[发明专利]一种PDC钻头胎体材料制备方法

权利要求书

1.一种PDC钻头胎体材料制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：

（1）含高熵合金的骨架材料粉末配制：将铸造碳化钨、单晶碳化钨粉末与AlCoCrFeNiCu高熵合金粉末配制成骨架材料粉末，AlCoCrFeNiCu为面心立方和体心立方相共晶结构，其在混合粉末中的占比为2~6wt.%，单晶碳化钨占20~60wt.%,其余为铸造碳化钨；骨架粉末放入行星球磨机中进行2~4h干式混合，制备出含高熵合金的骨架材料粉末；

（2）琼脂糖溶胶制备：将琼脂糖加入到去离子水中，配制成1~5wt.%的溶液，并放入恒温水浴锅中在80~90℃保温2~3h，保温过程中进行搅拌，形成琼脂糖溶胶，保温结束后将琼脂糖溶胶温度保持在50~60℃；

（3）骨架材料料浆制备：将琼脂糖溶胶加入到含高熵合金的骨架材料粉末中，骨架材料粉末占30~40wt.%，在50~60℃保温30~40min，保温过程中进行搅拌，保温结束后形成骨架材料料浆；

（4）骨架材料坯体成型：将骨架材料料浆倒入石墨模具中，并在真空干燥箱中100~110℃干燥1~2h，形成骨架材料坯体，坯体中铸造碳化钨、单晶碳化钨和高熵合金分布均匀；

（5）PDC钻头胎体材料制备：在骨架材料坯体上部放置Cu-Ni-Mn-Sn合金颗粒，Cu-Ni-Mn-Sn合金的成分为镍含量9.5~11.5wt.%，Sn含量5.5~6.5wt.%，Mn含量5~6.5wt.%，Cu为余量；Cu-Ni-Mn-Sn合金颗粒与骨架材料坯体的重量比为1:1~1.3:1；然后将放置Cu-Ni-Mn-Sn合金的骨架材料坯体与石墨模具一起放入真空烧结炉中，初始真空度20Pa，在400℃~600℃保温1~2h使琼脂糖分解脱除，在1150~1200℃保温1~2h使Cu-Ni-Mn-Sn合金熔化并浸入骨架材料坯体中，填充铸造碳化钨、单晶碳化钨、高熵合金之间的孔隙以及琼脂糖去除后留下的孔隙，保温结束后通入流量为5~10L/h的Ar气快速冷却，避免发生高熵合金发生结构弛豫，AlCoCrFeNiCu高熵合金保持面心立方和体心立方相共晶结构，碳化钨在高熵合金中无固溶，从而制备出含有面心立方和体心立方相共晶结构高熵合金相的PDC钻头胎体材料，其硬度≥30HRC，抗弯强度≥600MPa，冲击韧性≥4J。

2.根据权利要求1所述的PDC钻头胎体材料制备方法，其进一步的特征在于：

（1）骨架粉末在行星球磨机中混合时，球磨机的转速为100~300r/min；

（2）琼脂糖溶胶制备时的搅拌速度为60~100r/min；

（3）骨架材料料浆制备时的搅拌速度为60~100r/min；

（4）骨架材料坯体成型时，干燥真空度20Pa；

（5）胎体材料制备时的升温速度为10℃/min。