专利名称：低温电铸金刚石复合片及其石油钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油钻探工具领域，它是利用特殊的低温电铸工艺制造金刚石复合片及其石油钻头。该种钻头适用于石油钻探。
以往的金刚石复合片和钻头制造工艺一般均采用高温高压即粉末冶金法。由于金刚石的热稳定性在700℃左右，故复合片的热稳定性一般也不超过700℃，从而给复合片的生产制造工艺带来很大难度，继而也使复合片与钻头体之间的镶焊成为一大技术难题。以往国内外常用的粉末冶金法制造复合片再用钎焊方式将复合片焊结于钻头体上，但在此加工过程中必须使用高温才能保证连接强度，这是必然导致金刚石石墨化且易使复合片上的金刚石层与硬质合金衬底层之间产生裂纹造成金刚石层脱落，最终会影响钻头的使用寿命。另外经检索出已有专利CN1066205A，它采用了低温电镀技术，解决了金刚石高温易产生热损害的问题，但它是先用粉末冶金热压法在钻头钢体上制成一圈碳化钨合金块，然后在碳化钨合金块上用低温电镀技术镀上多层硬度不同的金刚石孕镶层，这与本发明几乎完全不同。再有是本公司85年申请的专利CN85108125中，采用了一种特殊的低温电镀工艺制造的复合片及其钻头。本发明就是采用了这一专利中的低温电镀工艺制造出此新型金刚石复合片及其石油钻头。
本发明的目的是采用特殊低温电铸工艺制造金刚石复合片，再用此低温电铸工艺将复合片镶焊于钻头体上制成钻头，从而完全避免了金刚石在加工时受高温的影响，确保了复合片固有的质量和镶焊牢度。
本发明如图所示首先是将微粒金刚石层(2)、硬质合金衬底(3)及硬质合金底托(4)三部分利用低温电铸工艺同时一次制成粘结牢固的金刚石复合片(7)。其中金刚石粒度很细，浓度较高，硬质合金衬底上与金刚石的结合面上为了牢固结合先要进行合金化，以便形成一个易于金属离子沉积或结合的中间过渡层，并且在此结合面的周围有特制的与金刚石层同样厚度的外圈，它不仅便于金刚石层成形，也有利于提高金刚石层三个方向的抗冲击强度或者说是抗剪切强度;另外在硬质合金底托的背面预开有安装槽或30°左右的斜坡，以便于镶焊金属沉积其内，提高其镶焊牢度。然后将复合片(7)镶嵌在钻头钢体槽内，并利用特殊的低温电铸工艺牢固的镶焊于钻头体(6)上。为适应钻进各种类型的地层，钻头上复合片切削刃的负前角一般为-10°～-20°，旁通角为5°～10°，复合片在钻头上选用全出露方式以尽可能使钻头达到最佳钻进效果。同时，为了提高钻头使用寿命和钻进效率，钻头上复合片切削具布置在钻头底唇面五个不同半径的同心圆上，钻头采用在内外侧唇上镶金刚石聚晶(5)和镀金刚石层(1)方式保径，其水道设计采用三个主水道以适应在不同地层中钻进。
本发明的优点是此种低温电铸金刚石复合片及其石油钻头，不仅最大限度地保护了复合片中金刚石不受热损伤，而且复合片粘结强度高，不易产生金刚石层脱落现象，所制钻头镶焊牢固保径效果好、钻进效率高，寿命长，成本低。
图1为低温电铸金刚石复合片示意图;
图2为低温电铸金刚石复合片石油取心钻头侧视图;
图3为三个主水道复合体结构的石油取心钻头俯视示意图。
图中1为金刚石镀层;2为复合片的金刚石层;3为硬质合金衬底;4为硬质合金底托;5为保径聚晶;6为钻头钢体;7为金刚石复合片(或称复合体)。
最佳实施例如图所示的低温电铸金刚石复合片石油取心钻头，它是先将厚1.5mm的微粒金刚石层(2)、含高1.5mm外圈、厚度为5mm的硬质合金衬底(3)、及预开有2×2mm窄槽的硬质合金底托(4)三部分利用特殊的低温电铸工艺一次制成粘结成牢固的金刚石复合片(7)。然后，将此复合片采用特殊的低温电铸工艺镶焊到钻头体(6)上，复合体在钻头上的安装负前角为-15°，旁通角的5°。在钻头底唇面五个不同半径的同心圆上共镶焊30个复合片，且采用全出露方式和三个主水道设计。在钻头内外侧唇上镶有保径金刚石聚晶(5)并镀有金刚石层(1)。选用镍锰合金做为胎体金属，同时增加了镶焊金属的厚度以提高胎体的寿命，从而保证了该种复合体石油取心钻头效率和寿命都达到最佳，成本达到最低。
权利要求
1.一种低温电铸金刚石复合片及其石油钻头，其特征是a、它将微粒金刚石层(2)、硬质合金衬底(3)、以及硬质合金底托(4)三部分利用一种特殊的低温电铸工艺一次制成三部分之间粘结牢固的金刚石复合片(7)。b、利用特殊的低温电铸工艺将金刚石复合片(7)镶焊到钻头体(6)上，制成金刚石复合片石油钻头。
2.根据权利要求1所述的金刚石复合片(7)其征是复合片中硬质合金衬底(3)的结合面先要进行合金化，并在其周围有特制的与金刚石层(2)同样厚度的外圈。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合片(7)其征是复合片中硬质合金衬底(3)的背面预加工有安装槽或斜坡。
4.根据权利要求1所述的石油钻头，其特征是钻头上复合片(7)镶焊的负前角为-10°～-20°。
5.根据权利要求1所述的石油钻头，其特征是钻头上复合片(7)镶焊的旁通角5°～10°。
6.根据权利要求1所述的石油钻头，其特征是钻头上复合片(7)镶焊为全出露形式。
7.根据权利要求1所述的石油钻头，其特征是钻头体内外侧唇上镶有保径聚晶(5)并镀有金刚石层(1)。
全文摘要
一种低温电铸金刚石复合片及其石油钻头属于石油钻探工具领域。此种复合片及钻头解决了一般加工工艺在制造金刚石复合片和镶焊复合片时金刚石易受热损伤产生脱落的问题，它最大限度地保护了金刚石不受热损伤，同时复合片整体粘结牢固，且与钻头之间镶焊强度很高。本发明是利用一种特殊低温电铸工艺将金刚石层、硬质合金衬底及硬质合金底托三部分一次制成粘结成牢固的金刚石复合片，然后，再用特殊的低温电铸工艺将复合片镶焊于钻头上。
文档编号E21B10/46GK1078766SQ93104748
公开日1993年11月24日 申请日期1993年5月3日 优先权日1993年5月3日
发明者李大佛, 李良钢, 胡三虎, 李天明, 李宝坤 申请人:中国地质大学长江钻头公司