本发明属于钻探工程领域，具体而言，本发明涉及提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法及高寿命金刚石钻头。
背景技术：
钻探工程是取得矿石和地下实物地质资料的主要技术手段，是地质勘探中重要的工作方法。钻头作为地质钻探工程中破碎岩石的主要破岩工具，是钻探工程中重要的组成部分，根据其钻头体镶嵌的合金材料的不同，主要包括硬质合金钻头和金刚石钻头。其中，金刚石钻头以其钻进效率高、钻探质量好、钻探材料消耗少及成本低等优点，而被钻探行业所普遍采用。
随着我国矿产等资源勘探工作的不断深入，勘探深度的不断增加，金刚石钻头的使用寿命成为了影响钻进质量和效益的关键因素，因此如何提高金刚石钻头的使用寿命，延长钻头使用时间，对地质勘探工作的发展至关重要。
近年来，国内外许多专家和学者通过改变钻头结构、胎体材料以及工艺性能来提高钻头的使用寿命，但这些方法提高寿命的程度有限且工艺繁琐，越来越不能满足地质钻探的需要。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法及高寿命金刚石钻头。该方法采用稳恒磁场与脉冲磁场作用于金刚石钻头的方法，使得金刚石钻头内部残余应力降低，显著提高了钻头的钻进效率和钻探效益。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将金刚石钻头固定在第一电极和第二电极之间，所述第一电极具有第一永磁体，所述第二电极具有第二永磁体，并且所述第一永磁体和所述第二永磁体磁极性相反，所述金刚石钻头置于所述第一电极和所述第二电极形成的稳恒磁场内；
(2)将脉冲电源的正负极分别与所述第一电极和所述第二电极相连，且所述脉冲电源以电脉冲和间歇的方式向所述第一电极和所述第二电极施加脉冲电流，以便得到高寿命金刚石钻头。
根据本发明实施例的提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法，在稳恒磁场和脉冲电流的双重作用下，金刚石钻头受到电磁致塑性的影响，内部的组织结构性能得到显著改善，残余应力降低，钻头内部的金刚石和胎体的结合力增强，进而提高了金刚石钻头的使用寿命，提高其钻进效率及钻探效益，且与现有提高金刚石钻头使用寿命的方法相比，该方法工艺简单、处理效率高、成本低。
另外，根据本发明上述实施例的提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述金刚石钻头为pdc钻头、pcd钻头、表镶钻头、孕镶钻头、镶嵌式钻头、电镀金刚石钻头、钎焊式钻头、cvd金刚石钻头、仿生金刚石钻头或高胎体金刚石钻头。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述第一电极和所述第二电极为铜电极。由此，有利于提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述第一永磁体和所述第二永磁体由钕铁硼材料制成。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，稳恒磁场的磁场强度为0.1t-0.18t。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述脉冲电流为直流脉冲电流。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述脉冲电流的电流密度为100-2800a/cm2。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述电脉冲和间歇的方式为先连续输入预定数量脉冲然后停止所述脉冲电源，并重复多次上述过程。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述预定数量脉冲为35-60个。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述脉冲的脉冲宽度为55-70ms。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述脉冲电源的停止时间为5-10s。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述重复次数为5-8次。由此，可进一步提高对金刚石钻头的处理效率和处理效果。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种高寿命金刚石钻头，根据本发明的实施例，所述钻头为采用上述提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法处理得到的。因该高寿命金刚石钻头是有金刚石钻头在稳恒磁场和脉冲电流的双重作用下受到电磁致塑性的影响，导致其内部的组织结构性能得到显著改善，残余应力降低，钻头内部的金刚石和胎体的结合力增强，从而使得该高寿命金刚石钻头具有较长的使用寿命，用于钻探时可显著提高其钻进效率及钻探效益。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
s100：将金刚石钻头固定在第一电极和第二电极之间，第一电极具有第一永磁体，第二电极具有第二永磁体，并且第一永磁体和所述第二永磁体磁极性相反，金刚石钻头置于第一电极和第二电极形成的稳恒磁场内
