[发明专利]坚硬岩石孕锒金刚石钻头制造方法

说明书

本发明为一种磨削极坚硬和坚硬岩石孕锒金刚石钻头的制造方法，它包括金刚石颗粒造球、压制、烧结等工艺。

孕锒金刚石钻头在磨削极坚硬与坚硬岩石时，由于金刚石的迅速钝化，而出现“打滑”现象，影响磨削效率。为了解决这一问题，欧洲专利申请公开83303312.9公开了一种金刚石钻头的制作方法，其方法是在胎体粉末中加入打磨剂，可以使钻头与钻头有较好的金刚石出露，但不能有较快的金刚石换层速度，因而也就不能解决钻头“打滑”问题;“软胎体法”，虽然可以提高金刚石换层速度，但寿命极短。美国专利3316073公开了一种金刚石钻头的制造方法-造球法，用此方法可以提高金刚石在胎体中的均匀分布，提高钻头质量，但不能解决“打滑”问题。目前国内制造使用的钻头，一般采用WC、Ni、Co、Mn和663青铜的混合物（其重量百分含量为：WC：40～54%、Ni：5～7%、Co：1～8%、Mn：5～8%，余量为663青铜）为胎体粉末。

本发明的目的在于制造一种孕锒金刚石钻头，在磨削极坚硬岩石时不出现“打滑”或“钝化”现象。这种方法的实质是降低金刚石在胎体中的包锒强度，加速金刚石换层，使钻头始终保持锋利状态。

本发明是在造球法的基础上改进的一种制造孕锒金刚石钻头的方法。具体工艺是，采用酒精和甘油的混合液（比例为5∶1）为润湿剂，先将金刚石裹上一层在烧结以后仍能保持松散状态、厚度为0.05～0.10mm（金刚石与粉末的重量比为1∶1～1∶4）的内层粉末，再与胎体粉末混合形成胎体粉末外层（图1），装模后，在一定的温度、压力下烧结成型。烧结温度为900～1000℃，压力为200～300kg/cm²，保温时间为5～7分钟，烧结温度与压力取决于胎体材料。内层粉末可以是WC、W、石墨等熔点高于胎体粉末烧结温度的物质，烧结以后松散的内层厚度为10～40um。

用本发明所述的方法制造的孕锒金刚石钻头，由于胎体中内层粉末不含胶结金属，且它的熔点远远高于胎体粉末的烧结温度，因而烧结后仍能保持松散状态，从而降低了金刚石在胎体中的包锒强度。当金刚石磨钝到一定程度后，就会从胎体中自动脱落，使下面新的金刚石得以出露（图3），始终保持金刚石钻头的锋利状态。磨削的岩石硬度越大（可钻性为10～12级）时，内层厚度也应越大。

用本方法制造的金刚石钻头，金刚石具有两层的包锒层（图2），粘结强度低 的内层及胎体粉末外层，用这种结构的钻头，磨削极坚硬与坚硬岩石时，由于具有较快的换层速度，从而不会出现打滑。同时由于这种结构的钻头内金刚石的换层速度主要取决于内层厚度，而与胎体硬度关系不大，因此，可以制造出既有较高的金刚石换层速度、又有高的胎体耐磨性，适用于钻进硬、脆、碎地层的钻头。用这种钻头钻进可钻性硬度为10～12级的岩石时，具有时效高（时效为1.0～1.5米/时），寿命长（寿命为10～30米/个）等优点。

附图说明：

图1.经造球的金刚石颗粒。1-金刚石，2-内层粉末，3-胎体粉末;

图2.烧结后的金刚石钻头的显微结构;其中：图2-1：钻头中金刚石颗粒的显微结构，图2-2：钻头中金刚石颗粒的显微分布示意图;

图3.金刚石颗粒的脱落过程;其中，图3-1：完好的单个金刚石显微结构，图3-2：使用时胎体粉末磨损到一定程度后，金刚石开始磨损的示意图，图3-3：金刚石继图3-2之后进一步磨损示意图，图3-4：金刚石磨损到一定程度后自动脱落示意图。

实施例：

1.孕锒金刚石钻头的制作。内层粉末为WC，金刚石与WC重量比为1∶3，烧结温度为950℃，压力250kg/cm²，保温时间7分钟。胎体粉末的重量百分含量为：WC：40～54%、Ni：5～7%、Co：1～8%、Mn：5～8%，余量为663青铜，在河南有色二队使用，岩层为石英斑岩，可钻性为11级，时效为1.08米/时，寿命为29米/个（石英斑岩占40%）。

2.孕锒金刚石钻头的制作。内层粉末为WC，金刚石与WC重量比为1∶4，烧结温度为970℃，压力为250kg/cm²，保温时间7分钟。胎体粉末的重量百分含量为：WC：40～54%、Ni：5～7%、Co：1～8%、Mn：5～8%，余量为663青铜，在安徽332队使用，岩层为硅化花岗岩并带有细石英脉，可钻性10～11级。时效为1.5米/时，寿命为12.8米/个。