[发明专利]适用于深孔钻进条件下的金刚石钻头胎体粉及钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石钻头治金材料，具体涉及一种适用于深孔钻进条件下的金刚石钻头胎体粉。

背景技术

在国家“深部找矿”战略背景下，地质找矿工作已经从过去的浅部转向深部(超过2000米)甚至超深部(大于4000米)。深部钻探对金刚石钻进工具提出了更为严格的要求，如更长的钻头寿命，更高的钻进效率，较少的起下钻次数等。

在深部钻进条件下，金刚石钻头的寿命与效率主要取决于所使用的金属结合剂(即胎体粉)。金属结合剂对金刚石磨料起着把持作用，决定着每颗金刚石磨粒的出刃与脱落，即直接决定着金刚石钻头的钻进寿命与效率。选择强度高、对金刚石把持力好、自锐性好并且与金刚石磨粒相匹配的金属结合剂显得尤为重要。

金刚石钻头经过50年的发展，在配方设计、结构优化等方面取得了很大的进步，但还是满足不了当前深孔钻进的需要。钻头的胎体配方体系仍然是以传统的单质粉混合，其制作方法还停留在几十年前。单质粉混合的最大不足是在混料过程中容易造成成份偏析，从而使得胎体不均匀，因此产品经常出现质量稳定性差、寿命短等问题，制约了金刚石钻头在深部钻进条件下的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于深孔钻进条件下的金刚石钻头胎体粉。本发明所述的胎体粉具有更好的力学性能，采用本发明所述胎体粉的钻头具有更好的钻进效率及寿命，尤其适用于深孔钻进。

本发明所述的适用于深孔钻进条件下的金刚石钻头胎体粉，按重量百分比计，包括以下组分：

碳化钨30～60％、FeCoCu预合金粉15～52％、镍6～10％、铜锡15 7～11％、锰3～6％、La-Ni稀土合金粉1～2％；

其中：

所述FeCoCu预合金粉的组成按重量百分比计为：铁50～65％、钴15～20％和铜15～35％；

所述La-Ni稀土合金粉的组成按重量百分比计为：La 30％、Ni 60％以及余量的Co。

上述技术方案中，各组分的重量百分比优选为：

碳化钨32～45％、FeCoCu预合金粉30％～45％、镍8～10％、铜锡158～10％、锰4～5％、La-Ni稀土合金粉1.5～2％。

上述技术方案中，所述的FeCoCu预合金粉是以铁、钴和铜的可溶性氯盐、硫酸盐或硝酸盐为原料，采用共沉淀法制备得到。可按现有常规的共沉淀法进行制备，优选按以下步骤进行制备：

a)溶液的配制：根据合金粉末的成分计算出各金属离子的添加当量，将铁、钴和铜的可溶性氯盐、硫酸盐、硝酸盐中的一种与去离子水配制成水溶液，得到金属盐溶液；根据合金粉末的成分计算出沉淀剂的添加当量，将过量20～25％的沉淀剂和去离子水配制成沉淀剂溶液。

b)共沉淀反应：将金属盐溶液和沉淀剂溶液混合，调节反应溶液的pH值(通常用氨水)后进行共沉淀反应，共沉淀反应40～60min后(反应温度通常为45～60℃)，固液分离，得复合金属盐沉淀物；

c)过滤、洗涤和干燥：复合金属盐沉淀物用去离子水清洗，除去杂质离子，直至清洗滤液的电导率小于50μs/cm时，再将沉淀物置于干燥箱中烘干；

d)煅烧、还原：将烘干的复合金属盐沉淀物置于还原炉中，在氨分解气气氛下，于400～600℃条件下煅烧还原3～4h，得到FeCoCu预合金粉。

以上所述的沉淀剂为草酸、草酸盐或碳酸盐。步骤a)中，沉淀剂溶液的浓度优选为1.4～2.4mol/L，步骤b)中共沉淀反应时通常是调节反应溶液的pH值至0.9～2.5。

上述技术方案中，所述的La-Ni稀土合金粉是称取相应量的La粉、Ni粉以及Co粉，通过机械球磨制得。具体是称取相应量的单质粉，置于行星式球磨机内进行球磨(球磨时间通常为24～48h)，研磨结束后真空密封，备用。

本发明所述胎体粉所用到的单质粉的纯度均大于99.9％，所述各组分的粒度优选是在-200目以下。

本发明所述胎体粉的制备方法是将各组分混合均匀即可。

本发明还包括一种适用于深孔钻进条件下的金刚石钻头，该钻头包括胎体，制作胎体的原材料包括胎体粉和金刚石颗粒，所述制作胎体的胎体粉采用上述配方的胎体粉。

本发明所述适用于深孔钻进条件下的金刚石钻头的技术方案中，所述金刚石颗粒在制作胎体原材料中的体积浓度为17.5～28％，优选为17.5～22.5％。