专利名称：二次成型电镀金刚石钻头制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金刚石钻头的制造工艺，特别是用于地质岩心钻探、工程基础钻进、混凝土取样的金刚石钻头制造工艺。
金刚石钻头是一种切削工具，由于它的特殊的切削对象，对金刚石钻头制造工艺提出了一定的要求，不仅要求金刚石具有足够的强度和硬度，还要求切削刃和基体之间有较强的结合强度，以保证金刚石钻头的使用寿命和钻进效率。目前制造普通金刚石钻头所采用的方法有二种，一是粉末冶金热压法，即将金刚石颗粒与合金粉末均匀混合后，与钻头基体唇部装在一起，通过加热加压形成金刚石钻头。这种方法使金刚石经受1000℃左右的高温，金刚石遭受热损伤而质量下降，从而影响了钻头的使用效果。二是电镀法。这种方法最早由美国提出。(US 3，957，593)文献提供了用电化学沉积法将金刚石颗粒镶嵌于镍层中制造金刚石锯片的方法，日本也有电镀镍铍合金来制造金刚石钻头的专利。然而无论国外和国内，采用电镀法来制造金刚石刀具都采用一次成型法，即在刀具基体上直接电镀成型。其缺点是生产周期长，容易出现施镀事故，镀层与基体之间，镀层与镀层之间结合牢度不足。这种方法也不易嵌镀金刚石聚晶，钻头无聚晶保径必然影响使用寿命。
本发明提供一种能保持金刚石原有的强度和硬度、有金刚石聚晶保径、生产周期短、结合牢度高的金刚石钻头的制造工艺。
本发明的目的是这样实现的，在常温(20～30℃)下，采用电镀方法，在以硫酸镍(NiSO4·7H2O)、硫酸钴(CoSO4·7H2O)、硫酸锰(MnSO4·4H2O)，硼酸(H3BO3)、氯化钠(NaCl)及光亮剂和湿润剂配制的电镀液中，以沉积镍、钴、锰金属包裹金刚石颗粒，叠制成金刚石孕镶块，再用同样的电镀方法，在同样电镀液中，将嵌有孕镶块和金刚石聚晶的钻头基体牢固地焊接成钻头整体。镀液中钴离子和锰离子的加入，使镀层晶格发生畸变，从而使镀层的机械物理性能改善。
采用以上方法制造的金刚石钻头，由于无高温高压工序，金刚石避免了热损伤，钻头质量显著提高，在同等条件下与热压钻头相比，使用寿命可以提高一倍，钻进效率提高83%。二次成型工艺与一般电镀法相比，产品生产周期缩短了七～九倍，不仅降低了生产成本，而且减少了施镀事故。本发明使金刚石刀头与基体不仅镀焊相接，而且机械相嵌，故两部分具有足够的结合牢度。本工艺便于镀焊金刚石聚晶，钻头能够得到内外径保强，从而进一步提高了使用寿命。用本工艺生产的二次成型电镀金刚石钻头曾与国内最优秀的电镀钻头相比，其小时效率提高了20%，平均寿命提高了47%。
下面结合附图对本发明的工艺程序及操作过程作进一步说明。
图1为金刚石钻头基体视图;
图2为金刚石钻头成品视图;
图3为电镀线路图;
参照图3，其中(1)-整流装置，(2)-换向开关，(3)-充电机，(4)-蓄电池，(5)-直流电表，(6)-滑杆变阻器，(7)-镍阳极，(8)-镀液，(9)-被铰刀具(阴极)，(10)-镀槽。
(一)电镀液配方及配制硫酸镍 280～300克/升硫酸钴 15～25克/升硫酸锰 5～10克/升硼酸 38克/升氯化钠 18克/升糖精 0.1克/升十二烷基硫酸钠 0.05克/升硫酸钴及硫酸锰的含量由所需镀层的机械物理性质确定。
药品采用化学纯以上纯度，分别用蒸馏水加热溶解，然后混合过滤，调整酸度PH4～4.5待用。
参看图1、图2，(11)为唇部、(12)为孕镶片，(13)为聚晶。基体采用45＃钢。
(二)孕镶片的制造根据钻头大小确定孕镶片(12)的形状和大小。选择相应厚度的塑料板，在塑料板上压出无数与孕镶片(12)形状相同的通孔。将塑料板紧贴在不锈钢板或铁板上，绝缘通孔以外的不锈钢板外漏部分，接上导线，冲刷干净即可放入电镀槽，电镀规范及操作见(四)、(五)。
