[发明专利]电铸蜂窝结构金刚石地质钻头的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质钻头，尤其是涉及电铸蜂窝结构金刚石地质钻头的制造方法。

背景技术

电铸金刚石地质钻头主要用于地质勘查、矿产探矿等行业，钻取地层岩芯，分析地质结构和矿产中矿物含量。现在市场上的电铸金刚石地质钻头工作部位（简称刀头）都是实心结构，刀头致密度高，而电铸生产粘探金刚石的材料金属镍含量较高，虽然这种含镍金刚石钻头磨损小、自锐性能较高、研磨效度高，但由于镍的硬度和抗冲击强度都很高，容易造成钻头在钻探过程中经常出现金刚石磨料的棱角已经磨钝，而粘接金刚石的金属镍却还牢牢把持住金刚石现象，这种现象发生会阻止新的金刚石磨料的露出（这个过程叫出刃），致使钻头钻进过程中打滑，进尺慢，施工作业时间延长，人工成本和能源消耗大幅度提高。特别是地层硬度越高，钻头打滑现象普遍甚至根本钻不动。现有市场上的电铸金刚石地质钻头钻进普遍石灰岩的时效为1-2米/小时，钻进低硬度花岗岩的时效为0.6-1米/小时，钻进高硬度花岗岩的时效为0-0.5米/小时，且电铸金刚石地质钻头的电铸工序时间至少为10天，周期比较偏长，目前金属镍的价格不断增高，而电镀过程中金属镍的消耗量也比较多，制造和使用成本高。

发明内容

针对现有技术中电铸金刚石地质钻头存在的上述缺点，本发明提供了一种降低电铸液中镍含量，并加入稀土元素，使钻头在沉积过程中能在金刚石刀头表面和内部形成网状蜂窝状孔，把刀头电铸成蜂窝式结构，制成蜂窝结构电铸金刚石地质钻头。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：电铸蜂窝结构金刚石地质钻头的制造方法包括以下步骤：

1.在每升去离子水中加入硫酸镍：220-250g/L、硫酸钴：10-15 g/L、硫酸锰：5-10 g/L、氯化镍：30-45 g/L、硼酸：30-40 g/L、糖精：0.5～1 g/L、十二烷基硫酸钠：0.05～0.1 g/L和氯化铵：5-10 g/L搅拌混合制备成电铸液： 

2、再在电铸液中加入0.2-0.5 g/L的氧化铈，充分搅拌并调节PH值为4～4.5；

3、将已加工好的钻头装入合成模中，再将合成模置入电镀槽中，在温度为20-30℃的电铸液中、用电流密度为1.0～2.0 A/dm²的电流进行冲击镀，再用电流密度为1.5～2.0 A/dm²下进行空镀形成合金镀层后，然后上砂，将金刚石粉均匀地撒在刀头的合金镀层上，当金刚石粉被合金镀层包镶到金刚石粉的粒径的40%后，卸掉多余的金刚石粉后形成一层固定均匀的金刚石合金镀层，随后继续在金刚石层上进行电镀形成合金镀层，直到合金镀层包镶到金刚石粒径的80%后，继续重复进行下一次上砂过程，然后不断重复上述过程，直到沉积在刀头上的金刚石合金镀层厚度和高度达到设计要求停止电铸；

4、钻头电镀出槽后，脱模清洗，经干燥箱进行去氢处理，制成电铸蜂窝结构的金刚石钻头。

本发明的目的：通过减少刀头中金刚石磨料周围镍的用量，并在电镀液中加入稀土元素，使钻头在沉积过程中能在刀头表面和内部形成网状蜂窝状孔，把刀头电铸成蜂窝式结构，使金刚石磨料之间形成空隙，确保金刚石磨料的露出，有效地防止钻头在钻进过程中打滑，从而提高金刚石磨料的出刃速度和钻进速度，提高钻进时效，同时又可降低电铸生产过程中粘接金属镍的消耗，缩短电铸周期，减少电铸成本。   

本发明的基理是：在减少现有电铸液中镍含量的同时，按0.2克/升比例在电铸液中添加稀士氧化铈（分析钝），由于氧化铈具有抑制电铸中产生的氢气析出的能力和分散能力，因而一是可使氢气留在电铸镍层中形成气孔，气孔消失后使电铸镍层内形成蜂窝孔结构；二是由于氢气被抑制析出，使电铸液电流效率提高，从而可加快镍的沉积速度，使刀头中金刚石周围的金属镍在钻探时提高磨耗速度，提高金刚石磨料的出刃速度；再是可使镍均匀分散在被电镀层中，使电镀层杂质减少、而晶粒更细化，结构更紧密，且稀土氧化铈可提高电镀层与基体间的结合强度，能显著提高金属镍对金刚石磨料的把持力，使金刚石磨料的出刃更高。