[发明专利]新型高品级凿岩金刚石复合齿生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型高品级金刚石复合齿，主要是用在三牙轮钻头、潜孔钻具、截煤齿、挖路齿等工具上使用的金刚石复合齿。

背景技术

近年来，随着现代工业的迅速发展，对机械产品的性能要求越来越高，希望其能在高温、高压、高速条件下长期稳定的工作，因而对材料的性能提出了很高的要求。特别是对硬地层及耐磨性地层的钻进工具，更希望其具有高硬度、高耐磨性和高耐腐性的性能。作为石油、天然气、矿山凿岩开采等的主要凿岩工具，其品质直接影响凿岩的进尺、速度、成本因素。

而目前在石油、地质勘探、矿山开采、工程施工等领域使用的硬质合金牙轮钻头、潜孔钻具的金刚石硬质合金齿，其生产方法如下：

原料金刚石选用230/270、270/325目粒度各50％，结合剂选用金属Co，粒度为325目，按90％的金刚石和10％的Co进行配制，球磨介质为硬质合金球，球料比为15∶1，球磨筒转速为150转/分钟，时间3h，容易产生材料混配不均的问题。

内合成模的组装是在金刚石混合料经过单独真空处理，或者是结合剂进行氢气保护还原后经过混配后再进行组装工艺。金属杯采用0.076mm厚的钼杯与硬质合金基体组成。组装方式为将金刚石混合料称重后装入单层钼杯，加入硬质合金基体，然后在手搬压机上压实成内合成模。因采用手动工艺，材料组装不够致密。

内合成模组装之前，首先将Co粉进行氢气还原净化处理，再将Co粉与金刚石混配后进行真空处理，然后进行组装内合成模。其不足之处是净化不彻底，在组装工序中，由于组装时间过长，会对净化过的材料产生重复氧化和污染，造成合成中产品产生裂纹，严重时造成金刚石层与硬度合金界面分层脱落。

在合成模总成装配中，采用叶腊石块、叶腊石环、白云石衬套、导电钢碗、导电钛片做传压、密封介质组成外合成模。将内合成模放入NdC₁球状衬模中，另一头采用NdC₁片封口，然后装入石墨加热管，套上白云石衬套，装入叶腊石合成块中，上下两头先放入钛片，再放入导电钢碗、叶腊石环，组装成一个完整的合成模总成。采用碳管旁热式加热，腔体内部的温度场沿径向周边高、中心低，沿轴向中心高、两端低，当周边烧结好时，中心部位常常出现“欠烧”，而当中心部位烧结好时，周边部分常常会发生晶粒异常生长现象，在合成中造成了很大的难度。

高温超高压合成半成品，合成工艺流程为：先将压机预热-设置合成压力、功率、时间，升压升温，保压保温，保压降温，保压等待，降压，合成结束。

半成品粗加工。粗加工粗磨外圆在无芯磨机床上进行，选用80/100目金刚石砂轮，控制好进刀量，金刚石层向前进方向，粗磨外圆，冷却液流量适中。粗磨外圆要求保留余量0.1mm。硬质合金平面粗加工在平面磨床上进行，选用80/100目金刚石砂轮，将半成品用专用夹具固定后磨平面转下道工序。

半成品精加工，半成品精加工同样在无芯磨、平面磨机床上加工，只是将金刚石砂轮换成了160/180目在精磨前必需将磨床清洗一遍，被免粗颗废物影响产品光洁度，同时用碳化硅砂轮修整无芯磨导轮后才能进入精磨加工程序。精磨时要求进刀量要小，冷却液流量要大。

生产出的金刚石硬质合金齿的硬度不够高、抗冲击韧性不够高、使用寿命短等缺点，严重影响工作效率和钻井成本，特别是在中硬岩层以上，强磨性地层和非均质地层，更跟不上发展速度的需要，已成为制约我国钻井、矿山开采、施工中的瓶颈。为了适应钻井、矿山开采工程施工中的需要，提高金刚石复合齿的抗冲击韧性和耐磨性很有必要。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种抗冲击韧性高、耐磨性强，适于在中硬以上地质及复杂地层中钻进，使用寿命长、工作效率高的新型高品级凿岩金刚石复合齿生产方法。

本发明目的的实现方式为，新型高品级凿岩金刚石复合齿生产方法，具体步骤如下：

1)将金刚石微分与金属Co、Ni、碳化物和碳氮化物作结合剂，并加入高纯度乙醇和硬质合金球，搅拌20-24h，混均，倒出废液，于100-120℃温度下烘干，加入2C成型剂，继续混配1-2h，清理硬质合金球，

金刚石粒度选择为：5-20μm，结合剂各成分的重量比为Co∶Ni∶碳化物∶碳氮化物10％∶3％∶4％∶1％，结合剂粒度：5-10μm，金刚石与结合剂的重量比为80％∶20％，

高纯度乙醇的加入量应超过材料50mm以上，硬质合金球的加入量与混料量的重量比为15∶1，硬质合金球球径ф5-12mm，2C成型剂加入量为物料量的1-5％，