CN103821456A

CN103821456A - 填坑式烧结金刚石钻头及其制造方法

Info

Publication number: CN103821456A
Application number: CN201410069855.XA
Authority: CN
Inventors: 郑国荣; 周海涛; 杨京广
Original assignee: ZHENGZHOU SHENLIDA DRILLING AND PRODUCTION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU SHENLIDA DRILLING AND PRODUCTION EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明属于钻进及超硬材料领域，具体为填坑式烧结金刚石钻头及其制造方法。在钻头需工作的面上设置有匀均的凹坑；然后，将复合材料粉末和金刚石颗粒填充到凹坑中，接着将钻头放置到加热炉膛中烧结，待复合材料熔化合，停止加热，取出钻头。本发明钻头的工作面熔进了金刚石颗粒，使本来就可以做钻头材料的硬质合金，在局布增加了硬度，降低了金刚石钻头的生产成本，增加了金刚石钻头的使用寿命，制造工艺灵活、简单，可满足用户的个性化需求。

Description

填坑式烧结金刚石钻头及其制造方法

技术领域

本发明属于钻进及超硬材料领域，具体为填坑式烧结金刚石钻头及其制造方法。

背景技术

金刚石钻头在制造中，常常采有孕镶工艺、表镶工艺、电镀工艺、纤焊工艺。

孕镶工艺：金刚石钻头的工作层由硬质合金类金属粉末和金刚石组成，金刚石是随机地分布在硬质合金类金属粉末胎体中的。

表镶工艺：在钢体上部烧结固定有胎体，胎体表面规则有序镶嵌有金刚石颗粒和圆柱形金刚石聚晶。

电镀工艺：金刚石的胎体是在电镀槽里被一层一层镀覆在钻头体上,电镀覆盖电解金属的同时,撒布金刚石颗粒,金刚石被包裹在电镀金属层里。长时间的反复补砂和镀覆就形成了钻头的工作层。

纤焊工艺：钻头基体表面处理、均匀涂覆焊料、金刚石、放到夹具上、送入真空钎焊炉、抽真空、升温、保温、冷却、出炉。

目前国内外一般都采用粉末冶金法制造金刚石制品，具有工业生产规模的工艺方法有热压法、无压法、冷压法、电镀法、钎焊法、电火花烧结法等。

热压烧结法常常用于制造金刚石钻头过程中，胎体粉末的配料和烧结工艺直接决定金刚石钻头性能的两个关键因素，所以国内外对金刚石钻头的研究多集中于胎体配方上和烧结工艺上。

金刚石钻头成本高，寿命短，是金刚石钻头领域需解决的问题。要想在这些问题上有重大突破，需抛弃原来的研究方向，寻找新的技术路线。

发明内容

本发明创造了一种新的金刚石钻头的生产工艺，它完全不同于以上各种工艺，它利用复合材料将金刚石颗粒熔结在钻头工作面的凹坑中，使金刚石钻头工作面局部含有金刚石，开创了一条延长金刚石钻头寿命和制造金刚石钻头的新技术路线。此新工艺取名为填坑式烧结法。

本发明采用以下技术方案。

填坑式烧结金刚石钻头，其包括：钻头非工作部分（4）和工作面部分（3）构成，钻头非工作部分（4）具有内螺纹（5），钻头非工作部分（4）的头端烧结有工作面部分（3）。

钻头需工作的面（3）上设置有匀均的凹坑（2），凹坑（2）中烧结有含有金刚石颗粒的复合材料（1）。

根本金刚石钻头的工作对象，选择钻头的材料品种、形状和金刚石粒度，在钻头需工作的面上设置有匀均的凹坑；然后，将复合材料粉末和金刚石颗粒填充到凹坑中，接着将钻头放置到加热炉膛中烧结，待复合材料熔化合，停止加热，取出钻头。

