CN101139727A - 直流电镀铁基金刚石钻头方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直流电镀铁基金刚石钻头方法，即：采用铁作为金刚石钻头的胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。本发明改变了电镀铁必须采用不对称交－直流电镀方法以及金属铁不能用于制造金刚石钻头的传统思想与理念，是金刚石工具行业的一次创新；本方法包括镀前处理、电镀过程和镀后处理步骤。本发明直流电镀铁基金刚石钻头能显著降低成本和缩短生产周期，在坚硬而致密岩石中钻进能大大提高钻进速度，其钻进效果明显优于其它类型胎体的电镀金刚石钻头，有着广泛的应用前景；推广应用直流电镀铁基金刚石钻头将推动金刚石钻头行业的发展，缓解镍、钴等金属材料的供应紧张的局面。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石钻头制造领域，特别是涉及一种直流电镀铁基金刚石钻头方法。
背景技术
金刚石钻头广泛用于地质勘探、基础工程(电站、大坝、高层建筑等)勘查、石油勘探、水资源的勘探与开发等学科领域。目前，电镀金刚石钻头的胎体材料多为镍-钴、镍-锰等镍基合金，这种镍基合金材料具有较好的包镶金刚石的能力，对岩石有较好的适应性。但电镀镍基胎体金刚石钻头也存在以下主要问题：
1.近几年来，镍、钴等金属材料的价格一直攀升，该胎体成本高，钻头厂急需降低生产成本。
2.常用电镀镍-钴合金金刚石钻头，由于镀镍会伴随析氢，所以一般采用较小的电镀规程，电镀速度慢，生产周期太长(一般为10天)，这也是困扰钻头厂商的一大难题。
3.镍-钴胎体金刚石钻头，对于坚硬致密的岩石适应能力差，钻进时效低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种直流电镀铁基金刚石钻头方法，主要是采用铁作为金刚石钻头胎体材料，并采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头，来降低电镀金刚石钻头生产成本并提高其生产效率；本发明采用直流电镀方法需解决的首要问题是提高铁镀层与基体的结合强度。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：采用铁作为金刚石钻头的胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。
本发明可以采用以下的电镀液和电镀工艺：
(1)按克/升计，电镀液配方为：氯化镍350～450，氯化锰30～50，氯化钙20～30，五氧化二钒0.3～1.0，氟硼酸10～20；
(2)电镀工艺：镀液温度35℃～45℃，镀液pH值1.5～2.5，预镀电流密度0.7～1.0A/dm2，正常电镀电流密度3～6A/dm2。
本发明与传统的电镀金刚石钻头的方法相比，具有以下优势：
①传统的电镀金刚石钻头的胎体材料采用的是镍合金(如镍-钴合金)，其价格昂贵(如镍目前已涨至450元/公斤)，而本发明采用来源广泛、价格低廉的铁(纯铁大约8元/公斤)作为钻头胎体材料，能显著降低成本。
②本发明电镀铁采用的电流密度为3～6A/dm2，相对于传统的镍基电镀常用的电流密度为1～2A/dm2，能大幅度提高电镀速度，缩短钻头生产周期一半以上。
③电镀铁基胎体钻头，特别适应于钻进硬-坚硬的、致密性岩石；而镍-钴胎体钻头难以钻进这类岩石。因此，扩大了电镀金刚石钻头应用范围。
④通过调整电流密度和镀液温度等参数，可以调整铁基钻头胎体的硬度、耐磨性能等，以适应不同岩层的钻进需要。
电镀铁在工业上多采用不对称交-直流电镀方法，进行机器零部件修复。而本发明通过调整镀液配方和电镀工艺实现直流电镀铁，进行制造铁基金刚石钻头，这也是电镀铁技术的一次创新。这样可使电镀金刚石钻头厂不必增加投资购置不对称交-直流电源，采用普通的、电镀镍-钴金刚石钻头的直流电源便可以投产。
本发明直流电镀铁基金刚石钻头能显著降低成本和缩短生产周期，在坚硬而致密岩石中钻进能大大提高钻进速度，其钻进效果明显优于其它类型胎体的电镀金刚石钻头，有着广泛的应用前景。本发明改变了电镀铁必须采用不对称交-直流电镀方法以及金属铁不能用于制造金刚石钻头的传统思想与理念，是金刚石工具行业的一次创新。近几年来，镍、钴等金属材料价格一直攀升，困扰着金刚石钻头制造商，推广应用直流电镀铁基金刚石钻头将解除他们的困扰，推动金刚石钻头行业的发展，缓解镍、钴等金属材料的供应紧张的局面。
具体实施方式
本发明提供的直流电镀铁基金刚石钻头方法是：采用铁作为金刚石钻头的胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。
本发明采用以下的直流电镀方法制造铁基金刚石钻头：
(1)镀前处理：先将钢体除油、除绣、清洗，并且连接导线和对钢体中不镀部分绝缘处理后，进行电化学除油、热水清洗、冷水冲洗、酸洗及阳极刻蚀，再进行冷水、热水和蒸馏水清洗后，入槽浸蚀与小规程预镀，然后采用下述的电镀工艺和电镀液配方进行正常电镀。
电镀工艺：镀液温度35～45℃，镀液pH值1.5～2.5，小规程预镀电流密度0.7～1.0A/dm2，正常电镀电流密度3～6A/dm2。小规程预镀电流密度值是保证镀层与基体有高的结合强度；而正常电流密度值是允许正常电镀过程中采用高的电流密度，进行快速电镀，提高钻头的生产效率。
