CN104259465B - 一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头及其制造方法：(1)将一定浓度、不同粒度的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂包括钨40％～75％、镍2％～5％、铁2％～5％、锡8％～30％、铜7％～20％、锰0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％(质量分数)。(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度900～950℃，压力150～200KN，保温时间25～35分钟。(3)进行热等静压烧结，烧结温度850～900℃，压力90～120MPa，保温时间5～10分钟。(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上，也可直接将钻头热压烧结在钻杆上。本发明可以增加钻头耐磨性，提高加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头及其制造方法。
背景技术
金刚石钻头广泛应用于石材开采、建筑施工、地质勘探等领域，常用金刚石钻头胎体包括铁基和钴基，铁基胎体具有较高的力学性能，对金刚石也有较好的润湿性，并且成本低廉，但其自锐性欠佳；而钴基胎体具有很好的成形性和可烧结性，对金刚石的润湿性好，粘结力大，韧性好，自锐性也好，它是金刚石工具领域应用最广的一种胎体。但是钴基胎体上的金刚石靠机械方式把持，导致金刚石颗粒不能完全出露进行有效切削，而且还会因拉拔力的作用使其严重损耗，使得金刚石磨粒脱落现象严重。在金属结合剂金刚石工具中，有时会添加少量钨粉，这是因为金属钨除了能与其他金属产生固熔强化外，还是强碳化物形成元素，可以和金刚石产生化学冶金结合，这样有利于提高胎体对金刚石的包镶力。但是钨的熔点高达3940℃，以钨作为基体进行烧结所需要的温度超过金刚石所承受的能力，导致金刚石磨粒的石墨化。本发明要解决的主要技术问题在于提出一种钨基金刚石钻头及其制造方法，通过活化元素的添加降低钨基金刚石钻头的烧结温度，同时添加稀土成分控制晶粒的长大，从而实现高性能钨基金刚石钻头的制造。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头及其制造方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头的制造方法，其特征在于：
(1)将一定浓度、不同粒度的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂按质量分数包括钨40％～75％、镍2％～5％、铁2％～5％、锡8％～30％、铜7％～20％、锰0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度900～950℃，压力150～200KN，保温时间25～35分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850～900℃，压力90～120MPa，保温时间5～10分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上，或直接将钻头热压烧结在钻杆上。
其中，上述步骤(1)中，金刚石浓度优选为50％～100％，粒度为35/40～170/200。
其中，上述步骤(1)中，稀土元素优选为镧或镧的化合物，稀土元素的添加有利于晶粒的细化及晶粒长大的抑制。
其中，所述镧的化合物优选包括氧化镧、硫酸镧、硝酸镧或氯化镧中的至少一种。
一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头，其特征在于：包括金刚石粉末以及金属结合剂，其中该金属结合剂按质量分数包括钨40％～75％、镍2％～5％、铁2％～5％、锡8％～30％、铜7％～20％、锰0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％。本发明的有益效果是：
本发明提出一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头及其制造方法，利用钨与金刚石的化学冶金结合提高金刚石颗粒在钻头上的把持力，通过活化元素的添加降低钨基金刚石钻头的烧结温度(降低至800-950度)，从而实现高性能(致密度超过92％，硬度超过HRC63.5)钨基金刚石钻头的制造。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1：
(1)将浓度75％、40/50的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂包括钨75％、镍5％、铁4％、锡8％、铜7％、锰0.5％、氧化镧0.5％(质量分数)；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，压力150KN，保温时间30分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850℃，压力90MPa，保温时间7分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上。
实施案例1得到的金刚石磨头致密度为92％，硬度HRC63.5。
实施例2：
(1)将浓度75％、40/50的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂包括钨70％、镍5％、铁4％、锡11％、铜9％、锰0.5％、氧化镧0.5％(质量分数)；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，压力150KN，保温时间30分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850℃，压力90MPa，保温时间7分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上。
实施案例2得到的金刚石磨头致密度为93％，硬度HRC63.8。
实施例3：
(1)将浓度75％、40/50的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂包括钨60％、镍5％、铁4％、锡17％、铜13％、锰0.5％、氧化镧0.5％(质量分数)；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，压力150KN，保温时间30分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850℃，压力90MPa，保温时间7分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上。
实施案例3得到的金刚石磨头致密度为94％，硬度HRC64.1。
实施例4：
(1)将浓度75％、40/50的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂包括钨55％、镍5％、铁4％、锡20％、铜15％、锰0.5％、氧化镧0.5％(质量分数)；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，压力150KN，保温时间30分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850℃，压力90MPa，保温时间7分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上。
实施案例4得到的金刚石磨头致密度为95％，硬度HRC64.7。
实施例5：
(1)将浓度75％、40/50的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂包括钨40％、镍5％、铁4％、锡30％、铜20％、锰0.5％、氧化镧0.5％(质量分数)；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度950℃，压力150KN，保温时间30分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850℃，压力90MPa，保温时间7分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上。
实施案例5得到的金刚石磨头致密度为95％，硬度HRC64.0。
以上实施例中，以金刚石钻头致密度和硬度最高为准则，实施例4作为优选方案。需要说明的是，实施例4仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (5)
1.一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头的制造方法，其特征在于：
(1)将一定浓度、不同粒度的人造单晶金刚石粉末与金属结合剂混合制作钻头，该金属结合剂按质量分数包括钨40％～75％、镍2％～5％、铁2％～5％、锡8％～30％、铜7％～20％、锰0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％；
(2)钻头冷压成型后，进行真空热压烧结，烧结温度900～950℃，压力150～200KN，保温时间25～35分钟；
(3)随后进行热等静压烧结，烧结温度850～900℃，压力90～120MPa，保温时间5～10分钟；
(4)将烧结后的钻头焊在钻杆基体上，或直接将钻头热压烧结在钻杆上。
2.如权利要求1所述一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头的制造方法，其特征在于：上述步骤(1)中，金刚石浓度为50％～100％，粒度为35/40～170/200。
3.如权利要求1所述一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头的制造方法，其特征在于：上述步骤(1)中，稀土元素为以镧的化合物形式存在的镧。
4.如权利要求3所述一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头的制造方法，其特征在于：所述镧的化合物包括氧化镧、硫酸镧、硝酸镧或氯化镧中的至少一种。
5.一种稀土改性钨基结合剂金刚石钻头，其特征在于：包括金刚石粉末以及金属结合剂，其中该金属结合剂按质量分数包括钨40％～75％、镍2％～5％、铁2％～5％、锡8％～30％、铜7％～20％、锰0.5％～1％、稀土元素0.1％～1％。
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