[发明专利]金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头及其制作工艺

说明书

一种金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头及其制作工艺，由厚度为0.1～1.0mm的胎体工作层超薄片和隔离层超薄片复合成钻头钻齿；胎体工作层超薄片为金属粉末和碳化钨粉末，隔离层超薄片为石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉；工作层超薄片冷压成型采用放射状定位分布结构，按照设计的金刚石颗粒间距尺寸，将其埋植在胎体预定位置；装料过程中采用超声波或其他高频率振动平台振动分层布粉，保证其厚度均匀一致，经冷压成型得到超薄片压坯；组装超薄片压坯成钻齿，将钻齿和钻头钢体通过中频炉热压烧结成一体，经机械加工制成钻头。本发明制成超薄层复合钻头，钻进硬岩时工作效率高、寿命长、能耗低。

技术领域

本发明主要属于机械加工领域，利用粉末冶金技术，采用金刚石定位分布，依靠超声波或其他高频率振动模式，尤其涉及金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头及其制作工艺。

背景技术

常规金刚石钻头制作中，存在金属粉末和金刚石用量多的问题，浪费了材料，且胎体中得金刚石随机分布，导致金刚石不能完全发挥功效，在钻头工作时，存在钻进阻力大、耗能高且效率低等问题，从而限制了金刚石钻头的使用效果，特别是在硬岩中的使用效果，也阻碍了金刚石钻进技术的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头及其制备方法。

一种金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头，由厚度为0.1～1.0mm的工作层超薄片和厚度为0.1～1.0mm隔离层超薄片复合成钻头的钻齿；工作层超薄片胎体采用金属粉末和金刚石为原料，隔离层超薄片采用石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉为原料；工作层超薄片中的金刚石颗粒采用放射状定位分布结构，埋植在胎体预定位置；超薄层复合钻头由多层钻齿和钻头钢体合成。

金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头，工作层超薄片植入的金刚石颗粒呈放射状定位分布结构，即以钻头中心点为圆心，在胎体上作出若干切削线，过中心点沿径向作若干放射线，金刚石布置在切削线和放射线的交点上。切削线和放射线的数量由钻头大小及工作层金刚石浓度决定，一般为3～30条/mm²。

金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头的制作工艺，包括以下步骤：

第一步：模具和钢体准备

选用合金钢设计和加工冷压模具，其中钢压头是保证金刚石呈等距状定位分布结构，利用激光雕刻法或电火花法加工；选用体积密度大于1.85g/cm³，抗压强度大于45MPa的高强度高纯度高密度的石墨设计和加工烧结模具；选用45^#钢加工好钻头钢体；

第二步：胎体粉末混合

根据钻头配方设计要求，称取质量合格的所需金属粉末、碳化钨粉末，加入体积分数为30％至80％的润湿剂混合均匀，得到混合均匀的工作层粉末混合料；

第三步：隔离层混料

根据钻头配方设计要求，准确称取质量合格的石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉、陶瓷粉等隔离层原料，加入体积分数为30％至80％的润湿剂混合均匀，得到混合均匀的隔离层粉末混合料；

第四步：振动布料装模

称取混合均匀的工作层粉料，装入放置在超声波或其他高频率振动平台上的冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，组装好钢压头后，移至压力机上加压成型得到胎体工作层超薄片压坯；称取混合均匀的隔离层粉料装入冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，然后移至压力机上加压成型得到隔离层超薄片压坯；

第五步：金刚石定位分布