CN107575166A - 一种新型地质钻头及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型地质钻头，它是以Al作为金属结合剂的基础部分，由金属结合剂与金刚石结合而构成，其特征在于：该金属结合剂是以Al作为结合剂的基础成份，所述金属结合剂包括如下成份：Al：20—90％；Mg：10—20％。本发明还提供了上述金属结合剂地质钻头的制造工艺。一种新型地质钻头，具有如下特征：1、对于硅质花岗岩、硅质灰岩等强研磨性地层的可钻性明显提高，钻进时效可以达到0.5米/小时，甚至更高；使用寿命可以达到15米/个以上。2、生产成本低。3、烧结温度低，节省能源。4、生产周期短，制造方便。5、石墨模具消耗大大降低。

Description

一种新型地质钻头及制造方法

技术领域

本发明涉及金属结合剂地质钻头及制造方法，尤其涉及适用于硅质花岗岩、硅质灰岩等研磨性和强研磨性岩层钻进的地质钻头。

背景技术

一直以来对于硅质花岗岩、硅质灰岩等研磨性或强研磨性岩层，几乎无法钻进，钻头的使用寿命极短，通常钻进时效为0.2—0.5米/10小时，使用寿命为1米/个左右。为解决以上强研磨性岩层钻进的技术难题，特公开一种新型地质钻头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型地质钻头及制造方法,它对于硅质花岗岩、硅质灰岩等强研磨性岩层可钻性很强，钻进时效可达到0.5—0.8米/小时，使用寿命达到15米/个以上。同时一种新型地质钻头的烧结温度低，成本低，环保节能。

本发明是通过如下技术方案来达到上述目的的，本发明的一种新型地质钻头是以Al作为金属结合剂的基础成份,由金属结合剂与金刚石结合而构成，所述金属结合剂包括如下成份：

Al：20—90％ Mg:10—20％

作为上述Al及Mg的部分替代物,上述金属结合剂中还可添加:

Sn：0—30％ Zn：0—10％ Ag：0—30％

Cu：0—50％ Ti：0—20％ Ni：0—20％

Co：0—20％ Si：0—10％ C：0—3％

Al₂O₃：0—5％

的一种成或几种组合。所述金属是采用纯金属粉末或包含两个以上组合的金属预合金粉末。

作为上述Al及Mg的部分替换物，上述金属结合剂中还可添加增强材料如石墨、氧化铝0—6％。

另外，本发明提供了一种新型地质钻头的制造方法，其用金属结合剂和金刚石混合与地质钻头钢基体通过冶金化学键结合，包括：

A、按所述的金属结合剂化学组成称取所需量的各组份粉末，得到结合剂粉末混合物，将该结合剂粉末混合物与配比好的金刚石混合，制备金刚石内外保径料和端面料。

B、使用石墨模具，在200—850℃下对如所述金属粉末和金刚石混合物烧结即可制造出刀头，然后利用焊接的方法将刀头与地质钻头钢基体焊接，制造出一种新型地质钻头；或者使用石墨模具与初加工的地质钻头钢基体装配，然后依次按照内保径混合料、端面混合料、外保径混合料或者依次按照外保径混合料、端面混合料、内保径混合料的顺序装料到各自的型腔中，最后将装配充实了物料的地质钻头钢体和石墨模具一起放到热压烧结炉中，在200—850℃、保温10—30分钟、压力100—150吨等条件下烧结即可制造出一种新型地质钻头。

在上述制造方法中，金刚石的粒度、型号、浓度根据钻进岩层的不同而选择。

本发明克服了以往金属结合剂地质钻头在硅质花岗岩、硅质灰岩等强研磨性岩层钻进中的金刚石出刃困难的问题，对于硅质花岗岩、硅质灰岩等强研磨性岩层的可钻性大大增强。本发明研制出Al系金属结合剂地质钻头及其制造方法，采用了对金刚石结合性好并且牢固把持的Al系金属结合剂，一种新型地质钻头的金刚石出刃快，使用寿命长，烧结温度低，成本低，有利于金刚石的防氧化保护和节约能源，有利于降低石墨模具损耗。

本发明的金属结合剂，添加Cu、Ni、Co增加结合剂的导热性能或强度，添加Sn、Mg、Zn、Ti等增加结合剂的韧性及结合剂对金刚石的把持力。

具体实施方式

实施案例1

结合剂：Al：30％ Sn：7％ Cu：30％ Ti：10％ Ni：14％ Mg：4％ 其余材料：5％

端面金刚石粒度：45/50(30％)+50/60(60％)+60/70(10％)浓度75％

按上述结合剂成份和地质钻头规格型号分别称取相应量的粉末，配好要求浓度量端面金刚石料，加入适量的石蜡、丙酮后，在混料机内充分混合24小时，作为地质钻头端面混合料备用。

