[发明专利]一种粉末冶金钻头胎体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，特别是一种粉末冶金钻头胎体及其制备方法。

背景技术

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。粉末冶金结构件制品材料成分不受熔炼限制，既可以加入合金成分，也可以加入其它结构组分，并且在相当大的范围内根据要求进行调整，进而在力学性能上能达到与钢件匹配的效果。

钻头胎体是包镶金刚石和连接空白钻头体的钻头冠部合金或金属。它一般用难熔金属碳化钨粉末或铸造碳化钨为骨架材料；以易熔金属如Cu、cu-Ni、zn、Sn、Mn等为粘结剂,在模具内以高温条件下压结，温度一般为1000～1200℃。钻头的工作能力在很大程度上取决于胎体的性质,要有相当的强度、抗冲击韧性,特别是硬度与耐磨性要与所钻岩层性质相适应。孕镶金刚石钻头随钻进胎体要相应磨损,使金刚石不断裸露出来以破碎岩石,因此胎体硬度与耐磨性是孕镶钻头的一个重要指标。调节胎体骨架金属的成分、粒度,以及粘结金属的成分、比例和烧结工艺可改变胎体硬度和耐磨性,保证在各类岩层中都能取得最好的钻进效果。按胎体的硬度进行了分类分级,共分软、中硬、硬3类,6级,见表。坚硬致密的弱研磨性地层应选用软胎体,即洛氏硬度(HRC)在35以下；在强研磨性地层、裂隙地层则应选用硬胎体,即HRC硬度在35～45之间。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的金刚石钻头胎体，该胎体具有钻切速度快的优点，提高实际钻切时的工作效率。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种粉末冶金钻头胎体，由下列重量份的原料制成：锡2.4-2.6、镍3.5-3.8、Be0.2-0.3、La0.14-0.18、Zn3.2-3.5、碳化铌0.6-0.9、碳化钨0.9-1.2、三氧化二铊0.12-0.16、三氧化二铝0.73-0.82、碳黑0.95-1.20、硬酯酸锌2.45-2.90、铁粉92-94、助剂1-2；

所述助剂由下列重量份的原料制成：铁粉3-4、氧化锌1-2、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯1-2、高岭土2-3、聚乙烯醇2-3、碳纤维1-2、硫酸亚铁2-3、三聚磷酸钠1-2、云母粉3-4、交联剂 TAIC1-2、硬脂酸锌1-2。制备方法是将铁粉、氧化锌、硫酸亚铁、三聚磷酸钠、云母粉混合，研磨成200-300目粉末，然后加入异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯混合均匀，在10-15Mpa下压制成坯料，然后，送入920-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，粉碎成300-400目粉末，与其它剩余成分混合，加热至60-70℃，在1200-1500转/分下搅拌1-2小时，即得。

本发明所述粉末冶金钻头胎体，由以下具体步骤制成：

（1）将锡、镍、Be、La、Zn、碳化铌、碳化钨、铁粉混合，加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到250-400目粉末，然后，喷雾干燥、烘干，在9-11Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下700-750℃进行烧结8-10小时，将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛；

（2）将其它剩余成分混合均匀；

（3）将步骤（1）、（2）物料在60-65℃下混合搅拌均匀75-95分钟后，装入模具，压制成坯；

（4）将压坯放在烧结炉中，以9-12℃/分钟速率升温至350-450℃条件下烧结1-2小时，再以6-8℃/分钟速率升温至650-750℃条件下烧结1.5-2小时;然后以5-7℃/分钟速率升温至1085-1150℃条件下烧结2-3小时；最后空气中冷却至室温即可。

本发明的金刚石钻头胎体具有钻切速度快的优点，提高实际钻切时的工作效率。此外，应用该胎体的钻头刀头烧结温度低，避免对金刚石的高温损伤，并且起到节能降耗的作用，使钻头的性价比提高，降低了生产成本。

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。