NO341398B1

NO341398B1 - Rotasjonsborkrone for boring av undergrunnsformasjoner

Info

Publication number: NO341398B1
Application number: NO20081168A
Authority: NO
Inventors: James L Overstreet
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2017-10-30
Also published as: CA2621421C; EP1922428B1; US20070056777A1; US8388723B2; US7703555B2; NO20081168L; US20100132265A1; WO2007030707A1; CA2621421A1; RU2008113189A; EP1922428A1

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt jordboringsborkroner og andre verktøy som kan brukes til å bore undergrunnsformasjoner, og slipeslitasjebestandige påleggsmaterialer som kan benyttes på overflater på slike jordboringsborkroner. Den foreliggende oppfinnelse angår også fremgangsmåter for påføring av slipeslitasjebestandige påleggsmaterialer på overflatene til jordboringsborkroner, og fremgangsmåter for å feste skjærelementer til en jordboringsborkrone.

Bakgrunn

En typisk fastkutter- eller "skrape"-rotasjonsborkrone for boring av undergrunnsformasjoner, omfatter et borkronelegeme som har en arbeidsside som bærer skjærelementer innrettet til å skjære inn i en jordformasjon. Borkronelegemet kan være festet til et skaft av herdet stål med en gjengetappforbindelse for fastgjøring av borkronen til en borestreng som omfatter rørformede rørsegmenter som er koplet ende mot ende mellom borkronen og annet boreutstyr. Utstyr så som rotasjonsbord eller toppdrift kan brukes for å rotere det rørformede rør og borkronen. Alternativt kan skaftet være koplet direkte til drivakselen til en nedihulls motor for å rotere borkronen.

Borkronelegemet til en borkrone er utformet av stål eller en kombinasjon av et stålemne innleiret i et matriksmateriale som innbefatter hardt partikkelmateriale, så som wolfram karbid, infiltrert med et bindemiddel så som en kopperlegering. Et stålskaft kan være festet til borkronelegemet etter at borkronelegemet er utformet. Strukturelle trekk kan være anordnet ved valgte steder på og i borkronelegemet for å lette boreprosessen. Slike strukturelle trekk kan for eksempel omfatte radialt og longitudenalt forløpende blader, skjærelementlommer, rygger, flater, dyseforskyv-ninger, og borefluidløp og -kanaler. Skjærelementene er generelt festet i lommer som er maskineri inn i blader som befinner seg på borkronelegemets arbeidsside.

Generelt omfatter hvert av skjærelementene i en borkrone av fastkutterty-pen en skjæreflate omfattende et hardt, superabrasivt materiale så som innbyrdes forbundne partikler av polykrystallinsk diamant. Slike kuttere av "polykrystallinsk diamant" (PDC) er blitt anvendt på fastkutterrotasjonsborkroner i olje- og gass-brønnboringsindustrier i flere tiår.

GB 2295157 A omtaler en hardmetallagsammensetning som innbefatter en mengde av sintrerte karbidpelleter og en mengde av støpte karbidpelleter i et matriksmetall slik som lavkarbonstål legert med niob.

US 2003/0079565 A1 omtaler lignende hardmetallagsammensetninger.

Figur 1 viseren konvensjonell fastkutterrotasjonsborkrone 10 generelt i samsvar med ovenstående beskrivelse. Rotasjonsborkronen 10 omfatter et borkronelegeme 12 som er koplet til et stålskaft 14. En boring (ikke vist) er utformet i lengderetningen gjennom et parti av borkronen 10 for kommunisering av borefluid til en arbeidsside 20 på borkronen 10 via dyser 19 under boreoperasjoner. Skjærelementer 22 (typisk skjærelementer av polykrystallinsk diamant, PDC) er generelt bundet til borkronelegemets 12 arbeidsflate 20 ved hjelp av metoder så som lod-ding, klebebinding eller mekanisk påmontering.

En borkrone 10 kan brukes utallige ganger for å utføre suksessive boreoperasjoner hvorunder overflatene til borkronelegemet 12 og skjærelementene 22 kan utsettes for ekstreme krefter og spenninger når skjærelementene 22 til borkronen 10 skjærer bort de underliggende jordformasjoner. Disse ekstreme krefter og spenninger gjør at skjærelementene 22 og borkronelegemets 12 overflater slites. Til slutt kan skjærelementene 22 og borkronelegemets 12 overflater nedslites i den grad at borkronen 10 ikke lenger er egnet for bruk.

Figur 2 er et riss i større målestokk av et PCD-skjærelement 22 lik de som er vist i figur 1 fastgjort til borkronelegemet 12. Skjærelementene 22 er generelt ikke utformet i ett med borkronelegemet 12. Typisk blir skjærelementene 22 frem-stilt atskilt fra borkronelegemet 12 og fastgjort i lommer 21 utformet i borkronelegemets 12 utvendige overflate. Et bindemiddel 24 så som et klebemiddel eller, mer typisk, kan en hardloddingslegering brukes til å feste skjærelementene 22 til borkronelegemet 12 som ovenfor omtalt. Dessuten, hvis skjærelementet 22 er en PDC-kutter, kan skjærelementet 22 omfatte en polykrystallinsk diamantbrikke 28 festet til skjærelementlegemet eller -substratet 23, som kan være enhetlig eller omfatte to innbyrdes forbundne komponenter.

Bindemidlet 24 er typisk meget mindre motstandsdyktig mot slitasje enn hva andre partier og overflater på borkronen 10 og på skjærelementene 22 er. Under bruk kan det dannes små hulrom, porer og andre defekter i de frilagte overflater på bindemidlet 24 på grunn av slitasje. Faststoffholdige borefluider og formasjonsav-fall som genereres under boreprosessen kan dessuten erodere, skrape og for-større de små hulrom og porer i bindemidlet 24. Hele skjærelementet 22 kan løsne fra borkronelegemet 12 under en boreoperasjon hvis nok bindemiddel 24 fjernes. Tap av et skjærelement 22 under en boreoperasjon kan føre til hurtig slitasje av andre skjærelementer og katastrofal svikt av hele borkronen 10. Det er derfor et behov i faget for en effektiv fremgangsmåte for å hindre tap av skjærelementer under boreoperasjoner.

Materialene til en ideell borkrone må være ekstremt harde for effektivt å skjære bort de underliggende jordformasjoner uten for stor slitasje. På grunn av de ekstreme krefter og spenninger som borkroner utsettes for under boreoperasjoner, må materialene til en ideell borekrone samtidig oppvise høy bruddseighet. I prak-sis har imidlertid materialer som oppviser ekstremt stor hardhet en tendens til å bli forholdsvis sprø og ikke oppvise høy bruddseighet, mens materialer som oppviser høy bruddseighet har en tendens til å være forholdsvis myke og ikke oppvise stor hardhet. Følgelig må det gjøres et kompromiss mellom hardhet og bruddseighet ved valg av materialer for bruk i borkroner.

