一种孕镶金刚石钻头用的无硬质相胎体配方及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地质钻探和油气钻井领域一种胎体的制备方法，特别涉及一种孕镶金刚石钻头用的无硬质相胎体配方及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在地质钻探和油气钻井领域中，孕镶金刚石钻头的应用十分广泛，孕镶金刚石钻头的配方及制备方法决定了其性能和质量，现有技术，传统的孕镶金刚石钻头配方及制备方法制备的金刚石钻头，主要存在以下两点不足，(I)金刚石钻头胎体中除金刚石颗粒外，胎体配方包括大比例的WC、YG6等硬质相，以及小比例的Co、Mn、N1、Ti等贵金属，需添加稀土元素和微量合金元素来改善胎体性能，但胎体组分复杂，密度差异容易偏析，导致混料不易均匀；(2)孕镶金刚石钻头多是通过真空热压法烧结而成，烧结温度、烧结压力、保温时间等参数选择严格，真空热压钻头的胎体与金刚石之间以机械镶嵌力为主，且热压对钻头结构有一定的限制，钻进坚硬致密、“打滑”弱研磨性地层时，孕镶金刚石钻头常因钻头打滑而不进尺，胎体对金刚石把持力低而导致金刚石容易脱落，从而导致金刚石钻头的进尺速度慢、工作寿命低。因此，研究金刚石钻头新的胎体配方和方法，改善钻头性能，简化工艺等，对生产和科研具有重大意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要解决上述现有传统的孕镶金刚石钻头配方及制备方法制备的金刚石钻头，胎体组分复杂，密度差异容易偏析，导致混料不易均匀，金刚石钻头打滑不进尺，胎体太软钻头磨损过快，机械进尺速度慢、工作寿命短等问题，而提供一种孕镶金刚石钻头用的无硬质相胎体配方及其制备方法。
[0004]本发明胎体材料的成分及质量配比如下:
[0005]纯Fe 粉 24_31wt%，纯 Ni 粉 8_15wt%，Cu 合金 46.5-66.4wt%,纯 Co 粉 l_3wt%，P粉、B粉和Si粉各0.2-1.5wt%，其粒度为200-400目。
[0006]本发明具体制备方法如下:
[0007](I)将胎体材料按比例称料，加入酒精混合，逐级加料搅拌均匀，再加入定量单晶金刚石混合均勾，放入模具，上层覆盖Cu合金46.5-66.4wt%，置于真空干燥箱中干燥；
[0008](2)将干燥后装有胎体料的模具放入中频感应炉，上层覆盖钎焊剂，采用无压浸渍法高温烧结金刚石和无硬质相胎体混合材料，其烧结温度高于浸渍Cu合金熔点30-150°C，保温时间5-30min，降温至800°C出炉，空冷至室温。
[0009]本发明的有益效果:
[0010]本发明以Fe、Ni和Co为主要金属，决定了胎体的强度、韧性，耐磨性等性能；适当的烧结温度下，Cu合金熔化，通过毛细管渗透作用浸渍胎体，Cu与Fe，Cu与Ni和Cu与Co之间相互扩散形成合金，提高胎体间结合力，从而提高胎体对金刚石的把持力；P粉、B粉和Si粉的加入，减弱了高温下Fe对金刚石的侵蚀，形成的磷化物、硼化物和硅化物在胎体中均匀分布起到硬化作用。无压浸渍法烧结的无硬质相胎体综合性能好，对金刚石的把持力好，烧结工艺简单，材料性能好。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的金刚石复合材料胎体试块摩擦面体式显微示意图。
【具体实施方式】
[0012]本发明胎体材料的成分及质量配比如下:
[0013]纯Fe 粉 24_31wt%，纯 Ni 粉 8_15wt%，Cu 合金 46.5-66.4wt%,纯 Co 粉 l_3wt%，P粉、B粉和Si粉0.4-1.5wt%，其粒度为(200-400)目。
[0014]本发明具体制备方法如下:
