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一種孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體配方及其制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510427924.4

申請日:

2015.07.21

公開號:

CN105018780A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C22C 9/00申請日:20150721|||公開
IPC分類號: C22C9/00; B22F7/08 主分類號: C22C9/00
申請人: 吉林大學
發明人: 高科; 李夢; 孫友宏; 劉寶昌; 吳海東; 宋仁哲; 曲莉莉
地址: 130061吉林省長春市西民主大街938號
優先權:
專利代理機構: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103 代理人: 張建成
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510427924.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2015.12.02|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體配方及其制備方法,根據金剛石所鉆地層選擇金剛石用量及粒度,本發明的無硬質相胎體的配方包括純鐵粉24-31wt%,純鎳粉8-15wt%,磷粉、硼粉和硅粉分別為0.2-1.5wt%,銅合金46.5-66.4wt%,純鈷粉1-3wt%,及定量的釬焊劑;所述的孕鑲金剛石鉆頭制備方法是指無壓浸漬高溫燒結法,其溫度高出Cu合金熔點30-150℃,且在高溫下保溫5-30min。本發明所提供的孕鑲金剛石鉆頭胎體無硬質相的配方和無壓浸漬法制備的孕鑲金剛石鉆頭胎體抗彎強度高,金剛石把持力好,材料成本低,制備工藝簡單。

權利要求書

權利要求書
1.  一種孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體配方,其胎體材料的成分及質量配比如下:
純Fe粉24-31wt%,純Ni粉8-15wt%,P粉、B粉和Si粉各0.2-1.5wt%,Cu合金46.5-66.4wt%,純Co粉1-3wt%,其粒度為200-400目。

2.  一種權利要求1所述孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體的制備方法,該方法的步驟如下:
步驟1:將胎體材料按比例稱料,加入酒精混合,逐級加料攪拌均勻,再加入定量單晶金剛石混合均勻,放入模具,上層覆蓋Cu合金46.5-66.4wt%,置于真空干燥箱中干燥;
步驟2:將干燥后裝有胎體料和單晶金剛石的模具放入中頻感應爐,上層覆蓋釬焊劑,采用無壓浸漬法高溫燒結金剛石和無硬質相胎體混合材料,其燒結溫度高于浸漬Cu合金熔點30-150℃,保溫時間5-30min,降溫至800℃出爐,空冷至室溫。