(三)镶嵌及镀前处理将孕镶片(12)及外购金刚石聚晶(13)以过渡配合的形式嵌入钻头基体的镶好的基体焊上导线，用金属清洗剂洗刷干净，再用绝缘涂料绝缘唇部以外不镀部分。绝缘物干透后进行盐酸腐蚀除锈，盐酸浓度30%左右，常温浸泡30秒后，将钻头基体浸入温水中准备进行电化学除油。电化学除油可用常规的方法，也可用下述方法首先进行碱处理。碱液成分为氢氧化钠17克/升，碳酸钠38克/升，磷酸三钠15克/升，硅酸钠9克/升，碱液温度30℃，电流密度10安/分米2，先阴极除油2.5分钟(钻头作为阴极)，后阳极除油1分钟，另一极为镍板。处理完毕后钻头用温水浸泡。
然后进行阳极处理。处理溶液为40%(体积比)硫酸，处理时间1分钟，电流密度35安/分米2，阳极为铅板，阳极处理完毕，尽快用温水冲洗，按图3接入电路，带电放入电镀槽内。
(四)电镀规范温度20～30℃，电流密度1安/分米2，酸度PH4～4.5。
(五)电镀操作钻头坯体入槽后，先用3安/分米2的电流密度冲击2分钟，然后用正常规范空镀1小时，空镀完毕，用直形皮头吸管将金刚石颗粒均匀撒放在钻头唇部上。8分钟后，卸掉堆积的多余的金刚石颗粒，使镀层表面均匀粘上一层金刚石。撒卸金刚石时间间隔以及两次上砂时间间隔，可按用户要求的金刚石浓度来确定。卸砂时间提前及两次上砂时间缩短均可提高金刚石浓度。一般前者为8分钟左右，后者为24小时。
钻头唇部内外径达到要求后，即可出槽，出槽后用温水冲洗，去掉绝缘物，即放入烘箱中烘烤，烘箱温度160℃，保温三小时后钻头即可取出，铲去结瘤包装入库。
权利要求
一种尤其适用于地质岩心钻探、工程基础钻进、混凝土取样的金刚石钻头制造工艺，其特征在于下列几点(1)将冲洗干净的孕镶块模板作为阴极放入由硫酸镍(280～300克/升)、硫酸钴(15～25克/升)、硫酸锰(5～10克/升)、硼酸(38克/升)、氯化钠(18克/升)、糖精(0.1克/升)、十二烷基硫酸钠(0.05克/升)所组成的，PH值为4～4.5的电镀液中。先用3安/分米2的电流密度冲击2分钟，再以1安/分米2电流密度电镀1小时，然后在模板孔内的金属板上撒上一层金刚石颗粒继续电镀。当金刚石被镀层复盖后再撒一层金刚石。金刚石颗粒的层数取决于孕镶块的厚度，厚度达到要求便取出模板。从模板孔敲出孕镶块待用。(2)将生产的孕镶块和外购的金则石聚晶以过渡配合形式嵌入钻头基体唇部，绝缘基体不镀部分。上述钻头基体经盐酸除锈、常规电化学除油后，再按(1)中所述电镀液和工艺条件电镀镍钴锰合金来固接孕镶块和金刚石聚晶。固接时，被镀部分仍需按(1)中叙述方法撒放金刚石。金刚石层数取决于金刚石钻头内外径尺寸。(3)金刚石钻头内外径尺寸达到要求后，将钻头取出冲洗干净、去掉绝缘物，然后将其放入160℃的烘箱中保温三小时即成产品。
全文摘要
本发明涉及一种金刚石钻头的制造工艺，特别是用于地质岩芯钻探、工程基础钻进、混凝土取样的金刚石钻头的制造工艺。它是在常温下，采用电镀方法先预制金刚石孕镶块，再用电镀法将金刚石孕镶块镀焊在钻头基体上。镶焊孕镶片的同时，将外购的、用来保护钻头外径和内径的金刚石聚晶也牢固镀焊在钻头基体上。利用这种工艺制造的金刚石钻头，不仅使用寿命长、钻进效率高，而且产品生产周期大幅度降低，从而使低品位的人造金刚石得到进一步开发利用。
文档编号E21B10/46GK1049892SQ8910659
公开日1991年3月13日 申请日期1989年8月30日 优先权日1989年8月30日
发明者周再盛, 伍宗林, 张友余, 马名旭 申请人:中国地质大学武汉管理干部学院