[发明专利]热压聚合粗粒金刚石钻头的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质工程学科领域所用金刚石钻头的制造方法，特别是一种热压聚合粗粒金刚石钻头的制造方法。

背景技术

我国开始研制人造金刚石钻头，至今为止已有近半个世纪。目前的金刚石钻头虽然具有较好的性能，可以获得较高的经济技术指标。但是，随着向深部找矿方向的发展，岩层越来越坚硬和复杂、多变；绳索取芯钻探势在必行，要求金刚石钻头不仅钻进效率要高，而且要求使用寿命要长，还要求钻头对岩层的适应性要好；而现有的金刚石钻头的品种少，其性能很难满足上述多方面的要求。

金刚石钻头在钻进中，部分金刚石的棱角处会出现微脆裂现象，这有利于维持钻头的锋利状态和提高钻进速度。但这种微脆裂是很有限的，因此，对提高钻进速度也是有限的；同时，多数金刚石不具有微脆裂的现象，不具备自锐作用。

综上所述，因现有的钻头存在诸多不足，已不能满足当前钻探的需求，故研制一种钻进效率高、使用寿命长和对岩性适应性好的钻头已是地质工程学科的当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种热压聚合粗粒金刚石钻头的制造方法，使其生产出的钻头钻进效率高，使用寿命长，对不同岩石的适应性好，从而满足地质工程学科领域的更高需求。

本发明的目的由以下技术方案来实现：

一种热压聚合粗粒金刚石钻头的制造方法，其主要工艺步骤为：

(1)所选用原料为真空钎焊法聚合的粗粒金刚石，按照设计与要求在钢质模具上钻出有规律排布的小孔，将聚合粗粒金刚石填入钢质模具的小孔中，再覆盖上含有胶黏剂的胎体金属材料粉末，在冷压机上进行压制，其冷压压力为180～220MPa，保压时间为5～8s，即可预制出不同规格的钻头扇形切削单元薄层，其每层厚为1.6～2.5mm；

(2)将聚合粗粒金刚石扇形切削单元薄层，按外径从大至小逐层叠加装入石墨模具内，组成多个钻头扇形切削工作块，每个扇形切削工作块由规格不同的5～8层聚合粗粒金刚石切削单元薄层沿钻头径向竖直排列组合而成；全部扇形切削工作块组装完后，装入焊接层金属粉料，压上钻头钢基体，送入中频电炉中热压烧结，其热压温度为960～970℃，热压压力为18～20MPa，保温时间为5～6min，出炉后置于保温条件下缓冷至室温，即完成该钻头的制造。

所述步骤(1)中含有胶黏剂的胎体金属材料粉末，其组分重量百分比为：Ni占12％～16％，Fe占28％～32％，Cu-Re合金占32％～36％，YG8占12％～18％，Mn占2％～4％。

所述步骤(1)中的胎体金属材料粉末的硬度为HRC30～HRC35，耐磨性为(0.36～0.42)×10^-5ML。

所述步骤(1)中的冷压压力为200MPa，保压时间为5s。

所述步骤(2)中的热压温度为960℃，热压压力为18MPa，保温时间为5min。

所述步骤(2)中的热压保温后的出炉温度为820℃。

所述步骤(1)中所选用的真空钎焊法聚合的粗粒金刚石，其粒径为1.2～2.0mm。

本发明的有益效果：

本发明工艺较简单，操作较容易，其产品钻进性能好，使用寿命长。该产品的结构最能体现钻头回转钻进破碎岩石的基本原理，最能充分发挥岩石破碎穴效应，因而破碎岩石效率高，故该结构钻头有利于提高钻头的钻进效率和提高钻头对岩层的适应性能。钻进试验表明所获得的钻进时效比普通金刚石钻头要高22％～27％，钻头的使用寿命要高18～20％，这是其它普通金刚石钻头所不具有的特点和优势。该金刚石钻头可用于地质勘探、石油钻井、科学钻探和工程勘察，同时还可用于地质灾害的治理。

附图说明

图1为本发明中冷压成型聚合粗粒金刚石切削单元薄层与工作块的结构示意图；其中：(A)为聚合粗粒金刚石切削单元薄层；(B)为由多层不同规格的聚合粗粒金刚石切削单元薄层组合成的扇形切削工作块。

图2为热压聚合粗粒金刚石钻头底唇面结构示意图；

图3为图2的I-I剖视结构示意图。

以上附图中，各标号与零部件的对应关系为：

1-钎焊聚合粗粒金刚石；2-包镶聚合粗粒金刚石的胎体金属材料粉末；3-聚合粗粒金刚石切削单元薄层；4-由不同规格、多层聚合粗粒金刚石切削单元薄层组合成的钻头扇形切削工作块；5-热压聚合粗粒金刚石钻头水口；6-热压聚合粗粒金刚石钻头钢基体；7-热压聚合粗粒金刚石钻头焊接层金属粉料；8-由各切削工作块4构成的切削工作体。

具体实施方式