CN109913679B - 一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料及其制备方法，该胎体浸渍材料由以下质量百分数的各组分组成：铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％，本发明的胎体浸渍材料中的锡Sn和镓Ga元素有三个主要作用，首先是降低了岩石切削工具的烧结温度，更好地保护金刚石，减缓其综合性能的急剧下降；其次，此两种金属元素的加入形成的多元素合金在胎体中对金刚石的把持能力得到增强；再次，胎体材料的抗弯强度、硬度和耐磨性得到进一步提升。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻探、油气钻井领域和石材加工领域一种胎体的制备方法，特别涉及一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料及其制备方法。
背景技术
岩石切削工具由金刚石和胎体材料混合组成。金刚石主要用于磨削岩石，金刚石的粒度、浓度以及品级与碎岩能力息息相关。金刚石的热稳定性差，在纯氧中600℃以上金刚石的颜色会逐渐变黑，到达720℃时可在纯氧中燃烧，在少量氧气或惰性气体存在的条件下，金刚石发生石墨化的温度在970℃左右，会降低岩石切削工具使用效率和寿命。
胎体材料是金刚石的载体，岩石切削工具的烧结温度和胎体浸渍金属熔点有关，浸渍金属熔点低时，烧结温度会相应降低，能减少对金刚石的热损伤和石墨化现象产生，提高岩石切削工具切削性能；浸渍金属对金刚石的润湿性好，能提升胎体对金刚石的把持能力，提高钻头的抗弯强度、硬度和耐磨性，提高岩石切削工具的切削效率和寿命。现有岩石切削工具的胎体浸渍配方中添加稀土元素和微量合金元素来降低烧结温度，改善胎体性能，但胎体温度降低不明显，并且使胎体组分复杂，在烧结过程中产生偏析，使胎体强度下降，不能从根本上解决高温对金刚石颗粒的损伤和胎体对金刚石颗粒包镶能力的问题。
发明内容
为了解决现有胎体浸渍材料熔点温度高，对金刚石把持能力不足的问题，本发明的目的是提供一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料及其制备方法，提高对胎体的润湿性和增强对金刚石的把持能力。
为达到上述目的，本发明提出了如下的技术方案：一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料，其特征在于，该胎体浸渍材料由以下质量百分数的各组分组成：铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％，且以上各组分质量百分比之和为100％。
其中，铜合金包含如下质量百分数的各组分：镍Ni16％、锰Mn25％、锌Zn10％、硅Si0.2及余量为铜Cu。
其中，锡Sn粉的粒度为300目。
一种制备所述的岩石切削工具的低温胎体浸渍材料如下：
(1)按照质量百分数为铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％的浸渍金属比例称取各组分，按照铜合金、锡Sn粉、镓Ga的顺序依次放入坩埚内，上层加浸渍金属总质量2％～10％的钎焊剂；
(2)将坩埚放到加热炉内加热，升温至温度980℃～1000℃时所有金属熔化后互浸；
(3)于980℃～1000℃温度保持10min～20min，使各金属互浸均匀，得到金属混合熔液；
(4)浸渍金属颗粒制备，将金属混合熔液倒入蒸馏水中，急剧冷却固化并形成不连续颗粒，
或者，预定形状浸渍材料制备，将金属混合熔液倒入预先准备好的模具内冷却。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料，于铜合金胎体材料中加入适量的金属锡Sn、镓Ga，能大幅度降低岩石切削工具的烧结温度，更好地保护金刚石，减缓其综合性能的急剧下降；金属锡Sn、镓Ga可与胎体金属反应，形成的多元素合金均匀分布在胎体中，提高对胎体的润湿性和增强对金刚石的把持能力；其次，形成的化合物在胎体中起到固溶强化作用，增加胎体硬度、抗弯强度和耐磨性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1本发明的岩石切削工具的低温胎体浸渍材料烧结后断面金刚石颗粒形貌。