I et forsøk på samtidig å forbedre både hardheten og bruddseigheten til jordborkroner, er komposittmaterialer blitt påført overflatene på borkroner som utsettes for ekstrem slitasje. Disse komposittmaterialer blir ofte betegnet som "hard-metaH"-materialer og omfatter typisk minst én fase som oppviser forholdsvis stor hardhet og en annen fase som oppviser forholdsvis høy bruddseighet.

Figur 3 er en representasjon av en fotomikrograf av en polert og etset overflate på et konvensjonelt hardmetallmateriale. Hardmetallmaterialet innbefatter wolfram karbidpartikler 40 hovedsakelig vilkårlig fordelt i en jernbasert matriks av matriksmateriale 46. Wolfram karbidpartiklene 40 oppviser forholdsvis stor hardhet, mens matriksmaterialet 46 oppviser forholdsvis høy bruddseighet.

Wolfram karbidpartiklene 40 som brukes i hardmetallmaterialer kan omfatte en eller flere wolfram karbidpartikler, sintrede wolfram karbidpartikler og makro-krystallinsk wolfram karbidpartikler. Wolfram karbidsystemet omfatter to støkiomet-riske forbindelser, WC og W2C med et kontinuerlig, mellomliggende forbindelses-område. Støpt wolfram karbid omfatter generelt en eutektisk blanding av WC- og W2C-forbindelsene. Sintrede wolfram karbidpartikler omfatter forholdsvis mindre partikler av WC forbundet ved hjelp et matriksmateriale. Kobolt og koboltlegeringer blir ofte brukt som matriksmaterialer i sintrede wolfram karbidpartikler. Sintrede wolfram karbidpartikler kan dannes ved å blande et første pulver som omfatter de forholdsvis mindre wolfram karbidpartikler og et andre pulver som omfatter kobolt-partikler. Pulverblandingen dannes i en "grønn" tilstand. Den grønne pulverblanding blir så sintret ved en temperatur nær smeltetemperaturen til koboltpartiklene for å danne en matriks av koboltmateriale som omgir wolfram karbidpartiklene for å danne partikler av sintret wolfram karbid. Endelig består makrokrystallinske wolfram karbidpartikler generelt av enkeltkrystaller av WC.

Ulike teknikker som er kjent innen faget kan brukes til å påføre et hardmetallmateriale så som vist i figur 3 på en overflate av en borkrone. Stangen kan være konfigurert som et hult, sylindrisk rør utformet av matriksmaterialet i hardmetallmaterialet som er fylt med wolfram karbidpartikler. Minst én ende av det hule, sylindriske rør kan være avtettet. Rørets avtettede ende kan så smeltes eller svei-ses over på den ønskede overflate på borkronen. Når røret smelter, vil wolfram karbidpartiklene i det hule, sylindriske rør blande seg med smeltet matriksmateriale etter hvert som det avsettes på borkronen. En alternativ teknikk går ut på å forme en støpt stang av hardmetallmaterialet og bruke enten en lysbue eller en sveisebrenner til å påføre eller sveise hardmetallmateriale anordnet ved enden av stangen på borkronens ønskede overflate.

Buesveisingsteknikker kan også brukes til å påføre et hardmetallmateriale på en overflate av en borkrone. For eksempel kan en plasmaoverført lysbue opp-rettes mellom en elektrode og et område på en overflate av en borkrone som det er ønskelig å påføre et hardmetallmateriale på. En pulverblanding innbefattende både partikler av wolfram karbid og partikler av matriksmateriale kan så ledes gjennom eller nær den plasmaoverførte lysbue opp på borkronens overflateom-råde. Varmen som genereres av lysbuen smelter i det minste partiklene av matriksmateriale for derved å danne et smeltebad på borkronens overflate, som deret-ter størkner og derved danner hardmetallmateriallaget på borkronens overflate.

Når et hardmetallmateriale påføres en overflate på en borkrone, brukes det forholdsvis høye temperaturer til å smelte i det minste matriksmaterialet. Ved disse forholdsvis høye temperaturer, kan atomdiffusjon opptre mellom wolfram karbidpartiklene og matriksmaterialet. Med andre, etter påføring av hardmetallmaterialet, kan minst noen atomer som opprinnelig befant seg i en wolfram karbidpartikkel (wolfram og karbon for eksempel) finnes i matriksmaterialet som omgir wolfram karbidpartikkelen. I tillegg kan minst noen atomer som opprinnelig befant seg i matriksmaterialet (jern for eksempel) finnes i wolfram karbidpartiklene. Figur 4 er et riss i større målestokk av en wolfram karbidpartikkel 40 vist i figur 3. Minst noen atomer som opprinnelig befant seg i wolfram karbidpartikkelen 40 (wolfram og karbon for eksempel) kan finnes i et område 47 av matriksmaterialet 46 umiddelbart rundt wolfram karbidpartikkelen 40. Området 47 omfatter grovt regnet det området av matriksmaterialet 46 som ligger innenfor den brutte linje 48. I tillegg kan minst noen atomer som opprinnelig befant seg i matriksmaterialet 46 (jern for eksempel) finnes i et perifert eller ytre område 41 av wolfram karbidpartikkelen 40. Det ytre område 41 omfatter grovt regnet det området av wolfram karbidpartikkelen 40 som ligger utenfor den brutte linje 42.

Atomdiffusjon mellom wolfram karbidpartikkelen 40 og matriksmateriale 46 kan gjøre matriksmaterialet 46 sprøtt i området 47 rundt wolfram karbidpartikkelen 40 og kan redusere hardheten av wolfram karbidpartikkelen 40 i det ytre område 41 av denne, og derved den totale effektiviteten til hardmetallmaterialet. Det er derfor et behov innenfor faget, for slipeslitasjebestandige hardmetallmaterialer som omfatter et matriksmateriale som tillater at atomdiffusjon mellom wolfram karbidpartikler og matriksmaterialer blir minimert. Det er derfor også et behov i faget for metoder for påføring av slike slipeslitasjebestandige påleggsmaterialer, og for borekroner og boreverktøy som inkluderer slike materialer.

Redegjørelse av oppfinnelsen

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en rotasjonsborkrone for boring av undergrunnsformasjoner, kjennetegnet ved at den omfatter: et borkronelegeme;

i det minste et skjærelement festet til borkronelegemet langs en grenseflate;

en hardloddelegering anbrakt mellom borkronelegemet og det i det minste ene skjærelementet ved grenseflaten, hardloddelegeringen fester det i det minste ene skjærelement til kronelegemet; og

et slipe-slitasjebestandig materiale anbrakt på en overflate av rotasjonsborkronen, i det minste et kontinuerlig parti av det slitasjebestandige materialet er bundet til

en ytre overflate av borkronelegemet og en overflate av det i det minste ene skjærelement og som strekker seg over grenseflaten mellom borkronelegemet og det i det minste ene skjærelement og som dekker i det minste et parti av hardloddelegeringen, det slipe-slitasjebestandige materialet omfatter de følgende materialer forholdsmessig før påføring:

et matriksmateriale, matriksmaterialet omfatter mellom ca. 20 vekt% og ca.