该步骤中，参考图2，将金刚石钻头100固定在第一电极210和第二电极220之间，第一电极210具有第一永磁体21，第二电极220具有第二永磁体22，并且第一永磁体21和第二永磁体22磁极性相反，金刚石钻头100置于第一电极210和第二电极220形成的稳恒磁场内。发明人发现，通过将金刚石钻头置于稳恒磁场内，稳恒磁场可改善金刚石钻头的热力学状态、扩散行为及内部组织性能。
根据本发明的一个实施例，根据钻头体镶嵌的合金材料不同，金刚石钻头可以为pdc钻头、pcd钻头、表镶钻头、孕镶钻头、镶嵌式钻头、电镀金刚石钻头、钎焊式钻头、cvd金刚石钻头、仿生金刚石钻头或高胎体金刚石钻头。
根据本发明的再一个实施例，第一电极和第二电极并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第一电极和第二电极可以为铜电极。
根据本发明的又一个实施例，第一永磁体和第二永磁体并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，第一永磁体和第二永磁体可以由钕铁硼材料、钐钴、铝镍钴类合金永磁材料或铁氧体永磁材料制成。
根据本发明的又一个实施例，稳恒磁场的磁场强度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，稳恒磁场的磁场强度可以为0.1t-0.18t。发明人经过大量实验意外发现，当金刚石钻头置于上述场强的稳恒磁场中时，金刚石钻头的热力学状态、扩散行为和内部组织性能的改善效果最佳，同时也最有利于金刚石钻头内部磁致伸缩性能的改善。
s200：将脉冲电源的正负极分别与第一电极和第二电极相连，且脉冲电源以电脉冲和间歇的方式向第一电极和第二电极施加脉冲电流
该步骤中，参考图2，将脉冲电源300的正负极分别与第一电极21和第二电极22相连，且脉冲电源以电脉冲和间歇的方式向第一电极和第二电极施加脉冲电流，以便得到高寿命金刚石钻头。发明人发现，脉冲电流作用到第一电极和第二电极上可激励起脉冲磁场，此时稳恒磁场加脉冲磁场共同作用于金刚石钻头，使得金刚石钻头里的金刚石与胎体之间的结合强度发生改变，局部应力集中得到释放。其中，在处理金刚石钻头时，稳恒磁场一直存在，脉冲电源间歇时主要是稳恒磁场作用于金刚石钻头。
根据本发明的一个实施例，脉冲电流可以为直流脉冲电流。
根据本发明的再一个实施例，脉冲电流的电流密度可以为100-2800a/cm2。发明人发现，因脉冲电流与脉冲磁场强度正相关，当金刚石钻头置于上述电流密度的脉冲磁场中时，金刚石钻头磁化至饱和状态，且其内部磁场强度又不至于过强，金刚石钻头的热力学状态、扩散行为和内部组织性能的改善效果最佳，最有利于金刚石钻头内部性能的改善。
根据本发明的又一个实施例，电脉冲和间歇的方式为先连续输入预定数量脉冲然后停止脉冲电源，并重复多次上述过程。发明人发现，通过采用间歇脉冲电流以产生间歇式的脉冲磁场，磁场的变化频率、波形和峰值可根据需要进行调节，从而可达到控制金刚石钻头的处理效率和处理效果的目的。
根据本发明的一个具体实施例，预定数量脉冲可以为35-60个。发明人发现，每一次脉冲磁场对金刚石钻头作用，都会使金刚石钻头内部晶粒明显细化，位错密度降低，缺陷减少，残余应力得到松弛，而若次数过多会导致金刚石钻头变脆。
根据本发明的再一个实施例，脉冲的脉冲宽度可以为55-70ms。发明人发现，脉冲宽度的增加会增加脉冲电源的功率和导电材料的焦耳损耗，而此范围的脉冲宽度可在保证电磁力最大值的情况下，避免脉冲电流引起的焦耳热效应粗化内部组织的现象发生。
根据本发明的又一个实施例，脉冲电源的停止时间可以为5-10s，重复次数可以为5-8次。发明人发现，在采用电脉冲对金刚石钻头处理时，脉冲电源的停止时间过长过短及重复次数过多过少时均会导致电脉冲对金刚石钻头的处理效率和处理效果显著降低。
根据本发明实施例的提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法，在稳恒磁场和脉冲电流的双重作用下，金刚石钻头受到电磁致塑性的影响，内部的组织结构性能得到显著改善，残余应力降低，钻头内部的金刚石和胎体的结合力增强，进而提高了金刚石钻头的使用寿命，提高其钻进效率及钻探效益，且与现有提高金刚石钻头使用寿命的方法相比，该方法工艺简单、处理效率高、成本低。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种高寿命金刚石钻头，根据本发明的实施例，钻头为采用上述提高地质勘探金刚石钻头使用寿命的处理方法处理得到的。因该高寿命金刚石钻头是有金刚石钻头在稳恒磁场和脉冲电流的双重作用下受到电磁致塑性的影响，导致其内部的组织结构性能得到显著改善，残余应力降低，钻头内部的金刚石和胎体的结合力增强，从而使得该高寿命金刚石钻头具有较长的使用寿命，用于钻探时可显著提高其钻进效率及钻探效益。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
取φ95金刚石钻头，将其固定在两个已安装有钕铁硼永磁体的铜电极之间中。在金刚石钻头所在的空间内两个磁性相反的永磁体产生0.15t的稳恒磁场。将脉冲电源的输出端与两个铜电极相连，进行金刚石钻头的处理。处理中，脉冲电源输出的脉冲电流密度为2800a/cm2，连续输入35个电流脉冲数，每个电脉冲有55ms的作用时间，然后间隔5s，再次输入35个作用时间为55ms的脉冲，整个处理过程电脉冲与间歇交替进行，总共重复6次。台架试验的结果表明，采用上述工艺处理后得到的高寿命金刚石钻头的平均寿命较同组未经处理金刚石钻头的寿命提高60％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。