图2本发明的岩石切削工具的低温胎体浸渍材料和金刚石颗粒断口表面结合示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的岩石切削工具的低温胎体浸渍材料由以下质量百分数的各组分组成：铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％，且以上各组分质量百分比之和为100％，其中铜合金包含如下质量百分数的各组分：镍Ni16％、锰Mn25％、锌Zn10％、硅Si0.2及余量为铜Cu；所述锡Sn粉的粒度为300目。
本发明提供岩石切削工具的低温胎体浸渍材料的制备方法如下：
(2)按照质量百分数为铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％的浸渍金属比例称取各组分，按照铜合金、锡Sn粉、镓Ga的顺序依次放入坩埚内，上层加浸渍金属总质量2％～10％的钎焊剂；
(2)将坩埚放到加热炉内加热，升温至温度980℃～1000℃时所有金属熔化后互浸；
(3)于980℃～1000℃温度保持10min～20min，使各金属互浸均匀，得到金属混合熔液；
(5)浸渍金属颗粒制备，将金属混合熔液倒入蒸馏水中，急剧冷却固化并形成不连续颗粒，
或者，预定形状浸渍材料制备，将金属混合熔液倒入预先准备好的模具内冷却。
图1示出岩石切削工具的低温胎体浸渍材料烧结后断面金刚石颗粒形貌。
图2示出岩石切削工具的低温胎体浸渍材料和金刚石颗粒断口表面结合示意图。
实施例1
浸渍金属各组分质量百分数为：铜合金95％、锡Sn粉(300目)1.8％、镓Ga0.6，其中铜合金包含如下质量百分数的各组分：镍Ni16％、锰Mn25％、锌Zn10％、硅Si0.2及余量为铜Cu；钎焊剂占浸渍金属总质量5％，按照铜合金、锡Sn粉、镓Ga的顺序依次放入坩埚内，上层加入钎焊剂，放入加热炉中加温到980℃，在该温度下保温18min后，将金属混合熔液倒入蒸馏水中，急剧冷却1s后固化并形成不连续颗粒；将混合金属熔液倒入预先准备好的模具内冷却，可得预定形状胎体浸渍材料。
实施例2
浸渍金属各组分质量百分数为：铜合金97％、锡Sn粉(300目)2.8％及镓Ga1％，其中铜合金包含如下质量百分数的各组分：镍Ni16％、锰Mn25％、锌Zn10％、硅Si0.2及余量为铜Cu；钎焊剂占浸渍金属总质量3％，按照铜合金、锡Sn粉、镓Ga的顺序依次放入坩埚内，上层加入钎焊剂，放入加热炉中加温到1000℃，在该温度下保温10min后，将金属混合熔液倒入蒸馏水中，急剧冷却1s后固化并形成不连续颗粒；将金属混合熔液倒入预先准备好的模具内冷却，可得预定形状胎体浸渍材料。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种岩石切削工具的低温胎体浸渍材料，其特征在于，该胎体浸渍材料由以下质量百分数的各组分组成：铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％，且以上各组分质量百分比之和为100％；
所述铜合金包含如下质量百分数的各组分：镍Ni16％、锰Mn25％、锌Zn10％、硅Si0.2%及余量为铜Cu。
2.根据权利要求1所述的岩石切削工具的低温胎体浸渍材料，其中，锡Sn粉的粒度为300目。
3.一种制备权利要求1-2中任意一项所述的岩石切削工具的低温胎体浸渍材料的方法如下：
(1)按照质量百分数为铜合金65％～97％、锡Sn粉0.9％～2.8％及镓Ga0.3％～1％的浸渍金属比例称取各组分，按照铜合金、锡Sn粉、镓Ga的顺序依次放入坩埚内，上层加浸渍金属总质量2％～10％的钎焊剂；
(2)将坩埚放到加热炉内加热，升温至温度980℃～1000℃时所有金属熔化后互浸；
(3)于980℃～1000℃温度保持10min～20min，使各金属互浸均匀，得到金属混合熔液；
(4)浸渍金属颗粒制备，将金属混合熔液倒入蒸馏水中，急剧冷却固化并形成不连续颗粒，
或者，预定形状浸渍材料制备，将金属混合熔液倒入预先准备好的模具内冷却。
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