结合剂：Al：30％ Sn：7％ Cu：27％ Ti：10％ Co：3％ Ni：14％ Mg：4％ 其余材料：5％

保径金刚石粒度：70/80(30％)+80/100(70％)浓度75％

按上述结合剂成份和地质钻头规格型号分别称取相应量的粉末，配好要求浓度量内外保径金刚石料，加入适量的石蜡、丙酮后，在混料机内充分混合24小时，作为地质钻头的内外保径用混合料备用。

将地质钻头钢基体与石墨模具装配，依次将内保径、端面料和外保径料装入各自型腔中，放入热压烧结矿中热压烧结，烧结温度380℃，保温30分钟，压力150吨。

烧结完成后，脱模，将钻头按要求完成车削螺纹等后续加工，即得到一种新型地质钻头。

实施案例2

结合剂：Al：50％ Sn：10％ Cu：24％ Ni：3％ Mg：10％ C：3％

端面金刚石粒度：45/50(30％)+50/60(60％)+60/70(10％)浓度65％

按照上述结合剂成份和地质钻头规格型号称取相应量的粉末，配好要求浓度量端面金刚石料，加入适量石蜡、丙酮后，在混料机内充分混合24小时，作为地质钻头的端面混合料备用。

结合剂：Al：30％ Sn：7％ Cu：20 ％Ti：10％ Co：3％ Ni：3％ Mg：10％ C：4％

保径金刚石粒度：70/80(30％)+80/100(70％)浓度75％

按照上述结合剂成份和地质钻头规格称取相应量的粉末，配好要求浓度量内外保径金刚石料，加入适量的石蜡、丙酮，在混料机上充分混合24小时，作为地质钻头的内外保径混合料。

将地质钻头钢基体与石墨模具装配好，依次分别将内保径混合料、端面混合料、外保径混合料装入型腔内，放入热压烧结炉中热压烧结，烧结温度480℃，保温30分钟，压力120吨。

烧结完成后，脱模，进行车削螺纹等后续加工，制造出一种新型地质钻头。

本发明克服了以往金属结合剂地质钻头在硅质花岗岩、硅质灰岩等强研磨性岩层钻进中的金刚石出刃困难的问题，对于硅质花岗岩、硅质灰岩等强研磨性岩层的可钻性大大增强。本发明研制出Al系金属结合剂地质钻头及其制造方法，采用了对金刚石结合性好并且牢固把持的Al系金属结合剂，一种新型地质钻头的金刚石出刃快，使用寿命长，烧结温度低，成本低，有利于金刚石的防氧化保护和节约能源，有利于降低石墨模具损耗。

本发明的金属结合剂，添加Cu、Ni、Co增加结合剂的导热性能或强度，添加Sn、Mg、Zn、Ti等增加结合剂的韧性及结合剂对金刚石的把持力。

Claims (5)

1.一种新型地质钻头，以Al作为金属结合剂的基础部分，由金属结合剂与金刚石结合而构成，其特征在于：该金属结合剂是以Al作为结合剂的基础部分，所述金属结合剂包括如下成份：

Al：20—90％ Mg：10—20％。

2.根据权利要求1所述的一种新型地质钻头，其特征在于：作为上述Al及Mg的部分替换物，上述金属结合剂中还添加有如下成份的一种或几种组合：

Sn：0—30％ Zn：0—10％ Ag：0—30％

Cu：0—50％ Ti：0—20％ Ni：0—20％

Co：0—20％ Si：0—10％ C：0—3％

Al₂O₃：0—5％。

3.根据权利要求2所述一种新型地质钻头，其特征在于：所述金属是采用纯金属粉末或包含两个以上组分的金属预合金粉末。

4.根据权利要求1所述一种新型地质钻头，其特征在于：作为上述Al及Mg的部分替换物，上述金属结合剂中还添加有增强材料如石墨、Al₂O₃：0—6％。

5.一种制造权利要求1、2、3、4任一项所述的一种新型地质钻头的方法，其特征在于：它是用金属结合剂和金刚石的混合料在低于850℃以下与地质钻头钢基体通过冶金化学键结合，包括如下工艺步骤：

A、按所述的金属结合剂化学组成称取所需量的各组份粉末，得到结合剂粉末混合物，将该结合剂粉末混合物与配比好的金刚石混合，制备金刚石内外保径料和端面料；

B、使用石墨模具，在200—850℃下对如所述金属粉末和金刚石混合物烧结即可制造出刀头，然后利用焊接的方法将刀头与地质钻头钢基体焊接，制造出一种新型地质钻头；或者使用石墨模具与初加工的地质钻头钢基体装配，然后依次按照内保径混合料、端面混合料、外保径混合料或者依次按照外保径混合料、端面混合料、内保径混合料的顺序装料到各自的型腔中，最后将装配充实了物料的地质钻头钢体和石墨模具一起放到热压烧结炉中，在200—850℃、保温10—30分钟、压力100—150吨等条件下烧结即可制造出一种新型地质钻头。