[发明专利]孕镶金刚石楔形切削齿的制备、镶嵌钻头的方法及应用

说明书

本发明公开了一种钻头用孕镶金刚石楔形切削齿的制备方法，利用YG12、Ni、Cu‑Re、Fe金属粉与金刚石较好的亲和性和有效融合性，采用温度为985～1040℃、压力为20～30MPa的非常规热压方法制备楔形切削齿，能够实现胎体材料的固相烧结，不会出现胎体金属的流失或偏析，使楔形切削齿的胎体致密均匀，胎体力学性能优良、性能稳定。本发明公开了一种镶嵌孕镶金刚石楔形切削齿钻头的方法，采用温差法使得孕镶金刚石楔形切削齿与钻头钢体过盈配合连接，再采用超声波电镀金刚石方法强化钻头的内外保径效果，同时实现本钻头底唇加厚的效果，增强金刚石楔形切削齿与钻头钢体的固结作用，有利于钻头在硬至坚硬而致密的岩石中应用。

技术领域

本发明提供了一种在地质勘探与开发、深部钻探以及钻进硬至坚硬而致密岩石所用的孕镶金刚石楔形切削齿即金刚石钻头的制造方法，属于地质勘探与深部钻探工程领域，同时也属于粉末冶金材料及其工具领域。

背景技术

近二十年来，深部钻探和深部地学研究发展迅速，钻遇的岩石级别变化大，岩性复杂，钻进难度大，需要具有独特性能的金刚石钻头适应这个快速的变化；特别是深部岩层的硬度高、致密度高，钻进速度低，施工周期长，造成钻探施工成本高。金刚石钻头的性能及质量与钻头结构、制造钻头的方法及其工艺参数有着密切的相关性；实践表明从钻头的结构与性能、制造方法和工艺参数出发进行研发，是一条提高孕镶金刚石钻头质量和适应性的切实可行的途径。

在我国，目前得到应用的制造孕镶金刚石钻头的方法主要有热压方法、电镀方法及无压浸渍方法等，这些方法对于研制高适应性的孕镶金刚石钻头始终没有突破。而冷压成型烧结方法、钎焊方法等几种方法由于存在不同程度的不足，一直未得到推广应用。

热压方法是我国主要的制造孕镶金刚石钻头的方法，但由于受钻头传统性胎体材料体系的束缚，以及与之配合的热压工艺参数缺乏科学性，以至普通热压方法制造的孕镶金刚石钻头的性能一直不能满足深部钻探生产的要求。

非常规热压方法是一种新思维的、科学的制造孕镶金刚石钻头的方法，经过两年多的试验研究，非常规热压孕镶金刚石钻头胎体的实际密度可达理论密度的98.8％，比普通热压方法的实际密度提高1.2％左右；经过两轮的试验、测试和研究表明，非常规热压方法在降低胎体内部孔隙的同时，还能改善孕镶金刚石钻头胎体的组织结构，全面提升孕镶金刚石钻头胎体的力学性能。

非常规热压方法必须重新研究，重新设计孕镶金刚石钻头的胎体材料体系，研究非常规热压参数与孕镶金刚石钻头胎体材料的优化配合，是本发明制造孕镶金刚石楔形切削齿镶嵌式钻头的技术基础，楔形切削齿结构的优势是本发明制造新型孕镶金刚石钻头的科学基础。

同时，传统的热压孕镶金刚石钻头的结构单一，存在居多的不合理性，钻头与孔底岩石为全面积型接触；钻进硬而致密岩石时，破碎岩石的方式为磨削和研磨方式为主，钻进效率必然低下，难以实现高效与长寿命钻进效果。

由上述可知，采用普通的热压方法，很难制造出具有高硬度、高耐磨性的优质孕镶金刚石钻头，难以制造高效、长寿命的孕镶金刚石钻头，多年来一直在不理想的水平上徘徊，得不到实质性的突破。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种钻头用孕镶金刚石楔形切削齿和一种镶嵌孕镶金刚石楔形切削齿钻头的方法及应用。通过创新孕镶金刚石钻头的工艺参数以及钻头切削齿胎体材料体系与热压工艺参数配合现状，以提高本发明孕镶金刚石钻头破碎岩石的特有优势，提升孕镶金刚石钻头高硬度与高耐磨性特征，同时兼顾胎体包镶金刚石的强度高和金刚石的出刃效果良好，可以实现高效、长寿命的钻进目标。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种钻头用孕镶金刚石楔形切削齿的制备方法，将楔形切削齿的制备材料按照要求装入三高石墨模具内，置于中频热压烧结炉中，启动烧结程序，出炉，成型，脱模，得孕镶金刚石楔形切削齿；