[发明专利]一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法

说明书

本发明公开了一种整体烧结聚晶金刚石球齿，所述球齿由外部耐磨层和内部抗冲击层组成，外部耐磨层位于内部抗冲击层的外层，外部耐磨层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70‑95%，镍粉1‑5%，硅粉1‑15%，钴粉3‑20%；内部抗冲击层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40‑70%，镍粉1‑10%，硅粉5‑15%，钴粉10‑40%。本发明针对未来发展需求，提出了整体烧结聚晶金刚石球齿，这种材料的原材料是人工合成的，并且随着技术的进步，其价格也在不断降低，因此未来将有很大前景。

技术领域

本发明属于球齿技术领域，具体涉及一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法。

背景技术

目前地质勘探、煤炭开采、石油开采等大量使用球齿，提高了工作效率。球齿材质种类很多，以往用高速钢，目前大多用硬质合金，部分采用金刚石复合球齿。高速钢因其耐磨性不够，寿命短已退出舞台，取而代之的是硬质合金球齿，硬质合金近几年原材料加工一直上涨，原因是其存量有限，不可再生，因此未来硬质合金价格会持续走高，会带来成本的大幅提升。金刚石复合球齿的出现是应对更硬岩层勘探，可以提高钻头寿命和工作效率，但是金刚石复合球齿是以硬质合金为基体，在其上复合一层聚晶金刚石复合层，其大部分还是硬质合金，将来还是会面对硬质合金原材料稀缺的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种整体烧结聚晶金刚石球齿及其制备方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种整体烧结聚晶金刚石球齿，所述球齿由外部耐磨层和内部抗冲击层组成，外部耐磨层位于内部抗冲击层的外层，外部耐磨层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉70-95%，镍粉1-5%，硅粉1-15%，钴粉3-20%；内部抗冲击层由以下质量分数的原料制成：金刚石微粉40-70%，镍粉1-10%，硅粉5-15%，钴粉10-40%。

所述外部耐磨层和内部抗冲击层的金刚石微粉的粒度均为W40-W10。

所述外部耐磨层和内部抗冲击层的镍粉的粒径均小于等于300目。

所述外部耐磨层和内部抗冲击层的硅粉的粒径均小于等于400目。

所述外部耐磨层和内部抗冲击层的钴粉的粒径均小于等于400目。

如上述的整体烧结聚晶金刚石球齿的制备方法，具体步骤如下：

（1）外部耐磨层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面，再将镀镍的金刚石微粉、硅粉、钴粉混合均匀，加入质量分数为1%的PVA水溶液润湿，造粒，得外部耐磨层颗粒；

（2）内部抗冲击层颗粒：先将镍粉电镀在金刚石微粉表面，再将镀镍的金刚石微粉、硅粉、钴粉混合均匀，加入质量分数为1%的PVA水溶液润湿，造粒，得内部抗冲击层颗粒；

（3）将外部耐磨层颗粒装填入模具中，用压头压实；

（4）再将内部抗冲击层颗粒装填入模具中，用压头压实后拆掉模具得球齿实体；

（5）将上述球齿实体放入真空炉中，在氢气和氩气混合气体环境下，保温1h，温度为650-750℃；

（6）将从真空炉中取出的球齿实体和叶腊石、钢圈组装后，放入六面顶压机中，在压力5-8GPa，温度1100-1500℃烧结3-6min，取出后经过喷砂和外圆加工后，形成整体烧结聚晶金刚石球齿。

所述步骤（5）中氢气和氩气的体积比为3:7。

所述外部耐磨层颗粒和内部抗冲击层颗粒的粒径均为0.5-2.0mm。