CN104929526A - 金刚石钻头材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

金刚石钻头材料，包括胎体（10）和弥散于其中的金刚石包镶颗粒，金刚石包镶颗粒包括金刚石颗粒（20）、包镶在金刚石颗粒表面的第一包镶层（21）、包镶在第一包镶层外的第二包镶层（22），第一包镶层的包镶材料为钴粉，第二包镶层的包镶材料为钴粉、铜粉、及锡粉或锌粉的混合物。这种金刚石钻头材料可以有效增强胎体对金刚石颗粒的包镶强度，使金刚石颗粒在工作过程中不易脱落。本发明还提供了这种金刚石钻头材料的制备方法。

Description

金刚石钻头材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石钻头材料，特别是一种用于钻进一般地层的金刚石钻头材料，本发明还涉及一种上述金刚石钻头材料的制备方法。 

背景技术

在钻探施工中，金刚石钻头是最重要的直接破碎地层岩石的工具，金刚石钻头的性能极大地影响着钻进速度和经济效益。当钻进一般地层时，胎体材料的主要作用就是怎样牢固地把持金刚石颗粒，使金刚石颗粒在工作过程中不易脱落，金刚石颗粒的包镶越牢固越好，现有的包镶方式和包镶结构还不能完全满足上述需要。 

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石钻头，其在钻进一般地层时，金刚石颗粒不易脱落，可大大提高金刚石钻头的寿命。 

本发明提供了一种金刚石钻头材料，它包括胎体和弥散于胎体中的金刚石包镶颗粒，金刚石包镶颗粒包括金刚石颗粒、包镶在金刚石颗粒表面的第一包镶层、和包镶在第一包镶层外的第二包镶层，第一包镶层的包镶材料为钴粉，第二包镶层的包镶材料包括钴粉、铜粉、及锡粉的混合物，或钴粉、铜粉、及锌粉的混合物。 

本发明还提供了一种金刚石钻头材料的制备方法，包括如下步骤：使金刚石颗粒在钴粉中滚动，钴粉藉由粘结剂粘覆于金刚石颗粒表面，形成包镶有第一包镶层的初次包镶颗粒；将钴粉、铜粉、及锡粉，或钴粉、铜粉、及锌粉混合，得到第二包镶材料；将初次包镶颗粒在第二包镶材料中滚动，第二包镶材料藉由粘结剂粘覆于初次包镶颗粒的表面，得到包镶有第二包镶层的最终包镶颗粒；将最终包镶颗粒与形成胎体的材料混合，后经装模、烧结处理，最终包镶颗粒形成金刚石包镶颗粒，胎体和弥散于其中的金刚石包镶颗粒形成金刚石钻头材料。 

先将钴粉包镶至金刚石颗粒表面，再用钴粉、铜粉、与锡粉或锌粉的混合包镶材料包镶，可以有效增强胎体对金刚石颗粒的包镶强度，使金刚石颗粒在钻进工作过程中不易脱落。 

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对金刚石钻头的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。 

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。 

图1用于说明金刚石钻头材料的一种示意性实施方式的局部剖视结构。 

图2是用于说明金刚石钻头材料制备方法中最后包镶颗粒的制备设备。 

图3用于说明一种金刚石包镶强度的测试设备。 

图4 用于说明本发明金刚石包镶强度的显微图。 

标号说明 

10  胎体

12  唇面

20  金刚石颗粒

21  第一包镶层

22  第二包镶层

52  调速电机

54  转筒

56  机架

61  砂筒

62  空气压缩机

63  砂量控制开关

64  安装架

65  喷嘴

70  钻头。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现结合以下实施例说明本发明的具体实施方式。 

图1用于说明金刚石钻头材料的一种示意性实施方式的局部剖视结构。如图1所示，金刚石钻头材料包括胎体10和弥散于胎体10中的金刚石包镶颗粒。金刚石包镶颗粒包括金刚石颗粒20，包镶在金刚石颗粒20表面的第一包镶层21，包镶在第一包镶层21外的第二包镶层22。第一包镶层21的包镶材料为钴粉。第二包镶层22的包镶材料为钴粉、铜粉、及锡粉的混合物，或钴粉、铜粉、及锌粉的混合物。在金刚石钻头的钻进过程中，其与岩石层接触的唇面12会不断磨损，由于采用了与金刚石结合力强的钴粉包镶金刚石，钻进过程中，金刚石不易过早脱落。 

