CN101153363A

CN101153363A - 聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法

Info

Publication number: CN101153363A
Application number: CNA2006100628425A
Authority: CN
Inventors: 陈俊勇; 杨英祥; 温贵凡
Original assignee: SHENZHEN XINGWO INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN XINGWO INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: CN100595417C

Abstract

一种聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，包括的步骤有：模具准备，根据配方来配胎体料，将配好的胎体料装添到横具中，并在顶部添加适量的粘接金属，烧结和开模，胎体料依据的配方，按重量百分比计为：颗粒度为60－100目的铸造碳化钨36％；颗粒度为100－140目的铸造碳化钨25％；颗粒度为140－230目的铸造碳化钨9％；颗粒度为230－400目的铸造碳化钨18％；雾化镍粉12％。采用本制备方法，为改善PDC钻头的胎体性能提供了可能。

Description

聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法

技术领域

本发明涉及合金，尤其涉及以碳化物为基的合金，特别涉及以碳化钨为基的合金。

背景技术

在石油钻井中，普遍采用PDC(聚晶金刚石复合片)钻头。PDC钻头包括PDC齿和胎体，PDC齿即焊接于该胎体上。PDC钻头，一般要求是上面的PDC材料韧性要好、耐磨，下面的胎体材料抗弯强度和冲击韧性好。由于胎体材料要在满足高耐磨性和抗冲蚀能力的同时，具备一定的强度和韧性，所以胎体材料基本上都是采用铸造WC(碳化钨)颗粒/粉末，如美国专利US5733664中公开的采用破碎的烧结碳化钨颗粒作为钻头胎体粉，这种材料形状不规则，以片状居多，会导致钻头胎体性能不均匀，冲击韧性较低；针对该美国专利存在的缺陷，中国专利申请CN200510020088.4公开了一种金刚石钻头胎体粉，包括粗颗粒的球形烧结WC颗粒、细颗粒的球形铸造WC粉末和镍粉，其组分和含量按重量百分比计为：球形烧结WC颗粒粒度为125-500微米20％-75％，球形铸造WC粉末粒度为38-150微米20％-70％，镍粉5-20％，该发明申请的理论依据在于：球形烧结WC中的钴对WC具有很好的润湿能力，因而使得胎体中的粘结相和硬质相能够更好的结合，进而提高了胎体的耐磨性、抗弯强度和冲击韧性。然，胎体材料有进一步改进的空间和余地。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而提出一种性能更好的胎体材料，以及该材料在制备聚晶金刚石复合片钻头胎体过程中的具体应用方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提出一种聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，包括的步骤有：模具准备，根据配方来配胎体料，将配好的胎体料装添到模具中，并在顶部添加适量的粘接金属，烧结和开模，胎体料依据的配方，按重量百分比计为：颗粒度为60-100目的铸造碳化钨36％；颗粒度为100-140目的铸造碳化钨25％；颗粒度为140-230目的铸造碳化钨9％；颗粒度为230-400目的铸造碳化钨18％；和雾化镍粉12％。

一般地，配方中碳化钨的颗粒越细，成品的硬度就越高，但抗冲击性就会降低；如果颗粒越粗，成品的硬度就较低，但抗冲击性就会较高；镍粉含量越高，成品的韧性就越好，反之则较差。本发明，通过多种颗粒度规格的铸造碳化钨，可有效调节胎体合金中钨的整体含量和结晶结构，以改善钻头胎体的性能。

按重量百分比计为：所述雾化镍粉的化学成份为镍含量不小于99.8％，钴含量不大于0.1％，其它不大于0.03％；所述雾化镍粉的物理状态为颗粒度为100目以上的不大于5％，颗粒度为-325目至100目的不小于85％，颗粒度为-325目以下的不大于10％。

按重量百分比计为：所述粘接金属的用量为胎体料用量的60％。

按重量百分比计为：所述粘接金属的化学成份为锡6％±0.4％，锰5.6％±0.5％，镍10.5％±0.6％和余量的铜；所述粘接金属的物理状态为不得大于30mm×30mm×15mm的立方体积。

所述烧结过程，烧结温度为1175℃，保温2小时。

同现有技术相比，采用本发明的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，为改善PDC钻头的胎体性能提供了可能。

附图说明

图1为采用本发明的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法制成的PDC钻头。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步详述。

采用本发明的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法制成的PDC钻头，如图1所示，包括包括PDC切削齿1和处于PDC切削齿1下面为胎体2。

