一种用于井探地质测绘的勘探器的制造方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明属于地质测绘领域，具体涉及一种用于井探地质测绘的勘探器。
[0003]
【背景技术】
[0004] 地质测绘（surveying and mapping for geology)是为进行地质调查和矿产勘 查及其成果图件的编制所涉及的全部测绘工作的总称。主要包括地质点测量、地质剖面测 量、物化探测量、矿区控制测量、矿区地形测量、勘探网布测、勘探工程定位测量、坑探工程 测量、井探工程测量、贯通测量、露天矿测量、地表移动观测以及有关图件的绘制、印制和地 质矿产信息系统的建立。井探地质测绘是指用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地表下地 层，并可以沿孔深取样的一种勘探方法。钻探是工程地质勘察中应用最为广泛的一种勘探 手段，它可以获得深层的地质资料。
[0005] 勘探器是井探地质测绘的常用工具；钻头是勘探器的重要部件，开发一种性能较 佳的钻头尤为重要。目前，大多数地质勘探工作都使用roc钻头，并且随着复合片技术和 钻井工艺的发展，这种趋势仍将继续。PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，是地质钻 探行业常用的一种钻井工具。roc钻头主要分为钢体式roc钻头和胎体式roc钻头。钢 体式roc钻头，是用镍、铬、钼合金机械加工成形。经过热处理后在钻头体上钻孔，将人造聚 晶金刚石复合片压入（紧配合）钻头体内，用柱状碳化钨保径。胎体式PDC钻头是将金刚 石复合片通过钎焊方式焊接在钻头胎体上的一种切削型钻头。胎体钻头用碳化钨粉末烧结 而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上，用天然金刚石保径。两种钻头存在各 自的优缺点，胎体roc钻头耐磨性好，其应用地层也主要在深部的坚硬岩层，但是胎体roc 钻头体材料硬度不高以及抗弯强度差，导致钻头设计时只能采用较厚的刮刀，以增强钻头 刮刀的抗冲击能力，避免断刮刀等恶性钻井事故的发生。钢体roc钻头采用高强度合金钢 加工而成，强度高，虽然采用了表面堆焊等工艺来强化，但是和胎体钻头相比，仍然显得耐 磨能力不足。因此，如果可以制备一种钻头在具有较好的耐磨性能、抗弯强度，而且具有较 高的硬度，而且无需使用刮刀，并将具备广泛的市场潜力。
[0006] 现有技术制备的胎体roc钻头一般不能兼备各种优点，抗弯强度和冲击韧性较 好，往往耐磨性能不够；而耐磨性能较好的胎体roc钻头往往抗弯强度和冲击韧性较差。 如何对胎体钻头进行创新性改进，提高胎体的抗弯强度、冲击韧性、磨耗比以及耐腐蚀性能 是现有技术需要克服的技术缺陷。
[0007]
【发明内容】
[0008] 为了克服现有技术中roc钻头存在的技术障碍，本发明在现有技术的基础上，尝 试了多种原料以及原料配比，最终制备出了一种性能较佳的合金钻头。
[0009] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下： 一种用于井探地质测绘的勘探器，其包括钻头，所述钻头由刀头焊接到钢基体上制备 而成，所述刀头由如下重量份的原料制备而成： 钢粉120份，铜粉30份，镍粉20份，铬粉15份，改性碳化硅10份，锰粉9份，钼粉5份， 钒粉5份，碳化钨粉3份，改性高岭土 2份，改性凹凸棒土 2份，纳米氧化钇1份，纳米氧化 铈1份，玻璃纤维1份，石墨纤维1份； 所述纳米氧化纪或纳米氧化铺的粒径为IOnm ;所述玻璃纤维或石墨纤维的直径为 5um，长度为50um ;钢粉，铜粉，镍粉，铬粉，锰粉，钼粉，钒粉以及碳化钨粉的粒径均为200 目。
