[发明专利]金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头及其制作工艺

摘要

一种金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头及其制作工艺，由厚度为0.1～1.0mm的胎体工作层超薄片和隔离层超薄片复合成钻头钻齿；胎体工作层超薄片为金属粉末和碳化钨粉末，隔离层超薄片为石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉；工作层超薄片冷压成型采用放射状定位分布结构，按照设计的金刚石颗粒间距尺寸，将其埋植在胎体预定位置；装料过程中采用超声波或其他高频率振动平台振动分层布粉，保证其厚度均匀一致，经冷压成型得到超薄片压坯；组装超薄片压坯成钻齿，将钻齿和钻头钢体通过中频炉热压烧结成一体，经机械加工制成钻头。本发明制成超薄层复合钻头，钻进硬岩时工作效率高、寿命长、能耗低。

主权项

1.金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头的制作工艺，由厚度为0.1～1.0mm的工作层超薄片和厚度为0.1～1.0mm隔离层超薄片复合成钻头的钻齿；工作层超薄片胎体采用金属粉末和金刚石为原料，隔离层超薄片采用石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉为原料；工作层超薄片中的金刚石颗粒采用放射状定位分布结构，埋植在胎体预定位置，即以钻头中心点为圆心，在胎体上作出若干切削线，过中心点沿径向作若干放射线，金刚石布置在切削线和放射线的交点上；超薄层复合钻头由多层钻齿和钻头钢体合成，其特征在于包括以下步骤：第一步：模具和钢体准备选用合金钢设计和加工冷压模具，其中钢压头是保证金刚石呈放射状定位分布结构，利用激光雕刻法或电火花法加工；选用体积密度大于1.85g/cm3，抗压强度大于45MPa的高强度高纯度高密度的石墨设计和加工烧结模具；选用45#钢加工好钻头钢体；第二步：胎体粉末混合称取质量合格的所需金属粉末、碳化钨粉末，加入体积分数为30％至80％的润湿剂混合均匀，得到混合均匀的工作层粉末混合料；第三步：隔离层混料准确称取质量合格的石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉、陶瓷粉等隔离层原料，加入体积分数为30％至80％的润湿剂混合均匀，得到混合均匀的隔离层粉末混合料；第四步：振动布料装模称取混合均匀的工作层粉末混合料，装入放置在超声波或其他高频率振动平台上的冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，组装好钢压头后，移至压力机上加压成型得到胎体工作层超薄片压坯；称取混合均匀的隔离层粉末混合料装入冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，然后移至压力机上加压成型得到隔离层超薄片压坯；第五步：金刚石定位分布使用钢压头冷压成型得到的工作层超薄片压坯，其留有满足金刚石呈放射状定位分布结构的放置坑，将工作层超薄片压坯从钢模取出，采用涂抹粘贴法将金刚石颗粒植入坑内，制得含金刚石颗粒的工作层超薄片压坯；第六步：粉末冶金法制造将植入金刚石颗粒的工作层超薄片压坯和隔离层超薄片压坯，按照工作层超薄片压坯—隔离层超薄片压坯—工作层超薄片压坯—隔离层超薄片压坯—……—工作层超薄片压坯的顺序组装，并配好钻头钢体，置于中频炉中，先通过加温加压，温度逐步提升至900℃至980℃，压力逐步加至25KN至40KN，然后降温至700℃至790℃，降压至15KN至25KN，进行保温保压2分钟至8分钟，完成热压制作流程；第七步：冷却脱模将置于中频炉的石墨模具组件，待烧结过程结束和冷却后从石墨模中取出得到金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头毛坯；第八步：机械加工将金刚石放射状定位分布超薄层复合钻头毛坯，按照有关标准进行丝扣加工、水口水槽加工，即制成超薄层复合钻头。