[发明专利]添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头的制造方法，属于地质工程学科领域中土层或岩石的钻进领域。

背景技术

至今为止我国开始研制人造金刚石钻头已有半个世纪。目前的金刚石钻头具有较好的性能，可以获得较高的经济技术指标。但是，随着向深部找矿方向的发展，岩层越来越坚硬致密，钻进速度变得很低，一般均在0.5m/h以下，有时需要3个小时才能钻进一米；很多时侯一个钻孔虽然只有十几米的坚硬致密岩石，必须花上几天甚至十几天的时间钻进，才能通过这层坚硬而致密的岩层，这种状况已严重地影响了钻探工程的进度。

通常遭遇岩石坚硬致密，钻头的胎体不易被磨损，使得钻进中金刚石不易出刃，因而钻进效率极低。现有的金刚石钻头的品种少，还没有哪种钻头能够有效钻进这类硬至坚硬致密的岩层。因此，现有钻头的技术与钻进效果，已不能满足当前钻进硬至坚硬、完整致密岩层的钻探需求。故针对硬至坚硬致密岩层研制一种钻进效率较高、使用寿命较长的钻头已是地质工程学科的当务之急的研究工作。

发明内容

氧化铝空心球是粉末冶金中的造孔材料，由于添加不同粒度与数量的氧化铝空心球，使得粉末冶金材料中具有不同数量与大小的孔隙度。利用这一现象与原理，将氧化铝空心球应用到热压金刚石钻头的制造中，研制出一种热压金刚石钻头，使得钻头的工作层胎体材料中含有一定数量和大小的孔隙，降低了胎体的耐磨性能，达到提高金刚石的出刃效果和提高钻进速度的效果。

本发明的目的是为了解决现有钻头存在的技术问题，而提供一种添加氧化铝空心球的制造热压金刚石钻头的制造方法，并使应用本方法生产出的钻头在钻进硬至坚硬致密岩石中钻进效率高，使用寿命长，从而满足地质工程学科领域的迫切需求。

本发明实现上述目的采用的技术方案是：提供一种添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头的制造方法，工艺步骤为：

（1）准备氧化铝空心球制粒敷膜材料：选用的氧化铝空心球直径为1～3mm，敷膜材料选用铜-铁-石墨混合的粉末，胶黏剂选用三乙醇胺；

（2）准备金刚石制粒敷膜材料：选用金刚石的粒度为：40/45目占50%~65%，50/60目占35%~50%，金刚石的品级为SMD30~35，敷膜材料选用铁-镍-铜合金粉，胶黏剂选用酒精-甘油混合液，酒精与甘油的体积比为1比2；

（3）制粒敷膜机采用自行研制的无级调速制粒机，制粒敷膜机的料筒为鼓形，料筒最大处直径350mm，高200mm，料筒的中心轴线与水平角度调节至45°，制粒敷膜机转速调至60~70r/min；

（4）先装入要制粒敷膜的氧化铝空心球，启动制粒敷膜机，边转动边喷胶黏剂，接着慢慢均匀撒入铜-铁-石墨粉料，使氧化铝空心球的表面裹敷一薄层铜-铁-石墨粉膜层，敷膜层的厚度控制在0.10～ 0.15mm；

（5）采用上述相同的方法，对金刚石进行制粒敷膜，敷膜用胶黏剂为酒精-甘油混合液，敷膜材料为铁-镍-铜合金粉末，敷膜厚度为0.10～0.15mm；

（6）按照质量比在敷膜后的氧化铝空心球与金刚石中加入经过球磨机混磨的钻头胎体粉料，并加入酒精-甘油胶黏剂混合均匀；再按照计算好的不同规格的钻头的需材量称重，装入石墨模具内，压上钻头钢基体，送入中频电炉和压力机组合的一体机中热压烧结；

（7）热压烧结工艺为：热压压力为15～16MPa，电炉温度950～960℃，保温时间4～5min，810～830℃出炉，出炉后钻头在装有颗粒状石棉粉的保温箱中缓冷至室温，脱模，制成添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头。

所述的氧化铝空心球制粒敷膜材料中的铜-铁-石墨粉料按质量%为：铜45～50，铁30～35，石墨20～25。

所述的金刚石制粒敷膜材料中的铁-镍-铜合金粉末按质量%为：铁45～55、镍12～16，铜合金32～38。

所述的钻头胎体粉料按质量%为：铁32～38，镍10～14，钴3～5，YG8 8～10，铜合金34～45，混合后置于球磨机中球磨8h，保证各种粉料混磨均匀。

本发明的步骤（7）中所述制成的添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头，其中在每个扇形切削工作块上均形成多层无序排列的氧化铝空心球与金刚石复合切削体结构，氧化铝空心球的体积浓度为12%～18%；金刚石的体积浓度为11%～13%。

本发明的添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头的制造方法具有如下优点：