[发明专利]包括具有位于铝或铝基合金基体材料中的碳化硼颗粒的钻头主体的钻地旋转钻头及形成这种钻头的方法

权利要求书

1.一种用于钻地下地层的旋转钻头，所述钻头包括：

钻头主体，包括包含颗粒-基体复合材料的冠状区域，所述复合材料包括多个分散在铝或铝基合金基体材料中的碳化硼颗粒；和

至少一个设置在钻头主体的面上的切削结构。

2.如权利要求1所述的旋转钻头，其中所述钻头主体的冠状区域主要由颗粒-基体复合材料构成。

3.如权利要求1所述的旋转钻头，其中所述钻头主体的冠状区域包括多个刀片，所述至少一个切削结构设置在所述多个刀片中的至少一个刀片上。

4.如权利要求1所述的旋转钻头，其中所述钻头主体进一步包括至少部分嵌入所述颗粒-基体复合材料中的坯件，所述坯件包括金属或金属合金材料并且包括至少一个构造成用于将旋转钻头附接至钻柱的表面。

5.如权利要求1所述的旋转钻头，其中所述铝或铝基合金基体材料包括至少75％重量百分比的铝和至少微量的铜、铁、锂、镁、锰、镍、钪、硅、锡、锆和锌中的至少一种。

6.如权利要求5所述的旋转钻头，其中所述铝或铝基合金基体材料包括至少90％重量百分比的铝和至少大约3％重量百分比的铜、铁、锂、镁、锰、镍、钪、硅、锡、锆和锌中的至少一种。

7.如权利要求6所述的旋转钻头，其中所述铝或铝基合金基体材料包括固溶体。

8.如权利要求7所述的旋转钻头，其中所述复合材料的铝或铝基合金基体材料进一步包括包含至少一个分散在所述固溶体中的析出相的区域。

9.如权利要求8所述的旋转钻头，其中所述至少一个析出相包括亚稳相。

10.如权利要求9所述的旋转钻头，其中，所述至少一个析出相包括金属间化合物。

11.如权利要求10所述的旋转钻头，其中所述金属间化合物包括CuAl₂。

12.如权利要求1所述的旋转钻头，其中所述多个碳化硼颗粒包括多个-20ASTM目数碳化硼颗粒。

13.如权利要求1所述的旋转钻头，其中所述多个碳化硼颗粒包括多模态颗粒尺寸分布。

14.如权利要求1所述的旋转钻头，其中，所述至少一个切削结构包括多个设置在该钻头主体的面上的聚晶金刚石复合切削件。

15.如权利要求1所述的旋转钻头，其中，所述多个碳化硼颗粒包括颗粒-基体复合材料按重量百分比的大约40％到大约60％，并且铝或铝基合金基体材料包括颗粒-基体复合材料按重量百分比的大约60％到大约40％。

16.一种用于形成钻地旋转钻头的方法，所述方法包括：

形成钻头主体，所述钻头主体包括包含颗粒-基体复合材料的冠状区域，所述复合材料包括多个分散在铝或铝基合金基体材料中的碳化硼颗粒；和

将至少一个切削结构固定到钻头主体的面上。

17.如权利要求16所述的方法，其中形成钻头主体包括：

将多个碳化硼颗粒形成到具有与钻头主体的至少一部分相对应的形状的主体中；

使所述多个碳化硼颗粒与熔融的铝或铝基材料渗透在一起；以及

冷却所述熔融的铝或铝基材料以形成围绕所述碳化硼颗粒的固体基体材料。

18.如权利要求16所述的方法，其中形成钻头主体包括：

提供生坯粉末部件，所述生坯粉末部件包括多个各自包括碳化硼的颗粒和多个各自包括铝或铝基合金材料的颗粒；和

至少部分地烧结所述生坯粉末部件。

19.如权利要求18所述的方法，其中提供生坯粉末部件包括：

提供具有第一构成的第一区域，该第一构成基本上由所述多个各自包括碳化硼的颗粒和所述多个各自包括铝或铝基合金材料的颗粒组成；和

提供具有不同于第一构成的第二构成的第二区域。

20.如权利要求16至19中任一项所述的方法，进一步包括处理所述基体材料从而形成不连续析出相和增加所述基体材料的硬度。