CN112391657A - 一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，涉及金刚石钻头领域，包括以下步骤：步骤一：将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗；步骤二：配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座。本发明通过设置的在进行超声波镀层之前，采用浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗等方式对钻头进行清洁，可以大大提高钻头的清洁程度，研究表明超声波在镀液中传播时分布不均很大一部分来自工件电镀之前的清洁情况，采用多种清洁方式和混合清洁液将钻头进行浸泡、酸洗、电解等，同时还可以提高钻头镀层后的耐腐蚀性，使得镀层颗粒更加精细，镀层效果更好。

Description

一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法

技术领域

本发明涉及金刚石钻头领域，具体为一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法。

背景技术

做切削刃的钻头称为金刚石钻头，该钻头属一体式钻头，整个钻头没有活动的零部件，结构比较简单，具有高强度、高耐磨和抗冲击的能力，是20世纪80年代世界钻井三大新技术之一，现场使用证明，金刚石钻头在软、中硬地层中钻进时，有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，金刚石钻头不但使用时间长，还可以重复利用，返厂修复的金刚石钻头使用起来和出厂的金刚石钻头使用效果差不多，能大量的节约钻井成本。

现有的金刚石钻头的电镀方法会存在电镀时间长，钻头表面结瘤的情况，而作为兴起行业，超声波电镀可以弥补这些不足，因此越来越多的生产方选择采用超声波为金刚石钻头进行电镀，虽然超声波电镀可以细化晶粒、改善镀层表面的粗糙度，提高电镀效率,得到性能更佳的镀层,但是仍旧存在超声波在镀液中传播时分布不均匀,导致金刚石钻头表层性能分布不均匀，后期磨损程度不一，修复难度大的问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有的金刚石钻头的电镀方法会存在电镀时间长，钻头表面结瘤的情况，而作为兴起行业，超声波电镀可以弥补这些不足，因此越来越多的生产方选择采用超声波为金刚石钻头进行电镀，虽然超声波电镀可以细化晶粒、改善镀层表面的粗糙度，提高电镀效率,得到性能更佳的镀层,但是仍旧存在超声波在镀液中传播时分布不均匀,导致金刚石钻头表层性能分布不均匀，后期磨损程度不一，修复难度大的问题，提供一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，包括以下步骤：

步骤一：将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗；

步骤二：配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座；

步骤三：垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入电镀液内部，位于金刚石的四侧；

步骤四：启动超声波设备，从四个方面通过电镀液对金刚石进行电镀；

步骤五：启动步骤二中旋转座，每隔一段时间进行转动，配合超声波进行电镀；

步骤六：在电镀液中完成电镀之后，将金刚钻头取出，进行干燥，同时将桨电镀液池中的电镀液进行更换，在电镀液中撒入sic粉末，对其进行搅拌，然后继续将金刚钻头放入进行超声波电镀，电镀完成后将其取出。

优选地，所述步骤一中将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸

泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗其中包括：

S1：采用1M*1M*1M的浸泡池，向其中灌注水和去油污清洁液，可以采用搅拌设备对其进行搅拌，然后将其放置进去，确保金刚钻完全浸入，浸泡时间为30-45分钟，一组浸泡池浸泡一组钻头；

S2：将钻头从浸泡池中取出之后，对其进行酸洗，先用盐酸和硫酸混合体，其中水、盐酸和硫酸比例为3：1：1，而其中盐酸浓度为28％±2.5％，硫酸浓度为33％±2.5％的液体对其进行冲洗，然后将其放入密封池内部进行浸泡，同样采用水、盐酸和硫酸的混合酸液，浸泡时间为10-20分钟；

S3：准备电解质溶液，将其灌注进入电解池中，每3.8公升的水添加一汤匙小苏打，利用搅拌器对其进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，直到小苏打完全溶解，用铁片作为正极，将其伸入水中，表面部分漏出水面，然后将电源的负极接线柱连接到钻头上，正极接线柱连接到铁片上，然后开启电源进行电解；

