[发明专利]一种高强耐磨钎料及其制备方法、PDC钻头的钎焊方法

说明书

本发明属于钎焊钎料技术领域，具体涉及一种高强耐磨钎料及其制备方法、PDC钻头的钎焊方法。本发明提供的高强耐磨钎料，包括如下质量份数的组分：Cu 50～55份、Au 10～15份、Mn 25～30份、Ni 2.5～3.0份、耐磨颗粒0.5～1.5份。本发明的高强耐磨钎料，为铜基钎料，含有贵金属Au，Au对硬质合金亲和力强，且高温性能好，可增强钎料对硬质合金的润湿性能，提高接头的强度和高温性能；钎料中的耐磨颗粒，弥散分散在钎缝中，协同增强钎料层的强度和耐磨性能，适于PDC钻头钎焊应用。

技术领域

本发明属于钎焊钎料技术领域，具体涉及一种PDC钻头钎焊用钎料，更为具体地，涉及一种高强耐磨钎料及其制备方法、PDC钻头的钎焊方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact，简称PDC复合片)是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。PDC复合片是在硬质合金基片上，于高温高压(通常为5万大气压和1500℃高温)下，烧结一层聚晶金刚石构成的复合体。PDC复合片可利用聚晶金刚石层的高硬度、高耐磨性能，以及利用硬质合金基体承受切削岩石或金属材料的冲击载荷，防止聚晶金刚石层的破碎。

PDC钻头主要由钻头体、切削齿和接头等组成，切削齿主要是聚晶金刚石复合片，它们按一定规律布置在钻头体上。PDC钻头的钎焊实际是PDC复合片与钻头体的钎焊，具体地说是钻头的钻头体(钢基体)与PDC复合片上的硬质合金基体部位之间的钎焊。与常规硬质合金钎焊不同，上述钎焊过程的钎焊温度不可避免地受到聚晶层金刚石热稳定性的限制。

目前，PDC钻头钎焊存在以下问题：(1)由于受聚晶金刚石热稳定性所限，现有钎料多为低温银钎料，如公告号为CN106270883B的发明专利中提及的AgCu钎料。低温银钎料在钎焊PDC钻头时，由于钎料的强度和耐磨性较差，导致PDC钻头脱焊、崩刃现象时常发生。这是由于：钎料强度低，导致PDC复合片与钢基体结合强度低，复合片易脱焊；钎料耐磨性差，钎料层易脱落，也会造成所包覆的复合片脱焊。(2)现有钎焊多为大气感应钎焊，即PDC钻头需在箱式电阻炉预热至一定温度后取出置于感应焊机线圈钎焊，该过程中，由于工件降温快，因此需要重新加热，并且转换场地耗时长，导致钎焊效率低。(3)由于受金刚石聚晶层的热稳定性影响，超过800℃的高温钎焊温度时聚晶金刚石层易热损伤，如何防护是一个难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种高强耐磨钎料，其焊接接头强度高、耐磨性能好。

本发明的第二目的在于提供一种高强耐磨钎料的制备方法，其操作简单，易于实现。

本发明的第三目的在于提供一种PDC钻头的钎焊方法，其能够实现PDC钻头的自保护高温钎焊，聚晶金刚石层无热损伤，且接头强度高、耐磨性能好。

为了实现上述目的，本发明的高强耐磨钎料，采用的技术方案是：

一种高强耐磨钎料，包括如下质量份数的组分：Cu 50～55份、Au 10～15份、Mn 25～30份、Ni 2.5～3.0份、耐磨颗粒0.5～1.5份。

本发明的高强耐磨钎料，为铜基钎料，含有贵金属Au，Au对硬质合金亲和力强，且高温性能好，可增强钎料对硬质合金的润湿性能，提高接头的强度和高温性能；钎料中的耐磨颗粒，弥散分散在钎缝中，协同增强钎料层的强度和耐磨性能。

作为进一步优选的方案，所述高强耐磨钎料为无底圆筒状钎料。本发明提供的高强耐磨钎料，钎料形态为无底圆筒状，该钎料在使用时，可预先包覆在PDC复合片外部，在高温钎焊过程中，由于钎料在复合片的外部，基于感应集肤效应，外部钎料先加热至高温，钎料熔化、流铺在PDC复合片外侧，可防止复合片出现过热损伤，具有自保护功效。

本发明采用的无底圆筒状钎料为薄壁钎料。进一步地，所述无底圆筒状钎料的壁厚为0.8～2.0mm。