CN102503426A - 孕镶金刚石钻头水口材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种孕镶金刚石钻头水口材料及其制备方法，按一定比例将WC、TiC、Al2O3、活性碳、叶腊石粉在混料桶中混合，加入汽油-橡胶混合溶液，再加入石蜡混合均匀；倒入预压模具成型，将成型的水口材料摆在石墨模具内，再装入钻头工作层和非工作层，加热加压到一定的温度和压力冷却出炉，放入保温沙中保温，模时剔除水口填料，钻头上就形成了水口。该水口材料能在烧结温度下软化并与胎体材料成比例变形，使胎体密度均匀、却不与胎体粘结，使金刚石钻头胎体强度、硬度均匀，整体性能提高；省去了烧结后的机加工过程，水口材料经回收可再次利用。免除了常规石墨水口成型的机加工过程。每个尺寸水口块只需要一套冷压钢模具，极大的节约了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻探工具材料及制备方法，尤其是热压孕镶金刚石钻头水口材料及制备方法。
背景技术
金刚石钻头在钻进过程中工况很复杂，因此金刚石钻头的结构、金刚石参数及胎体材料的硬度和耐磨性等的设计至关重要。水路结构是钻头主要结构，其中水口、水槽在及时排除岩粉和冷却钻头起着重要作用。常规热压孕镶金刚石钻头水口成型方法，是水口料(或水口)与胎体料一起热压，热压烧结后通过铣床将其内水槽铣出来，外水槽可采用刚玉砂轮加工而成，水口料若是石墨可用钢锯锯开后剔除，若是金属合金则要铣出或是用砂轮磨掉。目前，主要水口材料为石墨、还有以铜粉作为粘结剂的金属粉末材料。水口材料主要不足在于：由于石墨块(或水口填料)与胎体材料的物理性质不一致，导致钻头热压条件下，石墨水口不发生明显塑性形变，阻滞了胎体粉末的正常流动，造成水口上下部密度不均匀，导致孕镶金刚石钻头胎体强度、硬度不均匀，进而影响钻头整体性能；水口块、水槽块需采用高强石墨毛坯料机械加工到设计尺寸，由于水口、水槽尺寸较小(例如：Φ59.5mm钻头水口块宽一般为5-7mm，水槽块厚仅为2mm)，所以加工精度要求较高，加工稍有误差就会在装配过程中产生孔隙，容易使含有含金刚石的胎体料进入水口、水槽部位致使后续机械加工难度增大；常规金刚石钻头水口烧结前、烧结后各需要进行一次机加工，费时费工，且因受机加工工艺限制，往往只能加工成单一的直通水口，致使钻头冷却效果和排粉能力较差；并且常规孕镶金刚石钻头水口材料为易耗品，只能使用一次，机加工后就报废了。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种无须机械加工的孕镶金刚石钻头水口材料；
本发明的另一目的是提供一种孕镶金刚石钻头水口材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
孕镶金刚石钻头水口材料，各组分按体积百分比为：
孕镶金刚石钻头水口材料的制备方法，包括以下顺序和步骤：
a、按体积比，先将24-30％的TiC与63-73％的WC混合12-18小时；
b、再加入1.1-1.4％活性碳、0.9-2.4％叶腊石粉、1-3.2％Al2O3，在混料桶中混合3-6小时；
c、再加入汽油-橡胶混合溶液，混合物料与汽油-橡胶混合溶液的固液比为10∶1，即混合物料每1千克加入100ml汽油-橡胶混合溶液；
d、再将18-22g石蜡加热至80℃加入其中，混合均匀；
e、倒入预压模具成型，成型压力为0.7-1.2MPa，干燥温度为130-170℃，时间为2-3小时；
f、将预压后的水口材料按钻头设计摆在石墨模具内，再装入钻头工作层和非工作层，先在中频感应炉中缓慢加热预烧至400-700℃，当没有白气或烟溢出时，快速加热到900-980℃，加压0.7-1.2MPa，保温10-25分钟；
g、冷却到850℃出炉，放入保温沙中保温24小时，脱模时剔除水口填料，钻头上就形成了水口。
步骤c中的汽油-橡胶混合溶液，10-15％浓度的橡胶溶液与汽油的容量比为1/2.5。
本发明的水口材料可以用于制造是直水口、斜水口、扇形水口、螺旋水口及各类复杂异形水口以及奇数水口钻头。
有益效果：该水口材料能在烧结温度下软化并与胎体材料成比例变形，使胎体密度均匀、却不与胎体粘结，使金刚石钻头胎体强度、硬度均匀，整体性能提高；并且水口材料与胎体合金熔点差足够大，920-980℃热压下不形成共晶体、金属间化合物或固溶体、不与胎体金属反应；热压烧结后脱模时很容易从水口部位脱落，省去了烧结后的机加工过程，水口材料经回收可再次利用。本发明采用冷压一次成型，免除了常规石墨水口成型的机加工过程。每个尺寸水口块只需要一套冷压钢模并且钢模可以重复使用数万次，该制造方法适合规模生产。
附图说明
附图1为孕镶金刚石钻头结构立体图
附图2为孕镶金刚石钻头结构剖视图
附图3为附图的2仰视图
1水口，2水槽，3孕镶胎块，4钢体
具体实施方式
孕镶金刚石钻水口材料是由TiC、WC、C、叶腊石粉、Al2O3及成型剂按照一定比例构成，其特征在于WC占体积的63-73％，TiC占体积的24-30％，活性碳(C)占体积的1.1-1.4％，叶腊石粉占体积的0.9-2.4％，Al2O3占体积的1-3.2％，成型剂为工业石蜡、汽油-橡胶溶液。
先将占体积24-30％的TiC与占体积63-73％的WC按照比例混合12-18小时，再加入占体积的1.1-1.4％普通活性碳、占体积的0.9-2.4％的叶腊石粉、占体积的1-3.2％的Al2O3，在混料桶中混合3-6小时。
具体混合体积比例可以按照，TiC∶W C∶C∶叶腊石粉∶Al2O3＝24∶73∶1.1∶0.9∶1；TiC∶W C∶C∶叶腊石粉∶Al2O3＝30∶63∶1.4∶2.4∶3.2；混合后按照1千克混合物料加入100ml汽油-橡胶混合溶液，10-15％浓度的橡胶溶液与汽油的容量比为1/2.5。再将加热至80℃的石蜡18-22克加入，使整体混合均匀，再根据压制密度计算水口填料的单重，按单重称料，倒入预压模具成型，根据密度要求选择压力，使用20-40吨位油压机压制成型，再将压制好的水口块放入电烘箱2-3小时，温度为130-170℃进行干燥处理，再将预压的水口块，摆在石墨模具内，装入钻头工作层和非工作层，热压设备为中频感应加热烧结炉，热压烧结分为预烧和成型烧结：为了使水口料中低熔点挥发物和成型剂排除，预烧在400-700℃时要缓慢加热，待成型剂充分挥发后快速加热到920-980℃，加压保温10-25分钟，然后冷却到850℃出炉，放入保温沙中保温24小时，脱模时剔除水口填料，钻头上就形成了“水口”。水口材料粉末经回收，可重复利用。
