[发明专利]PDC钻头浸渍合金及其制备方法

说明书

本发明属于PDC钻头领域，具体涉及一种PDC钻头浸渍合金及其制备方法。旨在解决传统的PDC钻头浸渍合金冲击韧性较差、抗拉强度低和浸渍温度较高的问题。本发明PDC钻头浸渍合金组织致密均匀，冲击韧性好、抗拉强度高且浸渍温度较低，综合性能优异。

技术领域

本发明属于PDC钻头领域，具体涉及一种PDC钻头浸渍合金及其制备方法。

背景技术

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，其广泛应用于石油钻井、采矿、采煤等探矿掘进工程。但是由于PDC钻头独特的结构，一旦PDC钻头损坏留在油井或矿井中将会很难取出，这样一来将会对国家造成无法估量的损失。

2003年美国克里斯坦森公司、史密斯钻头公司等14家美国知名钻头制造公司推出了PDC钻头的新型加工方法，该方法采用铸造WC颗粒加入浸渍合金无压浸渍制成PDC钻头。通常情况下，钻头的使用寿命、抗剪切能力和抗耐磨性能与其使用的浸渍合金的性能密切相关。为了保证浸渍合金和WC的良好润湿性，PDC钻头浸渍合金一般采用铜基合金，当前PDC钻头所使用的浸渍合金大多数为Cu-Ni-Sn-Mn-Fe浸渍合金，这种合金的成本高、抗拉强度较低、流动性差、浸渍温度较高。部分PDC钻头使用的浸渍合金为Cu-Mn-Zn合金，该合金Zn的含量约为20％，Mn的含量为10％～60％，虽然其浸渍温度有所降低，但它的流动性下降明显，而且由于合金中Mn的含量较高导致浸渍合金的晶粒粗大，降低了浸渍合金的强度和韧性。

综上所述，开发一种综合性能优良的PDC钻头浸渍合金有利于PDC钻头性能的提高。

发明内容

本发明要解决传统的PDC钻头浸渍合金冲击韧性较差、抗拉强度低和浸渍温度较高的问题。为解决上述问题，本发明提供一种综合性能优异的PDC钻头浸渍合金。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种PDC钻头浸渍合金，它的合金表达式为Cu_aZn_bNi_cMn_d，合金表达式中a、b、c和d分别表示各对应组分的质量百分比含量，且满足以下条件：a为70～85，b为2～10，c为5～15，d为2～10，a+b+c+d＝100。

任选地，所述PDC钻头浸渍合金表达式中b为3～5，如为4。

任选地，所述的PDC钻头浸渍合金，其合金表达式为Cu_81.5Zn₄Ni₁₀Mn_4.5。

作为更详细的示例，本发明PDC钻头浸渍合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取纯度为99.99wt％的Cu、纯度为99.99wt％的Zn、纯度为99.99wt％的Ni、纯度为99.99wt％的Mn作为原料，按照Cu_aZn_bNi_cMn_d合金表达式的原子百分比进行配料；

(2)配料完成后将其放入石墨坩埚中并在熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后得到合金熔液；

(3)在耐1000度高温手套的防护下，将石英管预热3～5min，预热完成后通过钳口将石英管固定于地面，后使用火钳夹取盛有上述合金溶液的石墨坩埚，并将其浇铸在预热完成的石英管中。

(4)在室温下自然冷却石英管，得到PDC钻头浸渍合金。

任选地，在步骤(2)中熔炼的温度范围为900～1500℃，熔炼的时间为10～30min。

任选地，在步骤(3)中，石英管在石墨坩埚正上方20～35cm处预热，预热过程中变换石英管预热的位置1～5次，石英管的直径范围为6～180mm，长度范围为200～800mm。