60 vekt% av det slipe-slitasjebestandige materialet, matriksmaterialet omfatter minst 75 vekt% nikkel, matriksmaterialet har et smeltepunkt på mindre enn ca. 1100°C;

et flerhet av -850 um (-20 ASTM mesh) sintrede wolfram karbidpelleter hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmaterialet, flerheten av sintrede wolframkarbidpelleter omfatter mellom ca. 30 vekt% og ca. 55 vekt% av det slipe-

slitasjebestandige materialet, hver sintrert wolframkarbidpellet omfatter et flerhet av wolframkarbidpartikler som er bundet sammen ved hjelp av en bindemiddellegering, bindemiddellegeringen har et smeltepunkt større enn ca. 1200 °C,

hvori hver pellet av flerheten av sintrede wolframkarbidpelleter har en første gjennomsnittlig hardhet i et sentralt område av pelleten og en andre gjennomsnittlig hardhet i et periferisk område av pelleten, den andre hardhet er større enn omkring 99% av den første hardhet, den første hardhet og den andre hardhet er forskjellig; og

en flerhet av -425 um (-40 ASTM mesh) støpte wolframkarbidgranuler hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmaterialet (60), flerheten av støpte wolframkarbidgranuler omfatter mindre enn omkring 35 vekt% av det slipe-slitasjebestandige materialet.

Foretrukne utførelsesformer av rotasjonsborkronen er videre utdypet i krav-ene 2 til og med 6.

I ett aspekt av det omtalte slipeslitasjebestandige materiale som innbefatter et matriksmateriale, en flerhet av -850 um (heretter angitt som -20 ASTM

(American Society for Testing and Materials) mesh) sintrede wolfram karbidpartikler, og en flerhet av -425 um (heretter angitt som -40 ASTM mesh) støpte wolfram karbidgranuler. Wolfram karbidpelletene og granulene er hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmaterialet. Matriksmaterialet innbefatter minst 75 vekt% nikkel og har

et smeltepunkt på mindre enn ca. 1100 °C. Hver sintret wolfram karbidpellet omfatter en flerhet av wolfram karbidpartikler som er bundet sammen med en bindemiddellegering som har et smeltepunkt større enn ca. 1200 °C. Forut for påføring omfatter matriksmaterialet forholdsmessig mellom ca. 20 vekt% og ca. 60 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale, flerheten av sintrede wolfram karbidpelleter omfatter mellom ca. 30 vekt% og ca. 55 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale, og flerheten av støpte wolfram karbidgranuler omfatter mindre enn ca. 15 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale. I noen utføringsformer kan for eksempel matriksmaterialet omfatte mellom ca. 30 vekt% og ca. 50 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale, flerheten av -40 ASTM mesh støpte wolfram karbidgranuler kan innbefatte en flerhet av -150 um (heretter angitt som -100 ASTM mesh) støpte wolfram karbidpelleter, og flerheten av -100 ASTM mesh støpte wolfram karbidpelleter kan omfatte mellom ca. 15 vekt% og ca. 35 vekt% av det slipe-slitasjebestandige materiale.

Det er videre omtalt en anordning for bruk ved boring av en undergrunnsfor-masjon. Anordningen omfatter en første konstruksjon, en andre konstruksjon festet til konstruksjonen langs en grenseflate, og et bindemiddel anordnet mellom den første konstruksjon og den andre konstruksjon ved grenseflaten. Bindemidlet fester den første og andre konstruksjon sammen. Anordningen omfatter videre et slipeslitasjebestandig materiale anordnet på en overflate av anordningen. Minst ett kontinuerlig parti av det slipeslitasjebestandige materiale er bundet til en overflate på den første konstruksjon og en overflate på den andre konstruksjon. Det kontinuerlige parti av det slipeslitasjebestandige materiale strekker seg i det minste over grenseflaten mellom den første konstruksjon og den andre konstruksjon og dekker bindemidlet. Det slipeslitasjebestandige materiale omfatter et matriksmateriale som har en smeltetemperatur på mindre enn ca. 1100 °C, en flerhet av sintrede wolfram karbidpelleter hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmaterialet, og en flerhet av støpte wolfram karbidgranuler hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmaterialet.

I et ytterligere aspekt er det omtalt en rotasjonsborkrone for boring av undergrunnsformasjoner, som omfatter et borkronelegeme og minst ett skjærelement som er festet til borkronelegemet langs en grenseflate. Som her brukt innbe fatter og omfatter termen "borkrone" boreverktøy av hvilken som helst konfigurasjon, innbefattende kjernekroner, eksentriske kroner, rømmere, fresere, skraper-kroner, rullemeiselkroner, og andre slike konstruksjoner som er kjent innen faget. En hardloddelegering er anordnet mellom borkronelegemet og det minst ene skjærelement ved grenseflaten og fester det minst ene skjærelement til borkronelegemet. Et slipeslitasjebestandig materiale som, forholdsmessig forut for påføring, innbefatter et matriksmateriale som omfatter mellom ca. 20 vekt% og ca. 60 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale, en flerhet av -20 ASTM mesh sintrede wolfram karbidpelleter som omfatter mellom ca. 30 vekt% og ca. 55 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale, og en flerhet av -40 ASTM mesh støpte wolfram karbidgranuler som omfatter mindre enn ca. 35 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale. Wolfram karbidpelletene og granulatene er hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmaterialet. Matriksmaterialet innbefatter minst 75 vekt% nikkel og har et smeltepunkt på mindre enn ca. 1100 °C. Hver sintret wolframpellet innbefatter en flerhet av wolfram karbidpartikler som er innbyrdes forbundet med en bindemiddellegering som har et smeltepunkt større enn ca. 1200 °C.

