[发明专利]一种高性能PDC钻具球齿的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能PDC钻具球齿的制备方法，该高性能PDC钻具球齿的制备方法包括：选取金刚石微细粉；并将微细粉在干燥炉中烘干；选取硬质合金，对其表面进行清洗，除油，除锈，将其顶部切削为半球，随后保温；制备石墨模具，将金刚石微细粉硬质合金的石墨模具内部，并进行初步压实，随后进行烧结。本发明采用放电等离子烧结制造的方式大大简化了工艺流程，提高了产品的生产率，同时保证了PDC钻具球齿的致密性，保证了钻具球齿的硬度；由于石墨模具可以重复利用，节约了生产成本；而钻具球齿材料的选取，又使得其热稳定性，抗冲击性，磨耗比得到了保障，相较于现有技术具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种高性能PDC钻具球齿的制备方法。

背景技术

钻头是石油和天然气开采过程中不可缺少的井下作业工具。目前，常用钻头为PDC【聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)】钻头。PDC钻具球齿作为PDC钻头上使用的产品，其发展技术直接影响着石油勘探领域的转变与创新。

目前PDC钻具球齿在制备过程中需要使用铌杯，钼杯进行定型，并在高温高压下进行烧结，由于其工艺较为复杂，且制备周期较长，成本较高，所以需要对其制备方法进行进一步研究。

发明内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种高性能PDC钻具球齿的制备方法。

本发明提供了一种高性能PDC钻具球齿的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，选取金刚石微细粉；并将微细粉在干燥炉中经过3-4小时烘干，烘干温度为110℃-130℃；

步骤2，选取外形为圆柱体，尺寸为直径10-15mm，高度为29-33mm的硬质合金，对其表面进行清洗，除油，除锈，将其顶部切削为直径8-13mm的半球，随后将其放于箱式保温炉内保温，70℃-80℃恒温保存使用；

步骤3，制备放电等离子烧结步骤中所用的石墨模具，石墨模具腔体圆柱形部分与的硬质合金圆柱形部分直径相同，腔体半球形部分直径与圆柱形部分直径相同；

步骤4，将步骤1中的金刚石微细粉与步骤2中的硬质合金放入步骤3中的石墨模具内部并进行初步压实，随后进行烧结，烧结温度为300℃-450℃，烧结压力为40Mpa-60Mpa，烧结时间为5-30min；

步骤5，对步骤4中初步得到的PDC钻具球齿分别进行打磨、抛光、喷砂、回火的后处理工序。

在本发明的某些实施方式中，所述硬质合金为钨钴类硬质合金或钨钴钛类硬质合金。

在本发明的某些实施方式中，所述金刚石微细粉在硬质合金表面的烧结厚度为1-2mm。

在本发明的某些实施方式中，步骤4中的烧结方式为热源烧结，所用热源为放电等离子，高能电子束，激光中的一种。

在本发明的某些实施方式中，所述金刚石微细粉的粒径为60-120nm。

在本发明的某些实施方式中，所述金刚石微细粉可以替换为碳化钨粉末。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明所述高性能PDC钻具球齿的制备方法采用放电等离子烧结制造的方式完全摆脱了传统PDC钻具球齿制造需要铌杯，钼杯，高温高压的限制，大大简化了工艺流程，提高了产品的生产率；由于石墨模具可以重复利用，节约了生产成本；使用等离子烧结的方式，保证了PDC钻具球齿的致密性，保证了钻具球齿的硬度；且由于可以在真空条件下进行操作，避免了材料的氧化；而钻具球齿材料的选取，又使得其热稳定性，抗冲击性，磨耗比得到了保障，相较于现有技术具有较好的应用前景。

具体实施方式