按克/升计，电镀液配方为：氯化镍(FeCl2·4H2O)350～450，氯化锰(MnCl2·4H2O)30～50，氯化钙(CaCl2·6H2O)20～30，五氧化二钒(V2O5)0.3～1.0，氟硼酸(HBF4)10～20。
在进行正常电镀时，通过调整电镀液浓度、PH值、温度、电流密度等，来改善铁镀层性能，并保证铁镀层与基体的结合强度，实现直流电镀铁技术。基本规律是：①镀液浓度上升，镀层硬度下降；②镀液温度上升，镀层硬度下降；③pH值上升，镀层硬度下降；④电流密度下降，镀层硬度下降。采用阳极刻蚀镀前处理和配合浸蚀以及小规程预镀工艺，既可获得高的结合力，又能够保证厚镀层的质量。
(2)电镀过程：转入正常电镀25～30分钟后，加金刚石、包镶复合镀，多次重复加金刚石、包镶复合镀，直到符合设计要求，然后出槽；
(3)镀后处理：钻头出槽后除去绝缘层，并且进行清洗，然后进入恒温干燥箱中进行去氢处理，出箱后进行装饰、包装，最后成品入库。
在进行去氢处理时，其工艺条件是：温度为200～220℃，时间为2～2.5小时。
(4)阳极采用纯铁，阴极与阳极有效面积之比为1∶0.6～0.8。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
实施例1
采用铁作为金刚石钻头胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。并且采用以下的工艺流程电镀液组成和电镀工艺：
1.直流电镀铁基金刚石钻头的工艺流程：
(1)镀前处理：先将钢体除油、除绣、清洗，并且连接导线和对钢体中不镀部分绝缘处理后，进行电化学除油、热水清洗、冷水冲洗、酸洗及阳极刻蚀，再进行冷水、热水和蒸馏水清洗后，入槽浸蚀与小规程预镀，然后转入正常电镀；
(2)电镀过程：转入正常电镀25～30分钟后，加金刚石、包镶复合镀，多次重复加金刚石、包镶复合镀，直到符合设计要求，然后出槽；
(3)镀后处理：钻头出槽后除去绝缘层，并且进行清洗，然后进入恒温干燥箱中进行去氢处理，出箱后进行装饰、包装，最后成品入库。
在进行去氢处理时，其工艺条件是：温度为200℃，时间为2小时。
2.电镀液组成(单位为克/升)：氯化镍350，氯化锰30，氯化钙20，五氧化二钒0.3，氟硼酸10。
3.电镀工艺：镀液温度35℃；镀液pH值2.5；预镀电流密度0.7A/dm2，正常电镀电流密度3A/dm2。
4.阳极采用纯铁，阴极与阳极有效面积之比为1∶0.6。
实施例2
采用铁作为金刚石钻头胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。并且采用以下的工艺流程电镀液组成和电镀工艺：
1.采用同实施例1的直流电镀铁基金刚石钻头的工艺流程。
只是镀后处理时，进行去氢处理的工艺条件是：温度为200℃，时间为2.5小时。
2.电镀液组成(单位为克/升)：氯化镍450，氯化锰50，氯化钙30，五氧化二钒1.0，氟硼酸20。
3.电镀工艺：镀液温度45℃；镀液pH值2.0；小规程预镀电流密度1.0A/dm2，正常电镀电流密度6A/dm2。
4.阳极采用纯铁，阴极与阳极有效面积之比为1∶0.8
实施例3
采用铁作为金刚石钻头胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。并且采用以下的工艺流程电镀液组成和电镀工艺：
1.采用同实施例1的直流电镀铁基金刚石钻头的工艺流程。
只是镀后处理时，进行去氢处理的工艺条件是：温度为210℃，时间为2小时。
2.电镀液组成(单位为克/升)：氯化镍400，氯化锰40，氯化钙25，五氧化二钒0.65，氟硼酸15。
3.电镀工艺：镀液温度40℃；镀液pH值1.5；预镀电流密度0.85A/dm2，正常电镀电流密度4.5A/dm2。
4.阳极采用纯铁，阴极与阳极有效面积之比为1∶0.7。
Claims (4)
1.一种电镀金刚石钻头的方法，其特征是一种直流电镀铁基金刚石钻头方法，即：采用铁作为金刚石钻头的胎体材料，同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。
2.根据权利要求1所述的电镀金刚石钻头的方法，其特征是采用以下的电镀液和电镀工艺：
(1)按克/升计，电镀液配方为：氯化镍350～450，氯化锰30～50，氯化钙20～30，五氧化二钒0.3～1.0，氟硼酸10～20；
(2)电镀工艺：镀液温度35℃～45℃，镀液pH值1.5～2.5，预镀电流密度0.7～1.0A/dm2，正常电镀电流密度3～6A/dm2。
3.根据权利要求1所述的电镀金刚石钻头的方法，其特征是采用以下的直流电镀方法制造铁基金刚石钻头：
(1)镀前处理：先将钢体除油、除绣、清洗，并且连接导线和对钢体中不镀部分绝缘处理后，进行电化学除油、热水清洗、冷水冲洗、酸洗及阳极刻蚀，再进行冷水、热水和蒸馏水清洗后，入槽浸蚀与小规程预镀，然后转入正常电镀；
(2)电镀过程：转入正常电镀25～30分钟后，加金刚石、包镶复合镀，多次重复加金刚石、包镶复合镀，直到符合设计要求，然后出槽；
(3)镀后处理：钻头出槽后除去绝缘层，并且进行清洗，然后进入恒温干燥箱中进行去氢处理，出箱后进行装饰、包装，最后成品入库。
4.根据权利要求3所述的电镀金刚石钻头的方法，其特征是在恒温干燥箱中进行去氢处理时，其工艺条件是：温度为200～220℃，时间为2～2.5小时。
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