I enda et annet aspekt er det omtalt en fremgangsmåte for påføring av et slipeslitasjebestandig materiale på en overflate av en borkrone for boring av undergrunnsformasjoner. Fremgangsmåten innbefatter tilveiebringelse av en borkrone innbefattende et borkronelegeme som har en utvendig overflate, blanding av en flerhet av -20 ASTM mesh sintrede wolfram karbidpelleter og en flerhet av -40 ASTM mesh støpte wolfram karbidgranuler i et matriksmateriale for å gi et matriksmateriale for å danne et forut for påføring (pre-application) slipebestandig materiale, og smelting av matriksmaterialet. Det smeltede matriksmateriale, minst noe av de sintrede wolfram karbidpelleter, og minst noen av de støpte wolfram karbidgranuler påføres minst ett parti av borkronens utvendige overflate, og det smeltede matriksmateriale størknes. Matriksmaterialet innbefatter minst 75 vekt% nikkel og har et smeltepunkt på mindre enn ca. 1100 °C. Hver sintrede wolframpellet innbefatter en flerhet av wolfram karbidpartikler som er bundet sammen ved hjelp av en bindemiddellegering som har et smeltepunkt større enn ca. 1200 °C. Matriksmaterialet omfatter mellom ca. 20 vekt% og ca. 60 vekt% av det forut for påføring slipeslitasjebestandige materiale, flerheten av sintrede wolfram karbidpel leter omfatter mellom ca. 30 vekt% og ca. 55 vekt% av det forut for påføring slipe-slitasjebestandige materiale, og flerheten av støpte wolfram karbidgranuler omfatter mindre enn ca. 35 vekt% av det forut for påføring slipeslitasjebestandige materiale. I noen utføringsformer kan blanding av en flerhet av -20 ASTM mesh sintrede wolfram karbidpelleter og en flerhet av -40 ASTM mesh støpte wolfram karbidgranuler i et matriksmateriale omfatte blanding av en flerhet av -20 ASTM mesh sintrede wolfram karbidpelleter og en flerhet av -100 ASTM mesh støpte wolfram karbidpelleter i et matriksmateriale for å frembringe det forut for påføring slipeslitasjebestandige materiale, hvor matriksmaterialet kan omfatte mellom ca. 20 vekt% og ca. 50 vekt% av det forut for påføring slipeslitasjebestandige materiale, flerheten av sintrede wolfram karbidpelleter kan omfatte mellom ca. 30 vekt% og ca. 55 vekt% av det forut for påføring slipeslitasjebestandige materiale, og flerheten av støpte wolfram karbidpelleter kan omfatte mellom ca. 15 vekt% og ca. 35 vekt% av det forut for påføring slipeslitasjebestandige materiale.

I et annet aspekt er der omtalt en fremgangsmåte for å feste et skjærelement til et borkronelegeme av en rotasjonsborkrone. Fremgangsmåten innbefatter tilveiebringelse av en rotasjonsborkrone som innbefatter et borkronelegeme som har en utvendig overflate innbefattende en lomme i denne som er konfigurert til å oppta et skjærelement, og plassering av et skjærelement i lommen. En hardloddingslegering tilveiebringes, smeltes, og påføres motstøtende overflater på skjærelementet og den utvendige overflate av borkronelegemet i lommen som danner en mellomliggende grenseflate og størknes. Et slipeslitasjebestandig materiale på-føres en overflate på borkronen. Minst ett kontinuerlig parti av det slipeslitasjebestandige materiale bindes til en overflate på skjærelementet og et parti av borkronelegemets utvendige overflate. Det kontinuerlige parti strekker seg over minst grenseflaten mellom skjærelementet og borkronelegemets utvendige overflate og dekker hardloddingslegeringen. Proporsjonsmessig forut for påføring omfatter det slipeslitasjebestandige materiale et matriksmateriale, en flerhet av sintrede wolfram karbidpelleter, og en flerhet av støpte wolfram karbidgranuler. Matriksmaterialet innbefatter minst 75 vekt% nikkel og har et smeltepunkt på mindre enn ca. 1100 °C. Wolfram karbidpelletene er hovedsakelig vilkårlig fordelt i matriksmateria let. Videre innbefatter hver sintret wolfram pellet en flerhet av wolfram karbidpartikler som er innbyrdes forbundet med en bindemiddellegering som har et smeltepunkt større enn ca. 1200 °C.

Trekkene, fordelene, og alternative aspekter ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå for fagkyndige på området utfra en betraktning av den følgende nærmere beskrivelse sett i sammenheng med de medfølgende tegninger.

Kort beskrivelse av tegningene

Selv om fremstillingen konkluderer med krav som spesielt påpeker og tyde-lig retter krav mot det som betraktes som den foreliggende oppfinnelse, kan fordelene ved denne oppfinnelse lettere bringes på det rene ut fra den følgende beskrivelse av oppfinnelsen når den leses i sammenheng med de medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 er et perspektivriss av en borkrone av rotasjonstypen som innbefatter skjærelementer;

Fig. 2 er et riss i større målestokk av et skjærelement i borkronen vist i

fig. 1;

Fig. 3 er en representasjon av et fotomikrogram av et slipeslitasjebestandig materiale som innbefatter wolfram karbidpartikler hovedsakelig vilkårlig fordelt i et matriksmateriale; Fig. 4 er et riss i større målestokk av en wolfram karbidpartikkel vist i fig. 3; Fig. 5 er en representasjon av et fotomikrogram av et slipeslitasjebestandig materiale som legemliggjør lærene ifølge den foreliggende oppfinnelse og som innbefatter wolfram karbidpartikler hovedsakelig vilkårlig fordelt i en matriks; Fig. 6 er et riss i større målestokk av en wolfram karbidpartikkel vist i fig. 5; Fig. 7A er et riss i større målestokk av et skjærelement i en borkrone som legemliggjør lærene ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 7B viser et tverrsnitt gjennom skjærelementet vist i fig. 7A tatt langs snittlinjen 7B-7B deri; Fig. 7C viser et lengdesnitt gjennom skjærelementet vist i fig. 7A tatt langs snittlinjen 7C-7C deri; Fig. 8A er et tverrsnitt lik det i fig. 7B, som viser et annet skjærelement i en borkrone som legemliggjør lærene ifølge foreliggende oppfinnelse;

Fig. 8B er et lengdesnitt gjennom skjærelementet vist i fig. 8A; og

Fig. 9 er et fotomikrogram av et slipeslitasjebestandig materiale som legem-liggjør læren ifølge foreliggende oppfinnelse og som innbefatter wolfram karbidpartikler hovedsakelig vilkårlig fordelt i en matriks.

Måter å utføre oppfinnelsen på

De her viste illustrasjoner, med unntak av fig. 9 er ikke ment å være virke-lige bilder av noe spesielt materiale, apparat, system, eller metode, men er bare idealiserte representasjoner som anvendes for å beskrive den foreliggende oppfinnelse. Dessuten kan elementer som er felles for figurene beholde den samme numeriske betegnelse.

Fig. 5 representerer en polert og etset overflate på et slipeslitasjebestandig materiale 54 som legemliggjør lærer ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 9 er et virkelig fotomikrogram av en polert og etset overflate på et slipeslitasjebestandig materiale som legemliggjør lærer ifølge foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 5, innbefatter det slipeslitasjebestandige materiale 54 en flerhet av sintrede wolfram karbidpelleter 56 og en flerhet av støpte wolfram karbidgranuler 58 hovedsakelig vilkårlig fordelt i et matriksmateriale 60. Hver sintret wolfram karbidpellet 56 kan ha en generelt sfærisk pelletkonfigurasjon. Med termen "pellet" som her brukt menes hvilken som helst partikkel som har en generelt sfærisk form. Pelleter er ikke sanne sfærer, men mangler hjørnene, skarpe kanter, og vinkelutspring som vanligvis finnes i knuste og andre ikke-sfæriske wolfram karbidpartikler. I noen ut-føringsformer av foreliggende oppfinnelse, kan støpte wolfram karbidgranuler være eller innbefatte støpte wolfram karbidpelleter, som vist i fig. 9.