S4：电解完毕后即可进行超声波清洗，采用水基清洗液三氯乙烯作为超声波清洗液,用f为22～23kHz的超声波进行超声波浸蚀清洗，清洗时间为2分钟；

S5：超声波清洗完毕后即可将钻头取出，然后用清水对其进行冲淋，活水冲淋，将钻头中的深孔和盲孔全部冲洗。

优选地，所述步骤二中配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座包括：

S1：电镀液采用酸性氯化物镀液和瓦特型镀镍液的混合溶液，其中酸性氯化物镀液和瓦特型镀镍液的配比为2:1，同时在混合液中加入5mmol/L的丙三醇进行搅拌；

S2：旋转座的顶端设置有夹爪，由夹爪将金刚钻头的一端进行夹持，夹持面积不大与总面积的10％；

S3：旋转座由阳极钛材质构成。

优选地，所述步骤三中垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入电镀液内部，位于金刚石的四侧包括：

S1：四组输出头深入电镀液面以下4/3处，四组输出头与钻头保持50㎝距离，且四组钻头内切与圆；

S2：电镀液温度控制为60℃±5℃；

S3：四组输出头发出f为22kHz、P为500W的超声波；

S4：再经过一次时长为5min的超声波镀层之后，向电镀液中加入糖精，然后进行二次超声波输入，继续维持f为22kHz、P为500W。

优选地，所述步骤五中启动步骤二中旋转座，每隔一段时间进行转动，配合超声波进行电镀，包括：

S1：旋转座的底部安装有驱动电机，可以带动被夹持的钻头进行转动；

S2：每隔5min旋转座就会被带动进行转动，转动角度控制为10-15度；

S3：当旋转座旋转一周之后停止转动10min，然后继续重复转动，配合超声波使得旋转座旋转3-5周。

优选地，所述在步骤五和步骤六之间，需要将钻头取出一次，调换夹持方向，由原料的顶端夹持变为顶端夹持，然后重复步骤五中的电镀。

优选地，所述步骤六：在电镀液中完成电镀之后，将金刚钻头取出，进行干燥，采用干燥环流风的形式对其进行干燥，期间不采用任何清洁棉或者清洁布，干燥完毕后晾放10-15分钟，确保湿度≤2.3％。

优选地，所述在步骤六中，再次进行超声波镀层的时候采用f为160kHz、P为700W的超声波。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置的在进行超声波镀层之前，采用浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗等方式对钻头进行清洁，可以大大提高钻头的清洁程度，研究表明超声波在镀液中传播时分布不均很大一部分来自工件电镀之前的清洁情况，采用多种清洁方式和混合清洁液将钻头进行浸泡、酸洗、电解等，同时还可以提高钻头镀层后的耐腐蚀性，使得镀层颗粒更加精细，镀层效果更好；

2、本发明通过设置的在镀层后期向镀液中加入sic粉末，以增加镀层中纳米微粒含量，提高镀层硬度、降低镀层的磨损质量，以及降低镀层的表面空隙率，提高其耐腐蚀性，提高镀层性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，包括以下步骤：

步骤一：将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗；

步骤二：配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座；

步骤三：垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入电镀液内部，位于金刚石的四侧；

步骤四：启动超声波设备，从四个方面通过电镀液对金刚石进行电镀；

步骤五：启动步骤二中旋转座，每隔一段时间进行转动，配合超声波进行电镀；

步骤六：在电镀液中完成电镀之后，将金刚钻头取出，进行干燥，同时将桨电镀液池中的电镀液进行更换，在电镀液中撒入sic粉末，对其进行搅拌，然后继续将金刚钻头放入进行超声波电镀，电镀完成后将其取出。

本发明通过设置的在进行超声波镀层之前，采用浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗等方式对钻头进行清洁，可以大大提高钻头的清洁程度，研究表明超声波在镀液中传播时分布不均很大一部分来自工件电镀之前的清洁情况，采用多种清洁方式和混合清洁液将钻头进行浸泡、酸洗、电解等，同时还可以提高钻头镀层后的耐腐蚀性，使得镀层颗粒更加精细，镀层效果更好。

步骤一中将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电

解、超声波清洗和冲洗其中包括：

S1：采用1M*1M*1M的浸泡池，向其中灌注水和去油污清洁液，可以采用搅拌设备对其进行搅拌，然后将其放置进去，确保金刚钻完全浸入，浸泡时间为30-45分钟，一组浸泡池浸泡一组钻头；