[0015](I)将胎体材料按比例称料，加入酒精混合，逐级加料搅拌均匀，再加入定量单晶金刚石混合均勾，放入模具，上层覆盖Cu合金46.5-66.4wt%，置于真空干燥箱中干燥；
[0016](2)将干燥后装有胎体料的模具放入中频感应炉，上层覆盖钎焊剂，采用无压浸渍法高温烧结金刚石和无硬质相胎体混合材料，其烧结温度高于浸渍Cu合金熔点30-150°C，保温时间5-30min，降温至800°C出炉，空冷至室温。
[0017]具体实例1:
[0018]无压浸渍烧结制备的无硬质相胎体的金刚石复合材料，其成分及质量配比为:纯Fe 粉(300 目)30%，纯 Ni 粉(200 目)11 %，纯 Co 粉 2.5%，Cu 合金 55%，P 粉、B 粉和 Si 粉(200目)分别占0.5%，选用金刚石粒度35/40目及25%的体积浓度，钎焊剂质量是Cu合金质量的30%，用酒精将上述材料混合均匀，装入石墨模具中，上层覆盖好Cu合金及钎焊剂，干燥后置于中频炉中无压烧结，烧结温度为1000°c，保温时间5min，烧结成35mm*8mm*5mm的金刚石复合材料胎体试块。将试块与SiC砂轮对磨，试块摩擦面金刚石颗粒表面形态良好，且金刚石与胎体界面结合良好。
[0019]具体实例2:
[0020]无压浸渍烧结制备的无硬质相的孕镶金刚石钻头，其成分及配比为:纯Fe(300目)28%，纯Ni (200目)11%，纯Co粉2%，Cu合金56%，钎焊剂质量是Cu合金质量35%，P粉、B粉和Si粉(200目)分别占I %，选用金刚石粒度35/40目及35%的体积浓度，用酒精将上述材料混合均匀，装入石墨模具中，上层覆盖好Cu合金及钎焊剂，干燥后置于中频炉中无压烧结，烧结温度为1000°C，保温lOmin，烧结成无硬质相的孕镶金刚石钻头。无压法制备的无硬质相的孕镶金刚石钻头成型度好，钻进速度快、工作寿命长。
【主权项】
1.一种孕镶金刚石钻头用的无硬质相胎体配方，其胎体材料的成分及质量配比如下: 纯 Fe 粉 24-31wt %，纯 Ni 粉 8_15wt %，P 粉、B 粉和 Si 粉各 0.2-1.5wt%, Cu 合金46.5-66.4wt %，纯 Co 粉 l_3wt %，其粒度为 200-400 目。2.—种权利要求1所述孕镶金刚石钻头用的无硬质相胎体的制备方法，该方法的步骤如下: 步骤1:将胎体材料按比例称料，加入酒精混合，逐级加料搅拌均匀，再加入定量单晶金刚石混合均勾，放入模具，上层覆盖Cu合金46.5-66.4wt%，置于真空干燥箱中干燥；步骤2:将干燥后装有胎体料和单晶金刚石的模具放入中频感应炉，上层覆盖钎焊剂，采用无压浸渍法高温烧结金刚石和无硬质相胎体混合材料，其烧结温度高于浸渍Cu合金熔点30-150°C，保温时间5-30min，降温至800°C出炉，空冷至室温。
【专利摘要】本发明公开了一种孕镶金刚石钻头用的无硬质相胎体配方及其制备方法，根据金刚石所钻地层选择金刚石用量及粒度，本发明的无硬质相胎体的配方包括纯铁粉24-31wt％，纯镍粉8-15wt％，磷粉、硼粉和硅粉分别为0.2-1.5wt％，铜合金46.5-66.4wt％，纯钴粉1-3wt％，及定量的钎焊剂；所述的孕镶金刚石钻头制备方法是指无压浸渍高温烧结法，其温度高出Cu合金熔点30-150℃，且在高温下保温5-30min。本发明所提供的孕镶金刚石钻头胎体无硬质相的配方和无压浸渍法制备的孕镶金刚石钻头胎体抗弯强度高，金刚石把持力好，材料成本低，制备工艺简单。
【IPC分类】C22C9/00, B22F7/08
【公开号】CN105018780
【申请号】CN201510427924
【发明人】高科, 李梦, 孙友宏, 刘宝昌, 吴海东, 宋仁哲, 曲莉莉
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月21日