔隙形成使得钻头胎体具有一定数量和大小的孔隙，能降低胎体的耐磨性。2、本技术的钻头添加了氧化铝空心球构成的金刚石复合切削体的结构，提高了钻头底唇面与孔底岩石的摩擦系数，胎体磨蚀得到增强；钻头的底唇面面积减少，在相同的钻进压力下，单位面积的钻压得到提高。3、本技术的钻头添加了氧化铝空心球构成的金刚石复合切削体的结构，形成的孔隙能够短时间的储存岩粉和洗井液，对于冷却钻头和磨损胎体起着积极作用。综合作用的结果，能够有效提高金刚石的出刃效果，改变常规金刚石钻头在钻进硬至坚硬致密岩石时出现的钻进时效极低，钻头使用寿命极短的现象，因而能够取得突破性的效果。4、使用本技术钻头钻进试验表明:所获得的钻进时效比普通金刚石钻头提高75% 100%，钻头的使用寿命提高70% 95%，这是其它普通金刚石钻头所不具有的特点和优势。本技术金刚石钻头可用于地质勘探、石油钻井、科学钻探和工程勘察中，同时还可用于地质灾害的治理。附图说明图1为本技术添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头底唇面结构示意图。图2为图1的1-1局部结构剖视示意图。上述图中:1-钻头扇形切削工作块；2_金刚石；3_氧化铝空心球；4-水口 ；5-钻头保径层；6-钻头钢基体。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术作进一步描述。实施例1:本技术提供一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，以(j5 77/48mm规格的热压金刚石钻头为例，其结构如图1、2所示，钻头包括有钻头钢基体6和8个扇形切削工作块1、8个水口 4，在所述的钻头钢基体6下端焊有钻头保径层5，钻头扇形切削工作块I设在钻头保径层5下端，每个扇形切削工作块I均有由无序排列的氧化铝空心球3、金刚石2与胎体材料通过热压烧结形成的复合切削体结构，每两个扇形切削工作块I之间由水口 4分隔。钻头的切削工作层I高为10mm，钻头的保径层5高为8mm。本技术热压金刚石钻头的扇形切削工作块I的复合切削体结构中金刚石体积浓度取12%，氧化铝空心球的体积浓度取15%。本技术热压金刚石钻头的制造过程是:(I)准备氧化铝空心球制粒敷膜的材料:选用直径为I 3mm的氧化铝空心球，敷膜料选用铜-铁-石墨混合的粉末，胶黏剂选用三乙醇胺；铜-铁-石墨混合的粉末按质量比为:铜45%，铁35%，石墨20%。(2)制粒敷膜是在自行研制的无级调速制粒机上进行，制粒敷膜机的料筒为鼓形，料筒直径350mm，高200mm，料筒的中心轴线与水平角度调节至45°，制粒敷膜机转速调至60r/mino(3)先装入要制粒敷膜的氧化铝空心球，启动制粒敷膜机，边转动边喷三乙醇胺胶黏剂，接着慢慢均匀撒入铜-铁-石墨粉料，使氧化铝空心球的表面裹敷一薄层铜-铁-石墨粉膜层，敷膜层的厚度控制在0.15_。(4)采用上述相同的方法，对金刚石进行制粒敷膜，金刚石的粒度为:40/50目占60%, 50/60目占40%。敷膜用的胶黏剂为酒精-甘油混合液，撒入铁-镍-铜合金粉末，铁-镍-铜合金粉末中按质量比为:铁54%，镍12%，铜合金34%，敷膜厚度为0.15mm。(5)取钻头的胎体粉料，钻头胎体粉料按质量比为:铁粉36%，镍粉12%，钴粉3%，YG8粉8%，铜合金粉41%，混合置于球磨机中球磨8h，保证各种粉料混磨均匀。将敷膜的氧化铝空心球，金刚石和球磨过的钻头胎体粉料与酒精-甘油混合液的胶黏剂混合均匀，按照计算好的数量称重，装入制造0 77/48mm规格的石墨模具内，压上钻头钢基体6，送入中频电炉和压力机组合的一体机中热压烧结。(6)热压烧结工艺为:热压压力为15MPa，电炉温度950°C，保温时间4min，820°C出炉，出炉后钻头置于保温条件下缓冷至室温，脱模，即完成本技术添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头的制造。实施例2:本技术的一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，规格为小95/68，钻头包括有钻头钢基体6和10个扇形切削工作块1、10个水口 4，钻头的切削工作层I高为12mm，钻头的保径层5高为9mm。钻头的规格大了，但其它的总体结构与使用效果同实施例1。本技术的钻头钻进时效比普通金刚石钻头提高75% 100%，钻头的使用寿命提高70% 95%，可用于地质勘探、石油钻井、科学钻探和工程勘察中，同时还可用于地质灾害的治理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，至少包括有若干个扇形切削工作块，水口和钻头钢基体，其特征在于：在所述的钻头钢基体下端焊有钻头保径层，钻头扇形切削工作块设在钻头保径层下端，每个扇形切削工作块均有由氧化铝空心球、金刚石与胎体材料构成的无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构，每两个扇形切削工作块之间由水口分隔。

【技术特征摘要】
1.一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，至少包括有若干个扇形切削工作块，水口和钻头钢基体，其特征在于:在所述的钻头钢基体下端焊有钻头保径层，钻头扇形切削工作块设在钻头保径层下端，每个扇形切削工作块均有由氧化铝空心球、金刚石与胎体材料构成的无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构，每两个扇形切削工作块之间由水口分隔。2.根据权利要求1所述的添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，其特征在于:所述的无序排列的氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨展，朱恒银，王强，杨凯华，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：实用新型
国别省市：