实施例1
按质量取105.06gTiC与884g的WC混合14小时，再加入0.48g活性碳、4.6g叶腊石粉、5.86g三氧化二铝在混料桶中混合5小时。混合后再加100ml汽油-橡胶混合溶液，混合物料与汽油-橡胶混合溶液的固液比为10∶1，即混合物料每1千克加入100ml汽油-橡胶混合溶液，即12％浓度的橡胶溶液30ml与70ml汽油混合，再将加热至80℃的石蜡19克加入，使整体混合均匀，再根据压制密度计算水口填料的单重，按单重称料，倒入预压模具成型，根据密度要求选择压力，使用40吨位油压机0.7MPa压制成型，再将压制好的水口块放入电烘箱2.5小时，温度为150℃进行干燥处理，再将预压的水口块，摆在石墨模具内，装入钻头工作层和非工作层，热压设备为中频感应加热烧结炉，热压烧结分为预烧和成型烧结：为了使水口料中低熔点挥发物和成型剂排除，预烧在600℃时要缓慢加热，加热时间为8分钟，待成型剂充分挥发后快速加热到980℃，加压1.0MPa，保温15分钟，然后冷却到850℃出炉，放入保温沙中保温24小时，脱模时剔除水口填料，钻头上就形成了“水口”。
实施例2
按质量取104g的TiC与887.4g的WC混合14小时，再加入0.5g活性碳、2.3g叶腊石粉、5.80g三氧化二铝在混料桶中混合5小时，混合好后再加入汽油-橡胶混合溶液100ml，即15％浓度的橡胶溶液27ml与73ml汽油混合，再将加热至80℃的石蜡20克加入，使整体混合均匀，再根据压制密度计算水口填料的单重，按单重称料，倒入预压模具成型，根据密度选择压力，使用40吨位油压机1.0MPa压制成型，再将压制好的水口块放入电烘箱150℃干燥2.5小时，将烘干后的预压水口块，摆在石墨模具内，装入钻头工作层和非工作层，热压设备为中频感应加热烧结炉，热压烧结分为预烧和成型烧结：为了使水口料中低熔点挥发物和成型剂排除，先预烧到700℃，预烧时要缓慢加热6分钟，当没有白气或烟外冒时，快速加热到960℃，加压成型压力为1.2MPa，保温25分钟，然后冷却到850℃出炉，放入保温沙中保温24小时，脱模时剔除水口填料，钻头上就形成了水口。
Claims (3)
1.一种孕镶金刚石钻头水口材料，其特征在于，各组分按体积百分比为：
2.一种孕镶金刚石钻头水口材料的制备方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：
a、按体积比，先将24-30％的TiC与63-73％的WC混合12-18小时；
b、再加入1.1-1.4％活性碳、0.9-2.4％叶腊石粉、1-3.2％Al2O3，在混料桶中混合3-6小时；
c、再加入汽油-橡胶混合溶液，混合物料与汽油-橡胶混合溶液的固液比为10∶1，即混合物料每1千克加入100ml汽油-橡胶混合溶液；
d、再将18-22g石蜡加热至80℃加入其中，混合均匀；
e、倒入预压模具成型，成型压力为0.7-1.2MPa，干燥温度为130-170℃，时间为2-3小时；
f、将预压后的水口材料按钻头设计摆在石墨模具内，再装入钻头工作层和非工作层，先在中频感应炉中缓慢加热预烧至400-700℃，当没有白气或烟溢出时，快速加热到900-980℃，加压0.7-1.2MPa，保温10-25分钟；
g、冷却到850℃出炉，放入保温沙中保温24小时，脱模时剔除水口填料，钻头上就形成了水口。
3.按照权利要求2所述的孕镶金刚石钻头水口材料的制备方法，其特征在于，步骤c中的汽油-橡胶混合溶液，10-15％浓度的橡胶溶液与汽油的容量比为1∶2.5。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102531603A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-07-04 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 基体粉末系统和复合材料以及由其制成的物品 |
| CN102828696A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-19 | 吉林大学 | 坚硬打滑地层钻进用铁基孕镶金刚石钻头 |
| CN103774996A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-07 | 中国地质大学（武汉） | 不产生空穴现象的金刚石钻头 |
| CN105773852A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-07-20 | 江苏科技大学 | 一种孕镶金刚石钻头及其制备方法 |
| WO2018006562A1 (zh) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | 四川川庆石油钻采科技有限公司 | 一种孕镶金刚石钻头的3d打印模具制作方法 |
| CN107812950A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-03-20 | 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 | 采用无压烧结法制备金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的方法 |
| CN108691509A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-10-23 | 武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司 | 用于工程勘察的金刚石钻头及其制备方法 |
| CN108825138A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-16 | 河北航华金刚石制品有限公司 | 一种利用压制片代替扩孔器石墨水口片的方法 |
| CN109928770A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-06-25 | 江苏泰瑞耐火有限公司 | 一种用于水口石墨烯耐火材料制备方法 |
