[发明专利]低温电镀金刚石异形钻头及其制造方法

说明书

本发明与地质勘探领域内寿命长、时效高的人造金刚石钻头有关，尤其适用于典型的坚硬致密“打滑”地层。

常规钻头在“打滑地层”使用，很难钻进，时效极低而且寿命短。不同性能的钻头在同样地层钻进其打滑程度并不一样，说明打滑与钻头性能有关常规钻头在坚硬、致密、研磨性弱的地层钻进之所以打滑，主要原因是金刚石与胎体消耗不匹配，突出表现是钻头底唇金刚石不能自动出刃或出刃高度不够。

本发明的目的是提供一种在坚硬致密打滑地层钻进时具有长寿命和高效率的电镀金刚石异形钻头以及一种制造上述钻头等金刚石切削工具时使用的低温电镀方法。

要克服钻头打滑，一方面必须改变钻头性能，使胎体易于消耗而促使金刚石出刃;既降低钻头胎体耐磨性同时，环状孔底的岩石性能也是可以改变的，因为岩石的基本性质是单向应力最小，二向应力次之，三向应力最大。而且岩石的抗拉强度大大地小于岩石的抗压强度。利用这些性质改变钻头结构，能够达到改变破碎岩石的性质，即部分转化或降低岩石的力学性能，使之易于破碎岩石。改进就从这二方面着手。在“打滑”地层钻进，主要矛盾首先是时效，因此新型、改进的钻头要具有较高的时效，同时也应当指出在这种“打滑”地层中不可望有较高的机械钻速，而且时效与寿命或其乘积在一定条件下是一个常数，这就决定了钻头性能的各参数间须有一个合理的搭配，达到即能有效地克服钻头打滑又能使钻头具有一定的寿命，获得较好的经济效益。

综上所述，首先是降低钻头胎体耐磨性，亦即提高其磨损率或磨料的磨损率，因此在相同条件下要促使钻头底唇金刚石出露，就得设法降低包镶金刚石的胎体硬度，也就是提高其磨损速率。

按照本发明的低温电镀金刚石异形钻头的形状包括有：

高低锯齿形钻头，它具有垂直圆周方向的高和低两排锯齿，并由数目相等的若干高低锯齿相间组成，它们在圆周上均匀分布;

单边凸起型钻头，它具有垂直圆周方向的内凸块和外凸块，并由数目相等的若干内、外凸块相间组成，它们在圆周上均匀分布;

凹凸型钻头，它具有垂直圆周方向的正常凸块和凸凹形凸块，并由数目相等的若干正常凸块和凸凹形凸块相间组成，它们在圆周上均匀分布;

低温电镀复合片钻头，它采用低温电镀方法制成的金刚石-硬质合金片镶合在钻头本体的镶嵌槽内，再用低温电镀把复合片牢牢镶焊在钻头本体的槽内。

在按照本发明的低温电镀金刚石异形钻头制造方法中，对上述钻头进行低温电镀时所采用的镍钴溶液配方中，通过控制钴离子和镍离子的浓度比值，可以控制电镀层或胎体合金的成分比值，试验表明合金成分比值改变，其胎体硬度性能也相应改变。这样，根据电镀工艺的不同，便可获得坚硬致密“打滑”地层中所需的钻头胎体性能。

现在对照以下简图对本发明的低温电镀金刚石异形钻头的结构进行详细描述：

图1是高低锯齿型钻头剖视图;

图2是图1的端视图;

图3是单边凸起型钻头剖视图;

图4是图3的端视图;

图5是图3所示单边凸起型钻头剖视图;

图6是图5的A-A剖面图（内凸块）;

图7是图5的B-B剖面图（外凸块）;

图8是凹凸型钻头剖视图;

图9是图8的端视图。

图2中的1为高低锯齿型钻头第一排垂直圆周方向的高锯齿，2为第二排垂直圆周方向的低锯齿，它是由若干个高低锯齿相间组成且数目相等，在圆周上均匀分布。低锯齿2离孔底还有4～5毫米高，略小于孕镶层厚度，只有高齿的金刚石层磨耗将尽时，低齿才能逐渐参加工作，以提高钻头寿命。这种高低齿底唇结构，大大地减少了与岩石的接触面积，图1中的3是锯齿唇面倾角约10°～15°所以其面积是逐步增大，最大时也只占钻头底唇圆环面积的38～42%，由于只是若干个高齿尖端接触岩石，则破碎岩石的压力更大，因此提高了摩擦系数和摩擦力，有利于岩石体积粉碎，产生较大颗粒岩粉，研磨胎体能力增强，促使金刚石出露，提高机械钻速。图3中的4为单边凸起型钻头的内凹块（见图6）5为它的外凸块（见图7），它是由若干个垂直于圆周方向的内外凸块相间组成且数目相等在圆周上均匀分布。图6中的6为内凸块孕镶的金刚石层。图7中的7为外凸块孕镶的金刚石层，所以该钻头底唇面约有30～40%面积孕镶有金刚石层用它来破碎岩石与普通钻头相比就大大地提高了金刚石破碎岩石的压力，有利于提高切入深度。