[发明专利]具有含钴－镍－铁粘结剂的金属陶瓷刀片的旋转式地层钻探工具

说明书

                          背景

本发明涉及旋转式地层钻探工具，例如像顶板钻头或三锥钻头之类的在轴向前端有一个或多个硬质刀片的工具。对于顶板钻头这样的旋转工具，其典型应用是在矿顶处钻孔。对于三锥钻头这样的旋转工具，已用于油井钻孔和与此类似的地方。

典型的旋转工具在其轴向前端固定有硬质刀片，该硬质刀片是旋转工具最先撞击地层或其它基底的部分。硬质刀片包含碳化钨金属陶瓷(WC-金属陶瓷)，也称为钴结碳化钨硬质合金和WC-Co，此处，钴粘结剂(Co-粘结剂)将碳化钨颗粒粘合在一起。尽管由含有Co-粘结剂的WC-金属陶瓷制成的硬质刀片已取得良好的效果，但仍存在一些不足之处。

一个不足之处是高达约45％的世界主要钴产量来自于政治不稳定地区(如过去十年中经历过武装革命或和平革命以及仍将会经受进一步革命的政治地区)。每年世界主要钴市场的约15％用于制造包括WC-金属陶瓷在内的硬质材料，每年世界主要钴市场的约26％用于制造先进飞行器涡轮发动机用超级合金，这就是钴被称作战略材料的原因之一。以上因素不仅使得钴的价格昂贵，也使钴的价格处于不稳定的波动之中。因此，钴价较贵，进而使得WC-金属陶瓷硬质刀片的成本升高，也使得整个旋转工具的成本提高。旋转刀具成本的这种升高是使用Co-粘结剂生产硬质刀片所造成的不令人满意的结果。所以，有必要降低WC-金属陶瓷硬质刀片的粘结剂中的钴含量。

另外，由于上述主要产地的钴储藏量最大，因此，有可能因上述原因之一造成钴的供应中断。当然，钴的这种不可得到性是不希望发生的。

旋转刀具在腐蚀性环境中工作，虽然WC-金属陶瓷硬质刀片足以应付这种环境，但仍存在着开发出这样一种硬质刀片的需求：它能在基本上保持与WC-金属陶瓷硬质刀片基本一样的磨损性能的同时，具有更好的耐蚀性。

虽然WC-金属陶瓷硬质刀片已得到成功的应用，但是仍然需要提供一种不存在诸如成本高且可能中断供应等缺点的硬质刀片，正如上文所述，这些缺点是与钴的使用密不可分的。也需要开发出一种在腐蚀性环境中使用的硬质刀片，该硬质刀片能在不损失含Co-粘结剂的WC-金属陶瓷的磨损性能的同时，具有更好的耐蚀性。

                          简述

在一个实施方案中，本发明是一种包括一个细长刀体的旋转工具，该刀体具有轴向前端和轴向后端。硬质刀片固定在旋转刀体的轴向前端，该硬质刀片的成分包括约5重量％～约19重量％的粘结剂和约81重量％～95重量％的碳化钨，该粘结剂包括一种钴-镍-铁粘结剂(Co-Ni-Fe粘结剂)。

在另一个实施方案中，本发明是在旋转工具中使用的一种硬质刀片，此旋转工具包括带有轴向前端的细长刀体，其中该硬质刀片固定在刀体的轴向前端。该硬质刀片的成分包括约5重量％～19重量％粘结剂和约81重量％～95重量％的碳化钨，该粘结剂包括一种Co-Ni-Fe粘结剂。

在又一个实施方案中，本发明是一种旋转的切削刀具，该刀具包括具有轴向前端的细长刀体，在刀体的轴向前端固定有硬质刀片，该硬质刀片的成分包括约5重量％～19重量％粘结剂。该粘结剂包含至少约40重量％钴，但不超过约90重量％钴，该粘结剂其余部分为镍和铁以及任选的附带的杂质，其中，镍含量至少约4重量％，铁含量至少约4重量％。碳化钨粒度包括约1微米(μm)～约30μm。

即使缺少任何未在本文中专门公开的元素、步骤、组元或成分，本文中描述的发明也可得以适当的实施。

                        附图简述

参考下列描述、附后的权利说明以及附图，可更好地理解本发明的这些和那些特点、状况及优点。附图中：

图1是宾西法尼亚州Latrobe的Kennametal公司生产的KCV4-1RR(Roff Rocket)型顶板钻头的侧视图。

图2是潜孔钻进(downhole drilling)用钻头的侧视图。

                        描述