Hjørner, skarpe kanter, og vinkelutspring kan skape restspenninger som kan bringe wolfram karbidmaterialet i partikkelområdene nær restspenningene til å smelte ved lavere temperaturer under påføring av det slipeslitasjebestandige materiale 54 på en overflate av borkronen. Smelting eller delvis smelting av wolfram karbidmaterialet under påføring, kan lette atomdiffusjon mellom wolfram karbidpartiklene og det omgivende matriksmateriale. Som tidligere omtalt her, kan atomdiffusjon mellom matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og støpte wolfram karbidgranuler 58 kan gjøre matriksmaterialet 60 sprøtt i om råder rundt wolfram karbidpelletene 56, 58 og redusere hardheten til wolfram karbidpelletene 56, 58 i deres ytre områder. Slik atomdiffusjon kan forringe de sam-lede fysiske egenskaper til det slipeslitasjebestandige materiale 54. Bruken av sintrede wolfram karbidpelleter 56 (og eventuelt støpte wolfram karbidpelleter 58) istedenfor konvensjonelle wolfram karbidpartikler som omfatter hjørner, skarpe kanter og vinkelutspring kan redusere slik atomdiffusjon og derved bevare de fysiske egenskaper til matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter (og eventuelt de støpte wolfram karbidpelleter 58) under påføring av det slipeslitasjebestandige materiale 54 på overflatene til borkroner og andre verktøy.

Matriksmaterialet 60 kan omfatte mellom ca. 20 vekt% og ca. 60 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. I noen utføringsformer kan matriksmaterialet 60 omfatte mellom ca. 30 vekt% og ca. 50 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. Nærmere bestemt kan matriksmaterialet 60 omfatte mellom ca. 35 vekt% og ca. 45 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. Flerheten av sintrede wolfram karbidpelleter 56 kan omfatte mellom ca. 30 vekt% og ca. 55 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. Videre kan flerheten av støpte wolfram karbidgranuler 58 omfatte mindre enn ca. 35 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. Nærmere bestemt kan flerheten av støpte wolfram karbidgranuler omfatte mellom ca. 10 vekt% og ca. 35 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. For eksempel kan matriksmaterialet 60 være ca. 40 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54, flerheten av sintrede wolfram karbidpelleter 56 kan være ca. 48 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54, og flerheten av støpte wolfram karbidpartikler 58 kan være ca. 12 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54.1 ytterligere utføringsformer kan flerheten av støpte wolfram karbidgranuler 58 omfatte mellom ca. 15 vekt% og ca. 35 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54.

De sintrede wolfram karbidpelleter 56 kan være større enn de støpte wolfram karbidgranuler 58. Videre kan antallet av støpte wolfram karbidgranuler 56 per volumenhet av det slipeslitasjebestandige materiale 54 være høyere enn antallet av sintrede wolfram karbidpelleter 58 per volumenhet av det slipeslitasjebestandige materiale.

De sintrede wolfram karbidpelleter 56 kan omfatte -850 um (heretter angitt som -20 ASTM mesh) pelleter. Som her brukt betyr uttrykket "-20 ASTM mesh pelleter" pelleter som kan passere gjennom en ASTM nr. 20 USA standard testsikt. Slike sintrede wolfram karbidpelleter har en gjennomsnittlig diameter på mindre enn ca. 850 mikrometer. Gjennomsnittsdiameteren til de sintrede wolfram karbidpelleter kan være mellom ca. 1,1 ganger og ca. 5 ganger større enn gjennomsnittsdiameteren til de støpte wolfram karbidgranuler 58. De støpte wolfram karbidgranuler 58 kan omfatte -425 um (-40 ASTM mesh) granuler. Som her brukt betyr uttrykket "-40 ASTM mesh granuler" granuler som kan passere gjennom en ASTM nr. 40 USA standard testsikt. I noen utføringsformer kan de støpte wolfram karbidgranuler 58 omfatte -150 um (-100 ASTM mesh) støpte wolfram karbidpelleter. Som her brukt betyr uttrykket "-100 ASTM mesh pelleter" pelleter som kan passere gjennom en ASTM nr. 100 USA standard testsikt. Slike støpte wolfram karbidgranuler kan ha en gjennomsnittlig diameter på mindre enn ca. 150 mikrometer.

Som et eksempel kan de sintrede wolfram karbidpelleter om-

fatte -250/+180 um (heretter angitt som -60/+80 ASTM mesh) pelleter, og de støpte wolfram karbidgranuler 58 kan omfatte -150/+53 um (heretter angitt som -100/+270 ASTM mesh) granuler. Som her brukt betyr uttrykket "-60/+80 ASTM mesh pelleter" pelleter som passere gjennom en ASTM nr. 60 USA standard testsikt, men som ikke kan passere gjennom en ASTM nr. 80 USA standard testsikt. Slike sintrede wolfram karbidpelleter kan ha en gjennomsnittsdiameter på mindre ca. 250 mikrometer og større enn ca. 180 mikrometer. Videre betyr uttrykket "-100/+270 ASTM mesh granuler" som her brukt, granuler som kan passere gjennom en ASTM nr. 100 USA standard testsikt, men ikke passere gjennom en ASTM nr. 270 USA standard testsikt. Slike støpte wolfram karbidgranuler 58 kan ha en gjennomsnittsdiameter i området fra ca. 50 mikrometer til ca.

150 mikrometer.

Som et annet eksempel, kan en flerhet av sintrede wolfram karbidpelleter 56 omfatte en flerhet av -60/+80 ASTM mesh sintrede wolfram karbidpelleter og en flerhet av -125/+53 um (heretter angitt som -120/+270 ASTM mesh) sintrede wolfram karbidpelleter. Flerheten av -60/+80 ASTM mesh sintrede wolfram karbid pelleter kan omfatte mellom ca. 30 vekt% og ca. 40 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54, og flerheten av -120/+270 ASTM mesh wolfram karbidpelleter kan omfatte mellom ca. 15 vekt% og ca. 25 vekt% av det slipeslitasjebestandige materiale 54. Som her brukt betyr uttrykket "-120/+270 ASTM mesh pelleter pelleter som kan passere gjennom en ASTM nr. 120 USA standard testsikt, men ikke gjennom en ASTM nr. 270 USA standard testsikt. Slike sintrede wolfram karbidpelleter 56 kan ha en gjennomsnittsdiameter i området fra ca. 50 mikrometer til ca. 125 mikrometer.

I en spesiell utføringsform, angitt bare som et eksempel, kan det slipeslitasjebestandige materiale 54 omfatte ca. 40 vekt% matriksmateriale 60, ca. 48 vekt% -850/+560 um (heretter angitt som -20/+30 ASTM mesh) sintrede wolfram karbidpelleter 56, og ca. 12 vekt% -106/+45 um (heretter angitt som -140/+325 ASTM mesh) støpte wolfram karbidgranuler 58. Som her brukt betyr uttrykket "-20/+30 ASTM mesh pelleter" pelleter som kan passere gjennom en ASTM nr. 20 USA standard testsikt, men ikke gjennom en ASTM nr. 30 USA standard testsikt. Likeledes betyr uttrykket "-140/+325 ASTM mesh pelleter" pelleter som kan passere gjennom ASTM nr. 140 USA standard testsikt, men ikke gjennom en ASTM nr. 325 USA standard testsikt. Matriksmaterialet 60 kan omfatte en nikkelbasert legering, som ytterligere kan innbefatte et eller flere tilleggselementer så som for eksempel krom, bor, og silisium. Matriksmaterialet 60 kan også ha et smeltepunkt på mindre enn ca. 1100°C, og kan oppvise en hardhet på mellom 35 og ca. 60 på Rockwell C-skalaen. Nærmere bestemt kan matriksmaterialet 60 oppvise en hardhet på mellom ca. 40 og ca. 55 på Rockwell C-skalaen. For eksempel kan matriksmaterialet 60 oppvise en hardhet på ca. 40 på Rockwell C-skalaen.

