[发明专利]一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种镶金刚石钻头方法，特别是涉及一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头方法。

背景技术

目前，我国地质勘探逐步向深部发展，深部钻探所面临的岩层更为复杂，对金刚石钻头性能要求也更高。传统制造金刚石钻头的方法有热压法和电镀法，热压法制造的金刚石钻头性能较难控制，难以适应深部复杂多变地层的钻进；电镀法制造的金刚石钻头往往内外保径效果较差，钻头的使用寿命较低，也难以适应深部复杂地层，特别是非完整地层和强研磨性地层。此外，传统金刚石钻头工作层内部结构较为单一，也即胎体内部的金刚石与胎体成分都是性能一致的均匀分布在工作层中，导致钻头对岩层的适应性不理想，大大降低了钻头的使用性能。

运用钎焊法制造金刚石工具是近些年国内外学者研究较多的一种新方法，钎焊技术可以使得钎料中的某些活性元素与金刚石表层碳原子发生化学冶金反应，在金刚石表面形成一层金属碳化物层，通过这层碳化物层，金刚石、钎料与基体三者形成牢固的化学冶金结合，有利于提高单颗金刚石的出刃高度和工作时间，进而提高工具的切削效率和使用寿命。金刚石钻头在孔底的工作环境非常恶劣，为保证金刚石钻头的寿命，应采用耐磨性较好的镍基钎料制作金刚石钻头。但是，钎料包镶金刚石强的同时也会使得金刚石难以出刃，所以目前研制成功的钎焊金刚石工具一般为单层钎焊金刚石工具。中国发明专利CN 101824968A公开了一种新型孕镶钎焊金刚石钻头，该发明通过对金刚石颗粒的钎焊预处理，增强了金刚石与胎体的结合强度，提高了钻头的钻进时效和寿命。但该专利运用的是二次成型的工艺制造金刚石钻头，对金刚石的热损伤有较大的影响。此外，中国专利CN101862834A公开发明了一次成型多层钎焊金刚石钻头的制作工艺，将镍基钎料与金刚石颗粒混合后在特定条件下烧结，制成多层钎焊金刚石钻头。但该发明制作出来的钻头，胎体太硬，金刚石难以出刃，特别不适用于深部弱研磨性硬岩的钻进。为了实现钎焊孕镶金刚石的及时出刃，本发明人曾尝试采用在胎体中添加细铁丝来实现胎体的超前磨损，该方法实现了金刚石的及时出刃，但是钻头内金刚石浓度较高且为无序排列，金刚石的利用率有待提高。

对金刚石工具里的金刚石进行有序化也是近些年热门的研究话题，有序排布金刚石工具可以使得工具内每颗金刚石得到充分利用，进而降低工具的金刚石用量，降低成本。但是，由于难以制作具有高密度孔洞的有序排布模板，有序排布技术较适合应用于低浓度的金刚石工具制作中。因此，有序排布技术往往应用于金刚石锯片、金刚石磨轮等低浓度金刚石工具中。为保证钻头的寿命，传统孕镶金刚石钻头的金刚石浓度约为90%，电镀金刚石钻头甚至达120%，约为金刚石锯片的2~4倍。发明专利CN101285371公开了一种金刚石定位排布孕镶地质钻头，但该方法属于传统热压法制造的金刚石钻头，金刚石与胎体未能实现化学冶金结合，金刚石的利用率还是较低，且由于金刚石浓度较低，钻头寿命较短。为 实现钎焊孕镶金刚石钻头的有序排列，本发明人曾尝试采用在不锈钢薄片上钎焊好有序排列单层金刚石后，再将多层钎焊片叠加起来，在钎焊片之间添加粘结胎体粉末，再通过热压法制成了钎焊-热压多层有序排列金刚石钻头，这种钻头实现了金刚石的有序排列，降低了金刚石的浓度，提高了钻头的钻进时效，但是由于该制造方法属于二次成型，加重了金刚石的热损伤，钻头的寿命提高不是很明显，因此还需改进制造钎焊孕镶金刚石钻头的制造工艺。

综上所述，现有的金刚石钻头难以满足深孔钻进的需要，因此，研制出一种适应于深孔绳索取心钻进的高时效、长寿命、低成本新型金刚石钻头很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头方法，该方法提高金刚石与胎体连接而降低金刚石钻头浓度、并使钻头内金刚石进行有序排列，解决了钻头工作齿中金刚石利用率低、金刚石不易出刃的问题，钻头的锋利度和使用寿命得到了显著提高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将设计的钎料混合均匀后，通过冷压成形工艺制成钻头唇面形状的片状薄坯，约0.4mm厚；

（2）将工作层粉末通过冷压成形工艺制成约0.4mm厚的片状薄坯；

（3）在薄坯上喷洒有机胶，将打有孔洞的有序排列模板紧贴其上，再在模板的上方撒一层金刚石，用一软毛刷将多余的金刚石扫下并回收，揭开模板，薄坯上便附有有序排列的金刚石；

（4）在薄坯的一面喷洒有机胶，并将其贴在附有金刚石的薄坯上，形成组合的薄坯；