[发明专利]胎体组合物、采用该组合物的金刚石节块及其制备方法

说明书

本发明涉及一种胎体组合物，按重量百分比计包括如下组分：60‑80％WC粉末，5‑15％Co粉末，5‑12％Cu粉末，3‑5％Mn粉末，2‑6％Zn粉末，3‑8％镍基自熔合金粉末；还涉及一种金刚石节块，包括工作层，按体积百分比由以下原料制成：胎体组合物50‑70％，金刚石30‑50％；还披露了上述节块的制备方法。上述胎体组合物中镍基自熔合金粉与Mn粉、Zn粉组合起来能很好的熔入其他金属粉末之间；金刚石是通过滚圆放入胎体的，不易脱落；再依次经真空热压烧结、热等静压处理；如此节块具有优越的抗冲击韧性、耐磨性和金刚石把持力，且金刚石均匀分布、受力均匀，能够在极其恶劣的钻探/钻孔环境下工作。

技术领域

本发明涉及一种胎体组合物，以及采用该组合物的金刚石节块，尤其是涉及地质、煤炭及石油钻探钻头或者建材、石材钻孔钻头用金刚石节块；还涉及该金刚石节块的制备方法。

背景技术

金刚石节块是碳化钨和钴为主要胎体材料包镶粗颗粒金刚石的烧结体，胎体耐磨性、抗冲击性极强，粗颗粒金刚石的钻切能力好，非常适用于恶劣环境难钻进地层的钻进。普通的金刚石节块通过胎体粉末(一般为高碳化物含量的硬质合金粉末)和金刚石混合均匀后热压烧结而成，由于金刚石浓度高，与胎体粉末比重差异大，因此较难获得混合均匀的胎体粉末，压制和烧结过程易金刚石间出现桥架现象，导致金刚石节块在金刚石桥架处出现硬度和强度弱区，使用过程中会在弱区提前失效，从而造成寿命短的问题。而且，由于金刚石节块在深井内受到的压力及冲击力巨大，需要节块具有极高的抗冲击韧性，而常规粉末冶金得到的金刚石节块根本无法满足巨大的冲击。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种胎体组合物。

本发明的目的之二在于提供一种采用上述胎体组合物制备的金刚石节块及其制备方法。该金刚石节块中，金刚石在节块内均匀分布，具有良好的耐磨性、硬度、抗冲击韧性，可以用于地质、煤炭及石油钻探钻头切削齿，或者建材、石材钻孔钻头切削齿等。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种胎体组合物，按重量百分比计包括如下组分：60-80％的WC粉末，5-15％的Co粉末，5-12％的Cu粉末，3-5％的Mn粉末，2-6％的Zn粉末，3-8％的镍基自熔合金粉末。

上述组分选择的理由如下：

WC粉末，作为强碳化物形成元素，是胎体最主要的耐磨成分。本发明提供的胎体组合物中WC含量控制在60-80wt％，添加量超过该比例则会造成烧结温度过高或者胎体烧结密实度不高，添加量低于该比例则会造成胎体耐磨性不够，金刚石过早脱落。

Co粉末，可有效降低钴和金刚石的内界面张力，对提高金刚石的把持力起到关键作用，且可提高胎体的抗弯强度。本发明提供的胎体组合物中Co含量控制在5-15wt％。

Cu粉末，与Zn粉末互熔，是胎体的主要粘结剂。本发明提供的胎体组合物中Cu含量控制在5-12wt％。

Mn粉末，对金属粉末具有一定的脱氧能力，参与胎体的合金化，强化胎体。本发明提供的胎体组合物中Mn含量控制在3-5wt％。

Zn粉末，与Cu粉末互熔，是胎体的主要粘结剂，且可降低胎体的烧结温度。本发明提供的胎体组合物中Zn含量控制在2-6wt％。

镍基自熔合金粉末对提高金刚石的把持力起到关键作用。本发明提供的胎体组合物中镍基自熔合金粉末含量控制在3-8wt％。