Støpte granuler og sintrede pelleter av andre karbider enn wolfram karbid kan også brukes til å fremstille slipeslitasjebestandige materialer som anvender lærene ifølge foreliggende oppfinnelse. Slike andre karbider innbefatter, men er ikke begrenset til, kromkarbid, molybdenkarbid, niobiumkarbid, tantalkarbid, titan-karbid, og vanadiumkarbid.

Matriksmaterialet 60 kan omfatte et metallegeringsmateriale som har et smeltepunkt som er mindre enn ca. 1100 °C. Videre kan hver sintret wolfram karbidpellet 56 i flerheten av sintrede wolfram karbidpelleter 56 omfatte en flerhet av wolfram karbidpartikler som er bundet sammen ved hjelp av en bindemiddellegering som har et smeltepunkt som er større enn ca. 1200 °C. For eksempel kan bindemiddellegeringen omfatte et koboltbasert metallegeringsmateriale eller et nikkelbasert legeringsmateriale som har et smeltepunkt som er større enn ca. 1200 °C. I denne konfigurasjon kan matriksmaterialet 60 være hovedsakelig smeltet under påføring av det slipeslitasjebestandige materiale 54 på en overflate av et boreverk-tøy så som en borkrone uten hovedsakelig smelting av de støpte wolfram karbidgranuler 58 eller bindemiddellegeringen eller wolfram karbidpartiklene i de sintrede wolfram karbidpelleter 56. Dette gjør det mulig å påføre det slipeslitasjebestandige materiale 54 til en overflate på et boreverktøy ved lavere temperaturer for å minimere atomdiffusjon mellom de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og matriksmaterialet 60 og mellom de støpte wolfram karbidgranuler 58 og matriksmaterialet 60.

Som tidligere omtalt her, medvirker minimering av atomdiffusjon mellom matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og wolfram karbidgranuler 58, til å opprettholde den kjemiske sammensetning og de fysiske egenskaper til matriksmaterialet 60, de sintrede wolfram karbidpelleter 56, og de støpte wolfram karbidgranuler 58 under påføring av det slipeslitasjebestandige materiale 54 på overflatene til borkroner og andre verktøy.

Matriksmaterialet 60 kan også innbefatte forholdsvis små mengder av andre elementer, så som karbon, krom, silisium, bor, jern og nikkel. Videre kan matriksmaterialet 60 også innbefatte et fluksmateriale så som silisiummangan og lege-ringselement så som niobium, og et bindemiddel så som et polymermateriale.

Fig. 6 er et riss i større målestokk av en sintret wolfram karbidpellet 56 vist i fig. 5. Hardheten til den sintrede wolfram karbidpellet 56 kan være hovedsakelig den samme i hele pelleten. For eksempel kan den sintrede wolfram karbidpellet 56 innbefatte et perifert eller ytre område 57 av den sintrede wolfram karbidpellet 56. Det ytre område 57 kan grovt sett innbefatte området av den sintrede wolfram karbidpellet 56 utenfor den brutte linje 64. Den sintrede wolfram karbidpellet 56 kan oppvise en første gjennomsnittshardhet i pelletens sentrale område omsluttet av den brutte linje 64, og en andre gjennomsnittshardhet ved steder innenfor pelletens perifere område 57 utenfor den brutte linje 64. Den andre gjennomsnittshardhet til den sintrede wolfram karbidpellet 56 kan være større enn 99% av den første gjennomsnittlige hardhet til den sintrede wolfram karbidpellet 56. Som et eksempel kan den første gjennomsnittshastighet være ca. 91 på Rockwell A-skalaen og den andre gjennomsnittshastighet kan være ca. 90 på Rockwell A-skalaen. Videre kan bruddseigheten til matriksmaterialet 60 innenfor området 61 nær den sintrede wolfram karbidpellet 56 og omsluttet av den brutte linje 66, være hovedsakelig lik bruddseigheten til matriksmaterialet 60 utenfor den brutte linje 66.

Kommersielt tilgjengelige metallegeringsmaterialer som kan brukes som matriksmaterialet 60 i det slipeslitasjebestandige materiale 54 selges av Broco, Inc., Rancho Cucamonga, California under handelsnavnene VERSALLOY® 40 og VERSALLOY®50. Kommersielt tilgjengelige sintrede wolfram karbidpelleter 56 og støpte wolfram karbidgranuler 58 som kan brukes i det slipeslitasjebestandige materiale 54 selges av Sulzer Metco WOKA GmbH, Barchfeld, Tyskland.

De sintrede wolfram karbidpelleter 56 kan ha forholdsvis høy bruddseighet i forhold til de støpte wolfram karbidgranuler 58, mens de støpte wolfram karbidgranuler 58 kan ha forholdsvis høy hardhet i forhold til de sintrede wolfram karbidpelleter 56. Ved å bruke matriksmaterialet 60 som her beskrevet, kan bruddseigheten til de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og hardheten til de støpte wolfram karbidgranuler 58 opprettholdes i det slipeslitasjebestandige materiale 54 under påføring av det slipeslitasjebestandige materiale 54 på en borkrone eller annet verktøy, for derved å frembringe et slipeslitasjebestandig materiale 54 som er forbedret i forhold til kjente slipeslitasjebestandige materialer.

Slipeslitasjebestandige materialer som legemliggjør lærene ifølge foreliggende oppfinnelse, så som det slipeslitasjebestandige materiale 54 vist i fig. 5-6 kan påføres utvalgte områder på overflaten av rotasjonsborkroner (så som rotasjonsborkronen 10 vist i fig. 1), rullemeiselborkroner (engelsk: rolling cutter drill bits eller roller cone drill bits), og andre boreverktøy som utsettes for slitasje så som rømming under boring-verktøy og ekspanderbare rømmerblad, alle slike an-ordninger og andre inngår, som tidligere angitt, i termen "borkrone".

