CN102744401B - 一种地质矿产勘查装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地质矿产勘查装置，其包含钻头，钻头由刀头和基体组合而成。本发明还公开了一种地质矿产勘查装置的制备方法。本发明还公开了一种地质勘查钻头胎体及其制备方法。本发明钻头胎体的抗弯强度、洛氏硬度以及磨耗比等均优于常规的PDC钻头胎体，可作为PDC钻头胎体的替代品，应用于地质勘查领域中。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种地质矿产勘查装置及其制备方法，具体涉及一种地质矿产勘查钻头及其制备方法。
背景技术
目前，在地质矿产勘探中，大多数矿场都使用PDC钻头，并且随着复合片技术和钻井工艺的发展，这种趋势仍将继续。PDC钻头主要分为钢体PDC钻头和胎体PDC钻头。两种钻头存在各自的优缺点，胎体PDC钻头耐磨性好，其应用地层也主要在深部的坚硬岩层，但是胎体PDC钻头体材料硬度不高以及抗弯强度差，导致钻头设计时只能采用较厚的刮刀，以增强钻头刮刀的抗冲击能力，避免断刮刀等恶性钻井事故的发生。钢体PDC钻头采用高强度合金钢加工而成，强度高，虽然采用了表面堆焊等工艺来强化，但是和胎体钻头相比，仍然显得耐磨能力不足。因此，如果可以制备一种钻头在具有较好的耐磨性能、抗弯强度，而且具有较高的硬度，而且无需使用刮刀，并将具备广泛的市场潜力。
胎体PDC钻头的胎体粉是由普通的粒颗粒的铸造碳化钨和镍粉混合而成的，其存在抗弯强度低、硬度较差、加工效率低以及成品较高等缺点，在硬质矿产打孔过程中，一个金刚石钻头一般只能钻50-80个孔，并不能很好满足矿产勘查领域的实际需要。如何对胎体PDC钻头进行改进，提高钻头胎体的抗弯强度、洛氏硬度以及磨耗比是现有技术亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中PDC钻头存在的缺陷，本发明在现有技术的基础上，通过尝试不同的原料添加以及配比，制备出了一种性能较佳的地质矿产勘查钻头。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种地质矿产勘查装置，其包含钻头，所述钻头由刀头和基体组合而成，所述刀头由如下重量配比的原料制备而成；
单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；
铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe，均为质量百分数；
碳化硅粉15％，300目；
氧化铝粉12％，200目；
碳化钛粉10％，粒度为400目；
氮化硅粉6％，325目；
锰粉3％，500目；
钴粉1％，200目；
制备方法如下：
按照重量比例称取上述原料，首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体，最后将胎体加工成刀头，焊接到基体上即得所述钻头。
本发明还提供了一种地质勘查钻头胎体，由如下重量配比的原料制备而成；
单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；
铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe；
碳化硅粉15％，300目；
氧化铝粉12％，200目；
碳化钛粉10％，粒度为400目；
氮化硅粉6％，325目；
锰粉3％，500目；
钻粉1％，200目；
胎体的制备方法如下：
按照重量比例称取上述原料，首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体。
本发明的有益效果在于：本发明钻头胎体的抗弯强度、洛氏硬度以及磨耗比等均优于常规的PDC钻头胎体，可作为PDC钻头胎体的替代品，应用于地质勘查领域中。本发明选择合适比例的锰粉提高韧性和耐磨性，并且采用合适的粒度，用于填补原材料之间的空隙。本发明选用甲基丙烯酸甲酯和钴粉为粘合剂材料，可大大提高耐磨性；并且选用添加适量碳化硅和氮化硅用来替代镍和锰的含量，降低了重金属的利用。
下面将结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
实施例1
一种地质矿产勘查装置，其包含钻头，所述钻头由刀头和基体组合而成，所述刀头由如下重量配比的原料制备而成；
单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；
铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe；
碳化硅粉15％，300目；
氧化铝粉12％，200目；
碳化钛粉10％，粒度为400目；
氮化硅粉6％，325目；
锰粉3％，500目；
钴粉1％，200目；
制备方法如下：
按照重量比例称取上述原料，首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体，最后将胎体加工成刀头，焊接到基体上即得所述钻头。
实施例2
一种地质勘查钻头胎体，由如下重量配比的原料制备而成；
单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；
铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe；
碳化硅粉15％，300目；
氧化铝粉12％，200目；
碳化钛粉10％，粒度为400目；
氮化硅粉6％，325目；
锰粉3％，500目；
钴粉1％，200目；
胎体的制备方法如下：
按照重量比例称取上述原料，首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体。
实施例3
本发明钻头胎体材料的性能试验：
我们检测了抗弯强度(采用WE-10B液压式万能试验机)、洛氏硬度测试(采用洛氏硬度测试仪)以及磨耗比；其中磨耗比测试试验，采用砂轮摩擦胎体，秒表计时180秒，检测砂轮和胎体的质量，确定磨耗比。胎体均采用5mm×5mm×5mm尺寸；砂轮为碳化硅砂轮。
通过比较发现，本发明钻头胎体的抗弯强度、洛氏硬度以及磨耗比等均优于常规的PDC钻头胎体，可作为PDC钻头胎体的替代品。利用本发明钻头胎体材料加工成刀头，焊接到钢基体上得到地质勘查钻头，设计刀头的外径为50mm，以花岗岩为实例，转速采用600转/min，轴压为2500kg，钻速最高可以达到4.2m/h。
上述实施例仅为本发明优选的实施案例，不能以此来限定本发明所要求保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明多要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种地质勘查钻头，所述钻头由刀头和基体组合而成，所述刀头由如下重量配比的原料制备而成：
单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；
铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe：
碳化硅粉15％，300目；
氧化铝粉12％，200目；
碳化钛粉10％，粒度为400目；
氮化硅粉6％，325目；
锰粉3％，500目；
钻粉1％，200目；
所述钻头的制备方法如下：
按照重量比例称取上述原料备用；首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述高温烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体，最后将胎体加工成刀头，焊接到基体上即得所述钻头。
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Effective date of registration: 20181009 Address after: 226100 No. 40 Zhonghua East Road, three Factory Street, Haimen City, Nantong, Jiangsu Patentee after: Nantong Mega new Mstar Technology Ltd Address before: 276006 Shandong Linyi Shandong geological and mineral exploration and Development Bureau seventh Geological Brigade Patentee before: Wang Weide |
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