[0010] 上述钻头的制备方法包括如下步骤： 1)制备改性高岭土：将硅烷偶联剂KH-560和高岭土依次添加到乙醇中，500转/min搅 拌30min，再将混料80°C烘干5小时，研磨至粒径为200目，即得；所述硅烷偶联剂KH-560、 乙醇以及高岭土的质量比为1 :20 :10。
[0011] 2)制备改性凹凸棒土 ：将凹凸棒土添加到搅拌反应器中，然后添加2倍重量的IM 盐酸，200转/min搅拌5min，80°C烘干，最后研磨至粒径为200目，即得。
[0012] 3)制备改性碳化硅：将碳化硅送至球磨机，磨至粒径为200目粉末，然后将粉末置 于容器中，随后添加改性剂，1000转/min离心搅拌lOmin，即得；所述改性剂由钛酸异丙酯、 水以及丙酮按照1 :2 :1的重量比混合均匀制得；所述改性剂的添加量为碳化硅质量的百分 之一； 4) 混合和烧结：将钢粉，铜粉，镍粉，铬粉，改性碳化硅，锰粉，钼粉，钒粉，碳化钨粉， 改性高岭土，改性凹凸棒土，纳米氧化钇，纳米氧化铈，玻璃纤维以及石墨纤维混合搅拌 均匀，静置12h，然后装到石墨模具中，进入高温烧结炉中进行烧结，高温烧结炉的温度为 1200°C，烧结时间为30min ; 5) 冷却和焊接：将石墨模具取出，冷却至30°C，出模得到胎体，最后将胎体加工成刀 头，焊接到钢基体上即得。
[0013] 本发明还公开了一种用于钻头的刀头，原料组成和制备方法同上。
[0014] 本发明取得的有益效果主要包括： 本发明钻头可应用于各种矿山的开采，其在抗弯强度、冲击功有了较大的提高，而且磨 耗比也达到了较高的参数；本发明使用纳米氧化钇和纳米氧化铈组分均匀，粒度小，形成弥 漫强化，可提高强度，还具备一定的润滑作用；本发明通过对碳化硅进行改性，提高了碳化 硅的分散效果，避免了堆积；改性高岭土和改性凸凹棒土对基体材料填充增强、提高抗磨减 摩能力和软化温度的作用；本发明通过添加玻璃纤维和石墨纤维，使得产品内部组织结构 的纵横均匀度，合金粉末分散均匀，并且大大提高了耐磨性和抗腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具 体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0016] 实施例1 一种用于井探地质测绘的勘探器，其包括钻头，所述钻头由刀头焊接到钢基体上制备 而成，所述刀头由如下重量份的原料制备而成： 钢粉120份，铜粉30份，镍粉20份，铬粉15份，改性碳化硅10份，锰粉9份，钼粉5份， 钒粉5份，碳化钨粉3份，改性高岭土 2份，改性凹凸棒土 2份，纳米氧化钇1份，纳米氧化 铈1份，玻璃纤维1份，石墨纤维1份； 所述纳米氧化纪或纳米氧化铺的粒径为IOnm ;所述玻璃纤维或石墨纤维的直径为 5um，长度为50um ;钢粉，铜粉，镍粉，铬粉，锰粉，钼粉，钒粉以及碳化钨粉的粒径均为200 目。
[0017] 上述钻头的制备方法包括如下步骤： 1)制备改性高岭土：将硅烷偶联剂KH-560和高岭土依次添加到乙醇中，500转/min搅 拌30min，再将混料80°C烘干5小时，研磨至粒径为200目，即得；所述硅烷偶联剂KH-560、 乙醇以及高岭土的质量比为1 :20 :10。
[0018] 2)制备改性凹凸棒土 ：将凹凸棒土添加到搅拌反应器中，然后添加2倍重量的IM 盐酸，200转/min搅拌5min，80°C烘干，最后研磨至粒径为200目，即得。
[0019] 3)制备改性碳化硅：将碳化硅送至球磨机，磨至粒径为200目粉末，然后将粉末置 于容器中，随后添加改性剂，1000转/min离心搅拌lOmin，即得；所述改性剂由钛酸异丙酯、 水以及丙酮按照1 :2 :1的重量比混合均匀制得；所述改性剂的添加量为碳化硅质量的百分 之一； 4) 混