| CN113073942A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-06 | 中南大学 | 一种用于钻探的钻头 |
| CN114458161A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-05-10 | 金石钻探(唐山)股份有限公司 | 一种非硬岩取芯钻头及其加工工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1205262A (zh) * | 1998-07-24 | 1999-01-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种复合超硬工具、制备方法及应用 |
-
2011
- 2011-10-28 CN CN2011103328071A patent/CN102503426A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1205262A (zh) * | 1998-07-24 | 1999-01-20 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种复合超硬工具、制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王传留等: "金刚石钻头可再生水口的试验", 《吉林大学学报（地球科学版）》 * |
| 费久生: "热压金刚石钻头的水口一次成型研究", 《矿产地质研究院学报（现改名为《矿产与地质》）》 * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9056799B2 (en) | 2010-11-24 | 2015-06-16 | Kennametal Inc. | Matrix powder system and composite materials and articles made therefrom |
| CN102531603A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-07-04 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 基体粉末系统和复合材料以及由其制成的物品 |
| CN102828696A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-19 | 吉林大学 | 坚硬打滑地层钻进用铁基孕镶金刚石钻头 |
| CN102828696B (zh) * | 2012-09-11 | 2014-07-23 | 吉林大学 | 坚硬打滑地层钻进用铁基孕镶金刚石钻头 |
| CN103774996A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-07 | 中国地质大学（武汉） | 不产生空穴现象的金刚石钻头 |
| CN105773852A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-07-20 | 江苏科技大学 | 一种孕镶金刚石钻头及其制备方法 |
| WO2018006562A1 (zh) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | 四川川庆石油钻采科技有限公司 | 一种孕镶金刚石钻头的3d打印模具制作方法 |
| CN107812950B (zh) * | 2017-10-30 | 2019-11-05 | 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 | 采用无压烧结法制备金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的方法 |
| CN107812950A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-03-20 | 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 | 采用无压烧结法制备金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的方法 |
| CN108691509A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-10-23 | 武汉万邦激光金刚石工具股份有限公司 | 用于工程勘察的金刚石钻头及其制备方法 |
| CN108825138A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-16 | 河北航华金刚石制品有限公司 | 一种利用压制片代替扩孔器石墨水口片的方法 |
| CN109928770A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-06-25 | 江苏泰瑞耐火有限公司 | 一种用于水口石墨烯耐火材料制备方法 |
| CN109928770B (zh) * | 2019-02-20 | 2021-05-25 | 江苏泰瑞耐火有限公司 | 一种用于水口的石墨烯耐火材料制备方法 |
| CN113073942A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-06 | 中南大学 | 一种用于钻探的钻头 |
| CN114458161A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-05-10 | 金石钻探(唐山)股份有限公司 | 一种非硬岩取芯钻头及其加工工艺 |
| CN114458161B (zh) * | 2022-04-14 | 2022-06-24 | 金石钻探(唐山)股份有限公司 | 一种非硬岩取芯钻头及其加工工艺 |
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