[发明专利]一种地质矿产勘查装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种地质矿产勘查装置及其制备方法，具体涉及一种地质矿产勘查钻头及其制备方法。

背景技术

目前，在地质矿产勘探中，大多数矿场都使用PDC钻头，并且随着复合片技术和钻井工艺的发展，这种趋势仍将继续。PDC钻头主要分为钢体PDC钻头和胎体PDC钻头。两种钻头存在各自的优缺点，胎体PDC钻头耐磨性好，其应用地层也主要在深部的坚硬岩层，但是胎体PDC钻头体材料硬度不高以及抗弯强度差，导致钻头设计时只能采用较厚的刮刀，以增强钻头刮刀的抗冲击能力，避免断刮刀等恶性钻井事故的发生。钢体PDC钻头采用高强度合金钢加工而成，强度高，虽然采用了表面堆焊等工艺来强化，但是和胎体钻头相比，仍然显得耐磨能力不足。因此，如果可以制备一种钻头在具有较好的耐磨性能、抗弯强度，而且具有较高的硬度，而且无需使用刮刀，并将具备广泛的市场潜力。

胎体PDC钻头的胎体粉是由普通的粒颗粒的铸造碳化钨和镍粉混合而成的，其存在抗弯强度低、硬度较差、加工效率低以及成品较高等缺点，在硬质矿产打孔过程中，一个金刚石钻头一般只能钻50-80个孔，并不能很好满足矿产勘查领域的实际需要。如何对胎体PDC钻头进行改进，提高钻头胎体的抗弯强度、洛氏硬度以及磨耗比是现有技术亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中PDC钻头存在的缺陷，本发明在现有技术的基础上，通过尝试不同的原料添加以及配比，制备出了一种性能较佳的地质矿产勘查钻头。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种地质矿产勘查装置，其包含钻头，所述钻头由刀头和基体组合而成，所述刀头由如下重量配比的原料制备而成；

单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；

铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe，均为质量百分数；

碳化硅粉15％，300目；

氧化铝粉12％，200目；

碳化钛粉10％，粒度为400目；

氮化硅粉6％，325目；

锰粉3％，500目；

钴粉1％，200目；

制备方法如下：

按照重量比例称取上述原料，首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体，最后将胎体加工成刀头，焊接到基体上即得所述钻头。

本发明还提供了一种地质勘查钻头胎体，由如下重量配比的原料制备而成；

单晶碳化钨粉35％，粒度为350目；

铸钢粉18％，粒度400目，成份如下：C：0.9-1.1％，Mn：0.8-1.0％，Si：0.4-0.6％，余量为Fe；

碳化硅粉15％，300目；

氧化铝粉12％，200目；

碳化钛粉10％，粒度为400目；

氮化硅粉6％，325目；

锰粉3％，500目；

钻粉1％，200目；

胎体的制备方法如下：

按照重量比例称取上述原料，首先将单晶碳化钨粉与甲基丙烯酸甲酯按照5∶1的质量比例混合，搅拌均匀后静止30分钟得到混合物A；然后将铸钢粉、碳化硅粉、氧化铝粉、碳化钛粉、氮化硅粉、锰粉以及钴粉混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后搅拌10分钟，然后装到石墨模具中，并上下振荡三次，用压板压实，然后放入到高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为1100℃，烧结时间为30分钟，烧结结束后继续在高温烧结炉中保温5小时；将上述烧结模具取出，冷却至室温，出模，得到胎体。

本发明的有益效果在于：本发明钻头胎体的抗弯强度、洛氏硬度以及磨耗比等均优于常规的PDC钻头胎体，可作为PDC钻头胎体的替代品，应用于地质勘查领域中。本发明选择合适比例的锰粉提高韧性和耐磨性，并且采用合适的粒度，用于填补原材料之间的空隙。本发明选用甲基丙烯酸甲酯和钴粉为粘合剂材料，可大大提高耐磨性；并且选用添加适量碳化硅和氮化硅用来替代镍和锰的含量，降低了重金属的利用。