Visse steder på en borkrones overflate kan kreve forholdsvis høyere hardhet, mens andre steder på borkronens overflate kan kreve forholdsvis høyere bruddseighet. Den relative vekt% av matriksmaterialet 60, flerheten av sintrede wolfram karbidpelleter 56, og flerheten av støpte wolfram karbidgranuler 58 kan selektivt varieres for å frembringe et slipeslitasjebestandig materiale 54 som oppviser fysiske egenskaper tilpasset et spesielt verktøy eller et spesielt område på en overflate av et verktøy. For eksempel kan overflatene på skjærtennene til en borkrone av rullemeiseltypen utsettes for forholdsvis høye støtkrefter i tillegg til frik-sjonsmessige abrasjons- eller slipekrefter. Derfor kan det slipeslitasjebestandige materiale 54 som påføres overflaten på skjærtenner innbefatte en høyere vekt% av sintrede wolfram karbidpelleter 56 med sikte på å øke bruddseigheten til det slipeslitasjebestandige materiale 54. I motsetning til dette kan kaliberoverflatene til en borkrone utsettes for forholdsvis liten støtkraft, men forholdsvis høye abrasjons- eller slipekrefter av friksjonstypen. Følgelig kan slipeslitasjebestandig materiale 54 som påføres kaliberoverflatene til en borkrone innbefatte en høyere vekt% av støpte wolfram karbidgranuler 58 med sikte på å øke hardheten til det slipeslitasjebestandige materiale 54.

I tillegg til at det påføres utvalgte områder på overflatene til borkroner og boreverktøy som utsettes for slitasje, kan det slipeslitasjebestandige materiale som legemliggjør lærene til den foreliggende oppfinnelse brukes til å beskytte strukturelle trekk eller materialer ved borkroner og boreverktøy som er forholdsvis mer tilbøyelige til slitasje.

Et parti av en representativ rotasjonsborkrone 50 som legemliggjør lærene ifølge den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 7A. Rotasjonsborkronen 50 er konstruksjonsmessig lik rotasjonsborkronen 10 vist i fig. 1, og innbefatter en flerhet av skjærelementer 22 plassert og festet i lommer utformet på borkronelegemets 12 utvendige overflate. Som vist i fig. 7A, kan hvert skjærelement 22 festes til borkronens 50 borkronelegeme 12 langs en grenseflate mellom disse. Et bindemiddel 24 som for eksempel et klebemiddel eller en hardloddelegering kan være anordnet på grenseflaten og benyttet til å sikre og feste hvert skjærelement 22 til borkronelegemet 12. Bindemidlet 24 kan være mindre slitasjebestandig enn materialene til borkronelegemet 12 og skjærelementene 22. Hvert skjærelement 22 kan omfatte en polykrystallinsk diamantbrikke 28 festet og sikret til et skjærelementlegeme eller substrat 23 langs en grenseflate.

Rotasjonsborkronen 50 omfatter videre et slipeslitasjebestandig materiale 54 anordnet på en overflate av borkronen 50. Dessuten kan områder på det slipe-slitasjebestandige materiale 54 være konfigurert til å beskytte frilagte overflater av bindemidlet 24.

Fig. 7B er et tverrsnitt gjennom skjærelementet 22 vist i fig. 7A tatt langs snittlinjen 7B-7B deri. Som vist i fig. 7B kan kontinuerlige partier av det slipeslitasjebestandige materiale 54 være bundet til både et område på borkronelegemets 12 utvendige overflate og en sideflate på skjærelementet 22 og hvert kontinuerlig parti kan strekke seg over minst ett parti av grenseflaten mellom borkronelegemet

12 og skjærelementets 22 tverrsider.

Fig. 7C er et lengdesnitt gjennom skjærelementet 22 vist i fig. 7A tatt langs snittlinjen 7C-7C deri. Som vist i fig. 7C, kan et annet kontinuerlig parti av det slipeslitasjebestandige materiale 54 være bundet til både et område på borkronelegemets 12 utvendige overflate og en sideflate på skjærelementet 22 og kan strekke seg over minst ett parti av grenseflaten mellom borkronelegemet 12 og skjærelementets 22 langsgående endeflate motsatt en polykrystallinsk diamantbrikke 28. Enda et annet kontinuerlig parti av det slipeslitasjebestandige materiale 54 kan være bundet både til et område på borkronelegemets 12 utvendige overflate og et parti av den frilagte overflate av den polykrystallinske diamantbrikke 28 og kan strekke seg over minst ett parti av grenseflaten mellom borkronelegemet 12 og endeflaten til den polykrystallinske diamantbrikke 28.

I denne konfigurasjon kan de kontinuerlige partier av det slipeslitasjebestandige materiale 54 dekke og beskytte minst ett parti av bindemidlet 24 anordnet mellom skjærelementet 22 og borkronelegemet 12 mot slitasje under boreoperasjoner. Ved å beskytte bindemidlet 24 mot slitasje under boreoperasjoner, medvirker det slipeslitasjebestandige materiale 54 til å hindre at skjærelementet 22 skil-les fra borkronelegemet 12 under boreoperasjoner, skade på borkronelegemet 12, og katastrofal svikt av rotasjonsborkronen 50.

De kontinuerlige partier av det slipeslitasjebestandige materiale 54 som dekker og beskytter frilagte overflater på bindemidlet 24 kan være konfigurert som en vulst eller vulster av slipeslitasjebestandig materiale 54 anordnet langs og over kantene til de motstøtende overflater på borkronelegemet 12 og skjærelementet 22.

Et tverrsnitt gjennom et skjærelement 22 i en annen representativ rotasjonsborkrone 50' som legemliggjør læren ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 8A og 8B. Rotasjonsborkronen 50' er konstruksjonsmessig lik rotasjonsborkro nen 10 vist i fig. 1, og innbefatter en flerhet av skjærelementer 22 plassert og festet i lommer anordnet på borkronelegemets 12' overflate. Skjærelementene 22 til rotasjonsborkronen 50' innbefatter også kontinuerlige partier av det slipeslitasjebestandige materiale 54 som dekker og beskytter frilagte overflater på et bindemiddel 24 langs kantene til motstøtende overflater på borkronelegemet 12' og skjærelementet 22, som tidligere omtalt her i forbindelse med rotasjonsborkronen 50 vist i fig. 7A-7C.

Som vist i fig. 8A er imidlertid utsparinger 70 anordnet i borkronelegemets 12' utvendige overflate nær lommene som skjærelementene 22 er festet i. I denne konfigurasjon kan vulst eller vulster av slipeslitasjebestandig materiale 54 være anordnet i utsparingene 70 langs kantene til de motstøtende overflatene på borkronelegemet 12 og skjærelementet 22. Ved å anordne vulsten eller vulstene av slipeslitasjebestandig materiale 54 i utsparingene 70, kan den utstrekning som vulst eller vulstene av slipeslitasjebestandig materiale rager ut fra rotasjonsborkro-nens 50' overflate minimeres. Derved kan abrasive og erosive materialer og strømninger som vulsten eller vulstene av slipeslitasjebestandig materiale 54 utsettes for under boreoperasjoner reduseres.

