[发明专利]从多晶金刚石中电化学去除金属或其他物质

说明书

本公开涉及用于从多晶金刚石(PCD)诸如用于钻地钻头中的PCD中电化学去除金属或其他正离子的系统和方法。用于本文描述的所述系统和所述方法中的PCD具有导电性增强区域。

技术领域

本公开涉及从多晶金刚石(PCD)诸如用于钻地钻头中的PCD中电化学去除金属或其他物质。

背景

PCD和其他超硬物质非常适合在高温环境(诸如在将井筒钻入地层中时遇到的那些)中使用，并且可用于钻地钻头上的切割器或其他元件(诸如耐侵蚀性元件)中。金刚石是极其导热的，但是PCD常常含有传导性较差的物质，诸如金属。当PCD被加热到高温时，金刚石比同样在PCD中的任何金属或其他导热性较差的物质更容易导热和散热。这造成可损坏或破坏PCD的多种问题。因此，常常从PCD的全部或一部分中去除金属，通常在酸浸法中。

电化学过程也已经用来从PCD中去除金属或其他物质。电化学过程使用电流从一些物质(诸如存在于PCD中的金属)中去除电子，以使得这些物质化学带电(物质形成离子)，并且更能够溶解在水或另一种液体或凝胶中并因此从PCD中迁移出来。电流也可促使离子从PCD中迁移出来。然而，去除的相同金属也是PCD中传导电流的主要方式，因为金刚石是非常不良的电导体。特性的这种组合的结果是形成不含金属或金属减少的PCD层，所述PCD层不能够非常好地传导电流，并且因此干扰电化学过程的进一步的进展。

附图简述

为了更完整地理解本发明及其特征和优点，现结合附图参考以下描述，所述附图并未按比例绘制，并且在附图中：

图1A是使用具有基底的传导性增强型PCD元件作为阳极的的电化学系统的示意图；

图1B是使用不具有基底传导性增强型PCD元件作为阳极的的电化学系统的示意图；

图2A是传导性增强型PCD元件的横截面的示意图，其中整个PCD部件的导电性增强；

图2B是图2A的PCD元件的顶视图的示意图；

图3是具有导电性增强型顶表面的传导性增强型PCD元件的横截面的示意图；

图4是具有导电性增强型顶表面和侧表面的传导性增强型PCD元件的横截面的示意图；

图5是不具有基底、具有导电性增强型顶表面、侧表面和底表面的传导性增强型PCD元件的横截面的示意图；

图6A是具有传导性部分增强型顶表面和侧表面的传导性增强型PCD元件的横截面的示意图；

图6B是图7A的PCD元件的顶视图的示意图；并且

图7是在顶表面处具有传导性增强梯度的传导性增强型PCD元件的横截面的示意图。

详述

本公开包括用于电化学去除金属或其他物质的系统和方法，所述金属或其他物质可从PCD和PCD元件(诸如用于钻地钻头的切割器或耐侵蚀性元件)变成带正电的离子。虽然本公开重点以金属为例，但是在电化学过程中其他物质可变成带正电的离子，并且因此可结合金属，或者(如果导电)不依赖金属的存在并且甚至在不存在金属的条件下从PCD中去除。如果待去除的物质是金属，则其可以是第Ⅷ族金属，诸如钴(Co)、镍(Ni)或铁(Fe)。所述物质也可以是用来形成PCD或将其附接到基底的物质。

在本文所讨论的电化学电池和电化学方法中，含有金属或其他物质的PCD包含在阳极中。PCD可以是传导性增强型PCD，使得其作为阳极比常规PCD更好地发挥功能。传导性增强型PCD可具有比在整个PCD中、在PCD的内部部分中或在一个或多个表面处具有类似组成的常规PCD更好的导电性。在任一种情况下，PCD的电化学活性得到增强，从而允许从PCD中更快速或更彻底地电化学去除金属或其他物质(诸如催化剂或其他离子物质)。