本发明还包括上述金刚石钻头材料的制备方法。图2是最终包镶颗粒的制造设备，其包括调速电机52、转筒54和机架56。参见图1和图2，该设备按如下步骤制造上述金刚石的最终包镶颗粒：将金刚石颗粒20放置在转筒54中，调整电机52带动其中转筒中滚动，并逐渐向转筒54中加入钴粉和粘结剂（如乙二醇），随着转筒54的转动和粘结剂的作用，金刚石颗粒20的表面逐渐包裹上钴粉，形成包镶有第一包镶层21的初次包镶颗粒；然后再在转筒54中逐渐加入钴粉、铜粉、及锡粉的混合物，或钴粉、铜粉、及锌粉的混合物，并加入粘结剂，随着转筒54的转动和粘结剂的作用，初次包镶颗粒的表面上粘覆钴粉、铜粉、及锡粉的混合物，或钴粉、铜粉、及锌粉的混合物，得到包镶有第二包镶层22的最终包镶颗粒。然后将最终包镶颗粒与形成胎体10的材料（如合金材料）混合，再经装模、烧结处理等，最终包镶颗粒形成金刚石包镶颗粒，胎体10和弥散于其中的金刚石包镶颗粒形成可用于制作金刚石钻头的金刚石钻头材料。 

图3提供了一种可检验金刚石包镶强度的测试设备，其包括砂筒61、空气压缩机62、砂量控制开关63、喷嘴65、安装架64等组成，用于检测钻头70上的金刚石包镶颗粒的强度。具体来说，空气压缩机62产生的高压空气，通过高压管输送到砂筒61，砂筒61下端的砂量控制开关63控制出砂量，喷砂经喷嘴65喷出。金刚石钻头70安装在安装架64上，安装架可沿一个导轨移动，从而调节喷砂距离。通过调节气体压力、气体流量、砂量、喷砂距离，可以准确检测金刚石包镶强度。 

图4提供了采用上述测试设备检测的金石钻头表面的显微照片。图中未见有金刚石包镶颗粒脱落。由此可见，先将钴粉包镶至金刚石颗粒表面，再用钴粉、铜粉、及锡粉或锌粉的混合材料包镶，可以有效增强胎体对金刚石颗粒的包镶强度，使金刚石颗粒在工作过程中不易脱落。 

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。 

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.金刚石钻头材料，包括胎体（10），和弥散于所述胎体（10）中的金刚石包镶颗粒；其特征在于，所述金刚石包镶颗粒包括：

金刚石颗粒（20）；

包镶在所述金刚石颗粒（20）表面的第一包镶层（21），所述第一包镶层（21）的包镶材料为钴粉；和

包镶在所述第一包镶层（21）外的第二包镶层（22），所述第二包镶层（22）的包镶材料包括钴粉、铜粉、及锡粉的混合物，或钴粉、铜粉、及锌粉的混合物。

2.如权利要求1所述的金刚石钻头材料的制备方法，其特征在于包括：

使所述金刚石颗粒（20）在钴粉中滚动，钴粉藉由粘结剂粘覆于所述金刚石颗粒表面，形成包镶有所述第一包镶层（21）的初次包镶颗粒；

将钴粉、铜粉、及锡粉，或钴粉、铜粉、及锌粉混合，得到第二包镶材料；

将所述初次包镶颗粒在所述第二包镶材料中滚动，第二包镶材料藉由粘结剂粘覆于所述初次包镶颗粒的表面，得到包镶有所述第二包镶层（22）的最终包镶颗粒；

将所述最终包镶颗粒与形成所述胎体（10）的材料混合，后经装模、烧结处理，所述最终包镶颗粒形成所述金刚石包镶颗粒，所述胎体（10）和弥散于其中的所述金刚石包镶颗粒形成所述的金刚石钻头材料。