[发明专利]一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺

说明书

本发明公开了一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺，包括硬质合金基体，所述硬质合金基体的上部为聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括聚晶脱钴层与金属未脱钴层，所述聚晶金刚石层的表面等距开设有反应孔，通过对聚晶金刚石层进行脱钴处理，脱钴处理后使其热稳定性有较大幅度提高，耐磨性也得到提高。目前市场使用的产品脱钴深度在900um以下，本专利工艺将达到1100um‑1500um，可提高产品的工作效率以及钻齿的使用寿命20‑50％，最大限度地防止产品因金属与金刚石热膨胀系数差异过大导致的早期失效。

技术领域

本发明涉及聚晶金刚石钻齿，特别涉及一种脱钴金刚石钻齿及其超深脱钴工艺，应用于石油、天然气、页岩气开采的金刚石钻头，属于石油天然气开采技术领域。

背景技术

现有的金刚石钻齿为平面或凸面或凹面形状，是将金刚石微粉和硬质合金基体装入耐高温的金属杯中封装后，置入高温超高压容器中，在催化剂的作用下金刚石的碳溶解和再结晶，形成金刚石聚晶体与合金基体结合在一起的金刚石复合体，经过研磨和外圆加工制成金刚石钻齿，具有超强的耐磨、耐热和抗冲击性能，满足各种底层下的石油与天然气开采需要。大量的金刚石晶体颗粒在高温下与硬质合金基体结合成大尺寸的复合体，具有高的耐磨性能和高强度与最高硬度在应用中表现出优异的磨削和切割性能。在有金属溶剂和催化剂钴参与的条件下，烧结金刚石颗粒的压力深度条件在50-80kbar和1400-1700℃之间，一般的合成方法是把金刚石颗粒装入耐高温的金属杯中，再装入硬质合金基体后，放入产生上述高温高压的容器中，通过油压机加压加热实现。普通的聚合金刚石产品耐热温度在700-750℃之间，更高的温度会导致聚晶金刚石层产生裂纹，因为金属催化剂的热膨胀系数是金刚石的热膨胀系数的几倍，因此未经脱钴工艺处理的产品在使用过程中会随着工作温度升高而易于失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种超深脱钴金刚石钻齿。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种超深脱钴金刚石钻齿，包括硬质合金基体，所述硬质合金基体的顶部设有聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括聚晶脱钴层与聚晶未脱钴层，所述聚晶金刚石层的表面等距开设有反应孔。

作为本发明的一种优选方案，所述反应孔为圆形孔或异形孔。

作为本发明的一种优选方案，所述聚晶未脱钴层的一端面与硬质合金基体相邻，所述金属未脱钴层的另一面与聚晶脱钴层相邻，所述硬质合金基体、聚晶未脱钴层与聚晶脱钴层内的钴含量呈梯度分布且依次降低。

作为本发明的一种优选方案，所述硬质合金基体的直径与聚晶金刚石层的直径相同，且所述硬质合金基体的圆心与聚晶金刚石层的圆心在同一条竖直的直线上。

作为本发明的一种优选方案，所述聚晶金刚石层是采用高纯金刚石微粉制成。

作为本发明的一种优选方案，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合界面为平面或者沟槽状或网格形状界面。

作为本发明的一种优选方案，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合界面为含有突起界面或凹面的异形界面。

作为本发明的一种优选方案，所述硬质合金基体的含钴量为6-16％，所述金属未脱钴层的含钴量为4-12％，所述聚晶脱钴层的含钴量为0–2％。

一种脱钴金刚石钻齿的超深脱钴工艺，包括以下步骤：

S1、激光打孔：将设计好的打孔图纸导入程序控制的打孔设备中，并将普通的金刚石钻齿放置在打孔设备支架上，在聚晶金刚石层待打孔上进行扫描对中定位，开通设备后，激光在待打孔聚晶金刚石层按图纸逐层将金刚石高温碳化，在PLC控制器的控制下，对聚晶金刚石层的表面进行等距开设反应孔；