說明書

說明書一種孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體配方及其制備方法
技術領域
本發明涉及地質鉆探和油氣鉆井領域一種胎體的制備方法,特別涉及一種孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體配方及其制備方法。
背景技術
在地質鉆探和油氣鉆井領域中,孕鑲金剛石鉆頭的應用十分廣泛,孕鑲金剛石鉆頭的配方及制備方法決定了其性能和質量,現有技術,傳統的孕鑲金剛石鉆頭配方及制備方法制備的金剛石鉆頭,主要存在以下兩點不足,(1)金剛石鉆頭胎體中除金剛石顆粒外,胎體配方包括大比例的WC、YG6等硬質相,以及小比例的Co、Mn、Ni、Ti等貴金屬,需添加稀土元素和微量合金元素來改善胎體性能,但胎體組分復雜,密度差異容易偏析,導致混料不易均勻;(2)孕鑲金剛石鉆頭多是通過真空熱壓法燒結而成,燒結溫度、燒結壓力、保溫時間等參數選擇嚴格,真空熱壓鉆頭的胎體與金剛石之間以機械鑲嵌力為主,且熱壓對鉆頭結構有一定的限制,鉆進堅硬致密、“打滑”弱研磨性地層時,孕鑲金剛石鉆頭常因鉆頭打滑而不進尺,胎體對金剛石把持力低而導致金剛石容易脫落,從而導致金剛石鉆頭的進尺速度慢、工作壽命低。因此,研究金剛石鉆頭新的胎體配方和方法,改善鉆頭性能,簡化工藝等,對生產和科研具有重大意義。
發明內容
本發明的目的是要解決上述現有傳統的孕鑲金剛石鉆頭配方及制備方法 制備的金剛石鉆頭,胎體組分復雜,密度差異容易偏析,導致混料不易均勻,金剛石鉆頭打滑不進尺,胎體太軟鉆頭磨損過快,機械進尺速度慢、工作壽命短等問題,而提供一種孕鑲金剛石鉆頭用的無硬質相胎體配方及其制備方法。
本發明胎體材料的成分及質量配比如下:
純Fe粉24-31wt%,純Ni粉8-15wt%,Cu合金46.5-66.4wt%,純Co粉1-3wt%,P粉、B粉和Si粉各0.2-1.5wt%,其粒度為200-400目。
本發明具體制備方法如下:
(1)將胎體材料按比例稱料,加入酒精混合,逐級加料攪拌均勻,再加入定量單晶金剛石混合均勻,放入模具,上層覆蓋Cu合金46.5-66.4wt%,置于真空干燥箱中干燥;
(2)將干燥后裝有胎體料的模具放入中頻感應爐,上層覆蓋釬焊劑,采用無壓浸漬法高溫燒結金剛石和無硬質相胎體混合材料,其燒結溫度高于浸漬Cu合金熔點30-150℃,保溫時間5-30min,降溫至800℃出爐,空冷至室溫。
本發明的有益效果:
本發明以Fe、Ni和Co為主要金屬,決定了胎體的強度、韌性,耐磨性等性能;適當的燒結溫度下,Cu合金熔化,通過毛細管滲透作用浸漬胎體,Cu與Fe,Cu與Ni和Cu與Co之間相互擴散形成合金,提高胎體間結合力,從而提高胎體對金剛石的把持力;P粉、B粉和Si粉的加入,減弱了高溫下Fe對金剛石的侵蝕,形成的磷化物、硼化物和硅化物在胎體中均勻分布起到硬化作用。無壓浸漬法燒結的無硬質相胎體綜合性能好,對金剛石的把持力好,燒結工藝簡單,材料性能好。
附圖說明
圖1是本發明的金剛石復合材料胎體試塊摩擦面體式顯微示意圖。
具體實施方式
本發明胎體材料的成分及質量配比如下:
純Fe粉24-31wt%,純Ni粉8-15wt%,Cu合金46.5-66.4wt%,純Co粉1-3wt%,P粉、B粉和Si粉0.4-1.5wt%,其粒度為(200-400)目。
本發明具體制備方法如下:
(1)將胎體材料按比例稱料,加入酒精混合,逐級加料攪拌均勻,再加入定量單晶金剛石混合均勻,放入模具,上層覆蓋Cu合金46.5-66.4wt%,置于真空干燥箱中干燥;
(2)將干燥后裝有胎體料的模具放入中頻感應爐,上層覆蓋釬焊劑,采用無壓浸漬法高溫燒結金剛石和無硬質相胎體混合材料,其燒結溫度高于浸漬Cu合金熔點30-150℃,保溫時間5-30min,降溫至800℃出爐,空冷至室溫。
具體實例1:
無壓浸漬燒結制備的無硬質相胎體的金剛石復合材料,其成分及質量配比為:純Fe粉(300目)30%,純Ni粉(200目)11%,純Co粉2.5%,Cu合金55%,P粉、B粉和Si粉(200目)分別占0.5%,選用金剛石粒度35/40目及25%的體積濃度,釬焊劑質量是Cu合金質量的30%,用酒精將上述材料混合均勻,裝入石墨模具中,上層覆蓋好Cu合金及釬焊劑,干燥后置于中頻爐中無壓燒結,燒結溫度為1000℃,保溫時間5min,燒結成35mm*8mm*5mm的金剛石復合材料胎體試塊。將試塊與SiC砂輪對磨,試塊摩擦面金剛石顆粒表面形態良好,且金剛石與胎體界面結合良好。
具體實例2:
無壓浸漬燒結制備的無硬質相的孕鑲金剛石鉆頭,其成分及配比為:純Fe(300目)28%,純Ni(200目)11%,純Co粉2%,Cu合金56%,釬焊劑質量是Cu合金質量35%,P粉、B粉和Si粉(200目)分別占1%,選用金剛石粒度35/40目及35%的體積濃度,用酒精將上述材料混合均勻,裝入石墨模具中,上層覆蓋好Cu合金及釬焊劑,干燥后置于中頻爐中無壓燒結,燒結溫度為1000℃,保溫10min,燒結成無硬質相的孕鑲金剛石鉆頭。無壓法制備的無硬質相的孕鑲金剛石鉆頭成型度好,鉆進速度快、工作壽命長。

關 鍵 詞:
一種 鑲金 剛石 鉆頭 硬質 相胎體 配方 及其 制備 方法
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