Det slipeslitasjebestandige materiale 54 kan brukes til å dekke og beskytte grenseflater mellom hvilke som helst to strukturer eller trekk ved en borkrone eller annet boreverktøy. For eksempel grenseflaten mellom et borkronelegeme og om-kretsen til slitasjeknuter eller hvilken som helst type innsats i borkronelegemet. Dessuten er det slipeslitasjebestandige materiale 54 ikke begrenset til bruk ved grenseflater mellom strukturer eller trekk og kan brukes ved hvilket som helst på hvilken som helst overflate av en borkrone eller et boreverktøy som utsettes for slitasje.

Slipeslitasjebestandige materialer som legemliggjør lærer ifølge den foreliggende oppfinnelse, så som det slipeslitasjebestandige materiale 54, kan påføres de utvalgte overflater på en borkrone eller et boreverktøy ved bruk av variasjoner av kjente teknikker. For eksempel kan et forut for påføring slipeslitasjebestandig materiale som legemliggjør lærer ifølge foreliggende oppfinnelse være fremskaffet i form av en sveisestang. Sveisestangen kan omfatte en massivt støpt eller ekstru-dert stang bestående av det slipeslitasjebestandige materiale 54. Alternativt kan sveisestangen omfatte et hult, sylindrisk rør utformet av matriksmaterialet 60 og fylt med en flerhet av sintrede wolfram karbidpelleter 56 og en flerhet av støpte wolfram karbidgranuler 58. En oksyacetylenbrenner eller hvilken som helst annen type sveisebrenner kan brukes til å varme opp minst ett parti av sveisestangen til en temperatur over matriksmaterialets 60 smeltepunkt og mindre enn ca. 1200 °C for å smelte matriksmaterialet 60. Dette kan minimere graden av atomdiffusjon som opptrer mellom matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og støpte wolfram karbidgranuler 58.

Den hastighet hvormed atomdiffusjon skjer mellom matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og støpte wolfram karbidgranuler 58 er i det minste delvis en funksjon av temperaturen hvorunder atomdiffusjon opptrer. Graden av atomdiffusjon er derfor, i det minste delvis en funksjon av både den temperatur ved hvilken atomdiffusjon opptrer og den tid atomdiffusjon tillates å opptre. Derfor kan graden av atomdiffusjon som opptrer mellom matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og støpte wolfram karbidgranuler 58 reguleres ved å regulere avstanden mellom brenneren og sveisestangen (eller forut for påføring slipeslitasjebestandig materiale), og den tid som sveisestangen utsettes for varme produsert av brenneren.

Oksyacetylen- og arcatombrennere kan være i stand til å varme opp materialer til temperaturer høyere enn 1200 °C. Det kan være fordelaktig med en svak smelting av overflaten på borkronen eller boreverktøyet som det slipeslitasjebestandige materiale 54 skal påføres like før påføring av det slipeslitasjebestandige materiale 54 på overflaten. For eksempel kan en oksyacetylen- og arcatombrenner være brakt nær inntil en overflate på en borkrone eller et boreverktøy og benyttet til å varme opp overflaten til en tilstrekkelig høy temperatur til at overflaten smelter litt eller "svetter". Sveisestangen omfattende forut for påføring slitasjebestandig materiale kan så bringes nær inntil overflaten og avstanden mellom brenneren og sveisestangen kan justere til å varme opp i det minste ett parti av sveisestangen til en temperatur over matriksmaterialets 60 smeltepunkt og mindre enn ca. 1200 °C for å smelte matriksmaterialet 60. Det smeltede matriksmaterialet 60, minst noen av de sintrede wolfram karbidpelleter 56, og minst noen av de støpte wolfram karbidgranuler 58 kan påføres borkronens overflate, og det smeltede matriksmateriale 60 kan størkne under kontrollert avkjøling. Avkjølingshastigheten kan reguleres for å regulere mikrostrukturen og de fysiske egenskaper til det slipeslitasjebestandige materiale 54.

Alternativt kan det slipeslitasjebestandige materiale 54 påføres en overflate på en borkrone eller et boreverktøy ved bruk av en buesveisingsteknikk, så som en plasmaoverført buesveisingsteknikk. For eksempel kan matriksmaterialet 60 være i form av et pulver (små partikler av matriksmateriale 60). En flerhet av sintrede wolfram karbidpelleter 56 og en flerhet av støpte wolfram karbidgranuler 58 kan blandes med et pulverisert matriksmateriale 60 for å danne et forut for påfø-ring slitasjebestandig materiale i form av en pulverblanding. En plasmaoverført buesveisemaskin kan så brukes til å varme opp minst ett parti av det forut for på-føring slitasjebestandige materiale til en temperatur over matriksmaterialets 60 smeltepunkt og mindre enn ca. 1200 °C for å smelte matriksmaterialet 60.

Plasmaoverførte buesveisemaskiner omfatter typisk en ikke-avsmeltende elektrode som bringes nær inntil substratet (borkrone eller annet boreverktøy) som skal påføres materiale. En plasmadannende gass tilveiebringes mellom substratet og den ikke-avsmeltende elektrode, typisk i form av en søyle av strømmende gass. En lysbue genereres mellom elektroden og substratet for å generere et plasma i den plasmadannende gass. Det pulveriserte forut for påføring slitasjebestandige materiale kan rettes gjennom plasmaet og over på en overflate på substratet ved bruk av en inert bærergass. Når det pulveriserte forut for påføring slitasjebestandige materiale passerer gjennom plasmaet, blir det oppvarmet til en temperatur der minst noe av det slitasjebestandige materiale vil smelte. Når det minst delvis smeltede slitasjebestandige materiale er blitt avsatt på substratoverflaten, får det slitasjebestandige materiale størkne. Slike plasmaoverførte buesveisemaskiner er kjent innen faget og kommersielt tilgjengelige.

Temperaturen som det forut for påføring slitasjebestandige materiale opp-varmes til når materialet passerer gjennom plasmaet, kan i det minste delvis reguleres ved å regulere strømmen som passerer mellom elektroden og substratet. For eksempel kan strømmen pulses ved en valgt pulshastighet mellom en sterkstrøm og en svakstrøm. Svakstrømmen kan velges tilstrekkelig sterk til å smelte i det minste matriksmaterialet 60 i det forut for påføring slitasjebestandige materiale, og sterkstrømmen kan være tilstrekkelig sterk til å smelte eller svette substratets overflate. Alternativt kan svakstrømmen velges til å være for lav til å smelte noe av det forut for påføring slitasjebestandige materiale, og sterkstrømmen kan være tilstrekkelig sterk til å oppvarme minst ett parti av det forut for påføring slitasjebestandige materiale til en temperatur over matriksmaterialets 60 smeltepunkt og mindre enn ca. 1200 °C for å smelte matriksmaterialet 60. Denne kan minimere graden av atomdiffusjon som opptrer mellom matriksmaterialet 60 og de sintrede wolfram karbidpelleter 56 og støpte wolfram karbidgranuler 58.

Andre sveiseteknikker så som MIG-sveiseteknikker, TIG-sveiseteknikker, samt flammesprøyte-sveiseteknikker er kjent innen faget og kan benyttes til å på-føre det slipeslitasjebestandige materiale 54 på en overflate av en borkrone eller et boreverktøy.