[发明专利]一种钻头的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻头制备领域，具体涉及一种新型钻头的制备方法。

背景技术

目前石油勘探钻头广泛采用金刚石复合片形成。石油勘探钻头主要是应用在油气田的钻采用钻头。金刚石以其特有的高硬度、高弹性模量、高热导率。目前，加工工具以孕镶单晶金刚石为主，烧结多晶金刚石工具正蓬勃兴起。烧结多晶金刚石，则以单晶金刚石颗粒与金属粉末的混合物方式或以单晶金刚石颗粒上覆盖预制合金薄片方式形成的金刚石复合片为主。金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compound，简称为PDC)具有很好的耐磨性、热稳定性、抗压强度和抗冲击韧性。但是，利用现有技术制造金刚石复合片，进而制得石油勘探钻头的性能尚不能完全满足行业需要，亟需得到性能更好的钻头的制造方法。

发明内容

本发明提供一种能够实现节能制造，并获得性能更为良好的钻头制备方法。

具体技术方案如下：一种钻头的制备方法，所述方法包括以下步骤：

a、原料选取：所述原料包括金刚石粉、钛粉、石墨烯、镍、二氧化钛、及催化剂；

b、原料混配：按照步骤a所述的原料组成称取原料，通过三维高速搅拌及电磁搅拌相互结合的方法进行搅拌，在搅拌过程中，先进行电磁搅拌，再进行三维高速搅拌；

c、然后将装有原料和混合助剂的碳合成模放入真空炉内抽真空加热成模；

d、将步骤c抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成；

e、高温高压合成后进行卸压，卸压后覆盖在合金基体上得到金刚石复合片，加工成型获得钻头雏形；

f、对钻头雏形进行加工镀膜，将钻头雏形清洗干净后，置于真空室内，将真空室抽至低真空10^-4Pa数量级，应用溅射设备进行镀膜作业，完成制备。

进一步地，步骤a中的所述金刚石粉、钛粉、石墨烯、镍、二氧化钛、及催化剂的重量份数比为100-120：80-90：0.8-1.4：8-10：9-11：4-9；

所述金刚石粉的颗粒尺寸为100-200nm，所述钛粉的颗粒尺寸为300-500nm；所述石墨烯、镍及二氧化钛的粒径不大于5×10^-3mm。

进一步地，所述催化剂包括纳米氧化铜粉末、纳米碳化硅粉末及氧化锆粉末，所述纳米氧化铜粉末、纳米碳化硅粉末及氧化锆粉末的添加重量份比例为： 20-30：15-17：2-3。

进一步地，所述纳米氧化铜粉末的粒径为100-200nm；所述纳米碳化硅粉末的粒径为130-150nm；所述氧化锆粉末的粒径为100-200nm。

进一步地，步骤b中所述电磁搅拌的时长为1-1.2h，所述三维高速搅拌的时长为2-2.5h。

进一步地，所述三维高速搅拌过程中的搅拌速度为500-800r/min，压强在 1.3-2MPa，室温下进行搅拌；

搅拌完成后，另外加入重量份为5-6的混合助剂，将其原料和混合助剂装入碳合成模中，所述混合助剂为硼。

进一步地，步骤c在真空炉内成模中保持30-40分钟；所述真空炉内真空度为0.002-0.01Pa，温度为80-90℃。

进一步地，步骤d高温高压合成过程中控制电流为200-300A，加热时间为 40-50s，压力为0.8-1.2万公斤，保压时间为120-140s。

进一步地，所述镀膜作业包括如下步骤，注入氩气，并加热至40-50℃，真空室压力上升至10⁰Pa数量级，开启溅射系统进行镀膜，其中溅射系统上的溅射电极为混合有铜、钛及银铜钛合金，并所述铜、钛及银铜钛合金重量比为1-3： 1-3：94-98。

一种钻头，应用上述的制备方法制备获得的，所述钻头由以下原料制备而成：金刚石粉、钛粉、石墨烯、镍、二氧化钛、及催化剂，所述金刚石粉、钛粉、石墨烯、镍、二氧化钛、及催化剂的重量份数比为100-120：80-90：0.8-1.4： 8-10：9-11：4-9；所述催化剂包括纳米氧化铜粉末、纳米碳化硅粉末及氧化锆粉末，所述纳米氧化铜粉末、纳米碳化硅粉末及氧化锆粉末的重量份比例为： 20-30：15-17：2-3。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。