钻头所用材料的熔化温度需大于复合材料的熔化温度300°C至2000°C。

整个钻头分为工作面部分和非工作面部分，两部分可以是一种材料组成的一个整体，也可以是两种材料相结合。

所述钻头的工作面部分和非工作面部分为金属合金材料。

所述复合材料，包括：金属粉末、活性剂、增强剂、。

所述金属粉末为铁、钒、锰、锆、钛、锌、铬、铝、镁、镍、锡、铜、银材料中的一种或多种。

所述活性剂为钴、硅、钨、钼、铌、钽中的一种或多种。

所述增强剂为，氮化钛、碳化钛、氮化铝、硼化钛的一种或多种。

所述稀土为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪中的一种或多种。

接重量比，金属粉占50%至60%，金刚石颗粒占37%至47%，活性剂占1%至15%，增强剂占2%至25%，稀土占0.5至1%。

炉膛内的加热温度，根据所选用的金属粉末和基体的材料而定。

本发明的有益效果

1、本发明使钻头工作面熔进了金刚石颗粒，使本来就可以做钻头材料的硬质合金，在局部增加了硬度。

2、本发明的工艺灵活、简单，可充分满足各种工作对象的需要。如：事先制造好各种大小、形状、材质的钻头，事先配制好各种材料、比例的填坑复合材料，事先准备好不同粒度号的金刚石。根据工作对象进行二次填坑生产。又如：事先制造好的钻头，也可以无需二次填坑，直接使用。避免了钻头生产出来后的积压问题和用户个性化需要的问题。

3、同样数量的金刚石，本发明因工作面上的金刚石不是平均分布在钻头面上，而是点式分布，所以厚度大大增加，切削、破碎时，工作面不易损伤，增加了使用寿命。

4、本发明在搬运金刚石钻头时，工作面不易损坏、不存在掉齿现象。

5、用同样的成本所生产的钻头，其它钻头破岩时，仅能钻井几十米，而本发明可钻进几百米，降低了生产成本，减少了更换钻头的次数。

6、本发明采用了增强颗粒、活性剂、稀土，使金属基体和复合材料结合牢固，金刚石颗粒分布均匀，有较强的强度和热稳定性。

7、开创了一条延长金刚石钻头寿命和制造金刚石钻头的新技术路线。

附图说明

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

现结合附图和实例，对本发明作进一步说明。

说明书附图1中的，1代表复合材料粉末和金刚石颗粒的混合料、2代表凹坑、3代表切削破岩的工作面部分、4代表非切削破岩工作部分、5代表内螺纹。

请参阅图1所示，实例之钻头是由钻头非工作部分4和工作面部分3构成，钻头非工作部分4具有内螺纹5，钻头非工作部分4的头端烧结有工作面部分3。

非工作部分4由一般的合金材料铸成，工作面部分优选为坚硬的钨刚，工作面钨钢表面有均匀的凹坑2，

工作面部分3的底面开设有钻头流水口。

工作面部分钨刚3设置有均匀的凹坑2。

将复合材料粉末和金刚石颗粒的混合料1混合均匀后，填充到工作面部分钨刚3上的凹坑2中。

所述复合材料优选镍、锌、铝、钴、氮化钛、镧。

所述金刚石颗粒按重量比，占40%，粒度为50目。

所述金属铁粉末按重量比，镍占25%，锌粉末按重量比占10%，铝粉末按重量比11%，钴按重量比占5%，氮化钛按重量比占8%，稀土按重量比占1 %。

炉膛内的加热温度，为900°C 至1000°C。

待复合材料熔化后与金刚石颗粒共同熔化在凹坑中。

然后取出钻头快速冷却。冷却后，钻头工作面上就熔进了金刚石颗粒。

Claims

1.填坑式烧结金刚石钻头，其特征在于，钻头需工作的面上设置有匀均的凹坑，凹坑中烧结有含有金刚石颗粒的复合材料。

2.填坑式烧结金刚石钻头的制造方法，其特征在于，在钻头需工作的面上设置有匀均的凹坑，将复合材料粉末和金刚石颗粒混合后，填充到凹坑中，然后将钻头放置到加热炉膛中烧结，待复合材料熔化合，停止加热，取出钻头。

3.根据权利要求2所述的填坑式烧结金刚石钻头的制造方法，其特征在于，所述复合材料，包括：金属粉末、活性剂、增强剂、稀土；

所述金属粉末为铁、钒、锰、锆、钛、锌、铬、铝、镁、镍、锡、铜、银材料中的一种或多种；

所述活性剂为钴、硅、钨、钼、铌、钽中的一种或多种；

所述增强剂为，氮化钛、碳化钛、氮化铝、硼化钛的一种或多种；

4.根据权利要求2所述的填坑式烧结金刚石钻头的制造方法，其特征在于，按重量比，金属粉末占50%至60%，金刚石颗粒占37%至47%，活性剂占1%至15%，增强剂占2%至25%，稀土占0.5至1%。

5.根据权利要求2所述的填坑式烧结金刚石钻头的制造方法，其特征在于，钻头所用材料的熔化温度需大于复合材料的熔化温度300°C至2000°C。