PDC钻头的制作工艺过程包括：模具准备-配料，根据配方来配胎体料-装料，将配好的胎体料装添到模具中，再在顶部装添粘接金属-烧结-开模-车加工-钎焊复合片-磨外径-焊接头-打磨喷漆。其中装料时，底部为各种配方的材料，顶部为粘接金属，烧结时温度为1175度，粘接金属熔化浸渍到粉末材料中，1175度保温2个小时后，出炉冷却，烧结成形。

胎体料的配方，按重量百分比计为：颗粒度为60-100目的铸造碳化钨36％；颗粒度为100-140目的铸造碳化钨25％；颗粒度为140-230目的铸造碳化钨9％；颗粒度为230-400目的铸造碳化钨18％；和雾化镍粉12％。

各用料的规格为：

镍粉

一.化学成份：

Ni(镍) 不小于99.8％

Co(钴) 不大于0.1％

其它不大于0.03％

二.物理状态：

粒度：+100目不大于5％

100+325目不小于85％

325目不大于10％

2.松装密度：3.6-4.6g/cm3。

3.不允许有结块和潮湿迹象。

4.在12倍显微镜下不允许有杂质颗粒或污染的镍粉。

粘接金属材料

一.化学成份：Wt％

Sn(锡)6％ ±0.4％

Mn(锰) 5.6％±0.5％

Ni(镍) 10.5％±0.6％

Cu(铜) 余量

二.物理状态：

不得大于30×30×15(mm)的立方体积。

熔点：960℃-1040℃

铸造碳化钨粉

一.规格

1、颗粒度为60-100目的铸造碳化钨；

2、颗粒度为100-140目的铸造碳化钨；

3、颗粒度为140-230目的铸造碳化钨；

4、颗粒度为230-400目的铸造碳化钨。

二.成份

W(钨) 95～96％

C(总碳) 3.9±0.1％

游离碳 ≤0.08％

三.物理状态

1.浸渍性能：铸造碳化钨/粘接金属/1180℃/30分钟，螺旋盘浸渍长度大于550mm。

2.不许有结块和潮湿迹象。

上述胎体材料，根据测试标准SY/T5217-2000选定尺寸为Φ10*75mm制作试样，进行三点弯曲试验，即下面两端支撑点和上方中央一施力点，做了四个试样，在WE-10B液压万能材料试验机上测试，结果有：平均载荷，6557.10N，抗弯强度，835.30Mpa，硬度，25.4HRC。可见，其抗弯强度指标高出标准要求的530Mpa许多。

上述胎体材料，制样为10*10*50mm，在JB-5型冲击试验机上测试，做了五个试样，结果有：冲击韧性，4.43J/cm²。可见，其抗冲击韧性指标高出标准要求的2J/cm²许多

本发明的基本思路在于：通过多种颗粒度规格的铸造碳化钨，可有效调节胎体合金中钨的整体含量和结晶结构。本发明的实施，并不限于上述公开之实施例。任何基于上述基本思路，而做出的针对上述实施例的无须创造性劳动的替换、改进，都属于本发明的实施。

Claims

1.一种聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，包括的步骤有：模具准备，根据配方来配胎体料，将配好的胎体料装添到模具中，并在顶部装添粘接金属，烧结和开模，其特征在于，所述胎体料依据的配方，按重量百分比计为：

颗粒度为60-100目的铸造碳化钨 36％；

颗粒度为100-140目的铸造碳化钨 25％；

颗粒度为140-230目的铸造碳化钨 9％；

颗粒度为230-400目的铸造碳化钨 18％；和

雾化镍粉 12％。

2.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，其特征在于，按重量百分比计为：

所述雾化镍粉的化学成份为镍含量不小于99.8％，钴含量不大于0.1％，其它不大于0.03％；

所述雾化镍粉的物理状态为颗粒度为100目以上的不大于5％，颗粒度为-325目至100目的不小于85％，颗粒度为-325目以下的不大于10％。

3.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，其特征在于，按重量百分比计为：

所述粘接金属的用量为胎体料用量的60％。

4.如权利要求3所述的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，其特征在于，按重量百分比计为：

所述粘接金属的化学成份为锡6％±0.4％，锰5.6％±0.5％，镍10.5％±0.6％和余量的铜；

所述粘接金属的物理状态为不得大于30mm×30mm×15mm的立方体。

5.如权利要求1至5任一所述的聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法，其特征在于：

所述烧结过程，烧结温度为1175℃，保温2小时。