S2：将钻头从浸泡池中取出之后，对其进行酸洗，先用盐酸和硫酸混合体，其中水、盐酸和硫酸比例为3：1：1，而其中盐酸浓度为28％±2.5％，硫酸浓度为33％±2.5％的液体对其进行冲洗，然后将其放入密封池内部进行浸泡，同样采用水、盐酸和硫酸的混合酸液，浸泡时间为10-20分钟；

S3：准备电解质溶液，将其灌注进入电解池中，每3.8公升的水添加一汤匙小苏打，利用搅拌器对其进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，直到小苏打完全溶解，用铁片作为正极，将其伸入水中，表面部分漏出水面，然后将电源的负极接线柱连接到钻头上，正极接线柱连接到铁片上，然后开启电源进行电解；

S4：电解完毕后即可进行超声波清洗，采用水基清洗液三氯乙烯作为超声波清洗液,用f为22～23kHz的超声波进行超声波浸蚀清洗，清洗时间为2分钟；

S5：超声波清洗完毕后即可将钻头取出，然后用清水对其进行冲淋，活水冲淋，将钻头中的深孔和盲孔全部冲洗。

本发明中，多种清洗方式对工件进行清洗，清洗效果提高，工件内部残留装置和油污减少，方便后期超声波对其进行镀层，使得超声波镀层更加均匀，镀层性能更佳均匀。

步骤二中配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座包括：

S1：电镀液采用酸性氯化物镀液和瓦特型镀镍液的混合溶液，其中酸性氯化物镀液和瓦特型镀镍液的配比为2:1，同时在混合液中加入5mmol/L的丙三醇进行搅拌；

S2：旋转座的顶端设置有夹爪，由夹爪将金刚钻头的一端进行夹持，夹持面积不大与总面积的10％；

S3：旋转座由阳极钛材质构成。

本发明中，垂直连续电镀该工作方式有效提高了电镀品质，同时占地面积大大缩小，且在批量化生产方面也拥有优势。

步骤三中垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入电镀液内部，位于金刚石的四侧包括：

S1：四组输出头深入电镀液面以下4/3处，四组输出头与钻头保持50㎝距离，且四组钻头内切与圆；

S2：电镀液温度控制为60℃±5℃；

S3：四组输出头发出f为22kHz、P为500W的超声波；

S4：再经过一次时长为5min的超声波镀层之后，向电镀液中加入糖精，然后进行二次超声波输入，继续维持f为22kHz、P为500W。

本发明中，超声波输出头的放置位置也会影响到超声波的镀层速度、镀层分布情况，将四组超声波头均匀的安装在金刚石钻头的四侧，更近一步的降低镀层不均的问题。

步骤五中启动步骤二中旋转座，每隔一段时间进行转动，配合超声波进行电镀，包括：

S1：旋转座的底部安装有驱动电机，可以带动被夹持的钻头进行转动；

S2：每隔5min旋转座就会被带动进行转动，转动角度控制为10-15度；

S3：当旋转座旋转一周之后停止转动10min，然后继续重复转动，配合超声波使得旋转座旋转3-5周。

本发明中，旋转座的转动是配合超声波头的位置，两组运动方向和发射点结合可以使得钻头接收镀层更加全面，更加容易将深孔和盲孔进行镀层。

在步骤五和步骤六之间，需要将钻头取出一次，调换夹持方向，由原料的顶端夹持变为顶端夹持，然后重复步骤五中的电镀。

本发明中，调换夹持方向的目的是为了将被夹具覆盖的区域进行镀层，扩大镀层面积，弥补前期镀层不足。

步骤六：在电镀液中完成电镀之后，将金刚钻头取出，进行干燥，采用干燥环流风的形式对其进行干燥，期间不采用任何清洁棉或者清洁布，干燥完毕后晾放10-15分钟，确保湿度≤2.3％。

本发明中，不采用清洁棉和清洁布可以减少钻头上杂质存在，环境允许的话可以在无菌的工作间内进行环流风干燥。

在步骤六中，再次进行超声波镀层的时候采用f为160kHz、P为700W的超声波。

本发明中，通过设置的在镀层后期向镀液中加入sic粉末，以增加镀层中纳米微粒含量，提高镀层硬度、降低镀层的磨损质量，以及降低镀层的表面空隙率，提高其耐腐蚀性，提高镀层性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗；

步骤二：配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座；

步骤三：垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入电镀液内部，位于金刚石的四侧；

步骤四：启动超声波设备，从四个方面通过电镀液对金刚石进行电镀；

步骤五：启动步骤二中旋转座，每隔一段时间进行转动，配合超声波进行电镀；

步骤六：在电镀液中完成电镀之后，将金刚钻头取出，进行干燥，同时将桨电镀液池中的电镀液进行更换，在电镀液中撒入sic粉末，对其进行搅拌，然后继续将金刚钻头放入进行超声波电镀，电镀完成后将其取出。

2.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述步骤一中将金刚石钻头进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗其中包括：

S1：采用1M*1M*1M的浸泡池，向其中灌注水和去油污清洁液，可以采用搅拌设备对其进行搅拌，然后将其放置进去，确保金刚钻完全浸入，浸泡时间为30-45分钟，一组浸泡池浸泡一组钻头；

S2：将钻头从浸泡池中取出之后，对其进行酸洗，先用盐酸和硫酸混合体，其中水、盐酸和硫酸比例为3：1：1，而其中盐酸浓度为28％±2.5％，硫酸浓度为33％±2.5％的液体对其进行冲洗，然后将其放入密封池内部进行浸泡，同样采用水、盐酸和硫酸的混合酸液，浸泡时间为10-20分钟；

S3：准备电解质溶液，将其灌注进入电解池中，每3.8公升的水添加一汤匙小苏打，利用搅拌器对其进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，直到小苏打完全溶解，用铁片作为正极，将其伸入水中，表面部分漏出水面，然后将电源的负极接线柱连接到钻头上，正极接线柱连接到铁片上，然后开启电源进行电解；

S4：电解完毕后即可进行超声波清洗，采用水基清洗液三氯乙烯作为超声波清洗液,用f为22～23kHz的超声波进行超声波浸蚀清洗，清洗时间为2分钟；

S5：超声波清洗完毕后即可将钻头取出，然后用清水对其进行冲淋，活水冲淋，将钻头中的深孔和盲孔全部冲洗。

3.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述步骤二中配置电镀液，并将清洗完成后的金刚石垂直放置与电镀液中进行浸泡，金刚石的底端设置有旋转座包括：

S1：电镀液采用酸性氯化物镀液和瓦特型镀镍液的混合溶液，其中酸性氯化物镀液和瓦特型镀镍液的配比为2:1，同时在混合液中加入5mmol/L的丙三醇进行搅拌；

S2：旋转座的顶端设置有夹爪，由夹爪将金刚钻头的一端进行夹持，夹持面积不大与总面积的10％；

S3：旋转座由阳极钛材质构成。

4.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述步骤三中垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入电镀液内部，位于金刚石的四侧包括：

S1：四组输出头深入电镀液面以下4/3处，四组输出头与钻头保持50㎝距离，且四组钻头内切与圆；

S2：电镀液温度控制为60℃±5℃；

S3：四组输出头发出f为22kHz、P为500W的超声波；

S4：再经过一次时长为5min的超声波镀层之后，向电镀液中加入糖精，然后进行二次超声波输入，继续维持f为22kHz、P为500W。

5.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述步骤五中启动步骤二中旋转座，每隔一段时间进行转动，配合超声波进行电镀，包括：

S1：旋转座的底部安装有驱动电机，可以带动被夹持的钻头进行转动；

S2：每隔5min旋转座就会被带动进行转动，转动角度控制为10-15度；

S3：当旋转座旋转一周之后停止转动10min，然后继续重复转动，配合超声波使得旋转座旋转3-5周。

6.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述在步骤五和步骤六之间，需要将钻头取出一次，调换夹持方向，由原料的顶端夹持变为顶端夹持，然后重复步骤五中的电镀。

7.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述步骤六：在电镀液中完成电镀之后，将金刚钻头取出，进行干燥，采用干燥环流风的形式对其进行干燥，期间不采用任何清洁棉或者清洁布，干燥完毕后晾放10-15分钟，确保湿度≤2.3％。

8.根据权利要求1所述的一种利用超声波电镀金刚石钻头的方法，其特征在于：所述在步骤六中，再次进行超声波镀层的时候采用f为160kHz、P为700W的超声波。