填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于鉆進(jìn)及超硬材料領(lǐng)域，具體為填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭及其制造方法。在鉆頭需工作的面上設(shè)置有勻均的凹坑；然后，將復(fù)合材料粉末和金剛石顆粒填充到凹坑中，接著將鉆頭放置到加熱爐膛中燒結(jié)，待復(fù)合材料熔化合，停止加熱，取出鉆頭。本發(fā)明鉆頭的工作面熔進(jìn)了金剛石顆粒，使本來(lái)就可以做鉆頭材料的硬質(zhì)合金，在局布增加了硬度，降低了金剛石鉆頭的生產(chǎn)成本，增加了金剛石鉆頭的使用壽命，制造工藝靈活、簡(jiǎn)單，可滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉆進(jìn)及超硬材料領(lǐng)域，具體為填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭及其制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]金剛石鉆頭在制造中，常常采有孕鑲工藝、表鑲工藝、電鍍工藝、纖焊工藝。
[0003]孕鑲工藝:金剛石鉆頭的工作層由硬質(zhì)合金類(lèi)金屬粉末和金剛石組成，金剛石是隨機(jī)地分布在硬質(zhì)合金類(lèi)金屬粉末胎體中的。
[0004]表鑲工藝:在鋼體上部燒結(jié)固定有胎體，胎體表面規(guī)則有序鑲嵌有金剛石顆粒和圓柱形金剛石聚晶。
[0005]電鍍工藝:金剛石的胎體是在電鍍槽里被一層一層鍍覆在鉆頭體上，電鍍覆蓋電解金屬的同時(shí)，撒布金剛石顆粒，金剛石被包裹在電鍍金屬層里。長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)補(bǔ)砂和鍍覆就形成了鉆頭的工作層。
[0006]纖焊工藝:鉆頭基體表面處理、均勻涂覆焊料、金剛石、放到夾具上、送入真空釬焊爐、抽真空、升溫、保溫、冷卻、出爐。
[0007]目前國(guó)內(nèi)外一般都采用粉末冶金法制造金剛石制品，具有工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的工藝方法有熱壓法、無(wú)壓法、冷壓法、電鍍法、釬焊法、電火花燒結(jié)法等。
[0008]熱壓燒結(jié)法常常用于制造金剛石鉆頭過(guò)程中，胎體粉末的配料和燒結(jié)工藝直接決定金剛石鉆頭性能的兩個(gè)關(guān)鍵因素，所以國(guó)內(nèi)外對(duì)金剛石鉆頭的研究多集中于胎體配方上和燒結(jié)工藝上。
[0009]金剛石鉆頭成本高，壽命短，是金剛石鉆頭領(lǐng)域需解決的問(wèn)題。要想在這些問(wèn)題上有重大突破，需拋棄原來(lái)的研究方向，尋找新的技術(shù)路線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明創(chuàng)造了一種新的金剛石鉆頭的生產(chǎn)工藝，它完全不同于以上各種工藝，它利用復(fù)合材料將金剛石顆粒熔結(jié)在鉆頭工作面的凹坑中，使金剛石鉆頭工作面局部含有金剛石，開(kāi)創(chuàng)了一條延長(zhǎng)金剛石鉆頭壽命和制造金剛石鉆頭的新技術(shù)路線。此新工藝取名為填坑式燒結(jié)法。
[0011]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0012]填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭，其包括:鉆頭非工作部分(4)和工作面部分(3)構(gòu)成，鉆頭非工作部分(4)具有內(nèi)螺紋(5)，鉆頭非工作部分(4)的頭端燒結(jié)有工作面部分(3)。
[0013]鉆頭需工作的面(3)上設(shè)置有勻均的凹坑(2)，凹坑(2)中燒結(jié)有含有金剛石顆粒的復(fù)合材料(I)。
[0014]根本金剛石鉆頭的工作對(duì)象，選擇鉆頭的材料品種、形狀和金剛石粒度，在鉆頭需工作的面上設(shè)置有勻均的凹坑；然后，將復(fù)合材料粉末和金剛石顆粒填充到凹坑中，接著將鉆頭放置到加熱爐膛中燒結(jié)，待復(fù)合材料熔化合，停止加熱，取出鉆頭。
[0015]鉆頭所用材料的熔化溫度需大于復(fù)合材料的熔化溫度300° C至2000° C。[0016]整個(gè)鉆頭分為工作面部分和非工作面部分，兩部分可以是一種材料組成的一個(gè)整體,也可以是兩種材料相結(jié)合。
[0017]所述鉆頭的工作面部分和非工作面部分為金屬合金材料。
[0018]所述復(fù)合材料，包括:金屬粉末、活性劑、增強(qiáng)劑、。
[0019]所述金屬粉末為鐵、釩、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂、鎳、錫、銅、銀材料中的一種或多種。
[0020]所述活性劑為鈷、硅、鎢、鑰、鈮、鉭中的一種或多種。
[0021]所述增強(qiáng)劑為，氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦的一種或多種。
[0022]所述稀土為鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、镥、鈧中的一種或多種。
[0023]接重量比，金屬粉占50%至60%，金剛石顆粒占37%至47%，活性劑占1%至15%，增強(qiáng)劑占2%至25%，稀土占0.5至1%。
[0024]爐膛內(nèi)的加熱溫度，根據(jù)所選用的金屬粉末和基體的材料而定。
[0025]本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明使鉆頭工作面熔進(jìn)了金剛石顆粒，使本來(lái)就可以做鉆頭材料的硬質(zhì)合金，在局部增加了硬度。
[0026]2、本發(fā)明的工藝靈活、簡(jiǎn)單，可充分滿(mǎn)足各種工作對(duì)象的需要。如:事先制造好各種大小、形狀、材質(zhì)的鉆頭，事先配制好各種材料、比例的填坑復(fù)合材料，事先準(zhǔn)備好不同粒度號(hào)的金剛石。根據(jù)工作對(duì)象進(jìn)行二次填坑生產(chǎn)。又如:事先制造好的鉆頭，也可以無(wú)需二次填坑，直接使用。避免了鉆頭生產(chǎn)出來(lái)后的積壓?jiǎn)栴}和用戶(hù)個(gè)性化需要的問(wèn)題。
[0027]3、同樣數(shù)量的金剛石，本發(fā)明因工作面上的金剛石不是平均分布在鉆頭面上，而是點(diǎn)式分布，所以厚度大大增加，切削、破碎時(shí)，工作面不易損傷，增加了使用壽命。
[0028]4、本發(fā)明在搬運(yùn)金剛石鉆頭時(shí)，工作面不易損壞、不存在掉齒現(xiàn)象。
[0029]5、用同樣的成本所生產(chǎn)的鉆頭，其它鉆頭破巖時(shí)，僅能鉆井幾十米，而本發(fā)明可鉆進(jìn)幾百米，降低了生產(chǎn)成本，減少了更換鉆頭的次數(shù)。
[0030]6、本發(fā)明采用了增強(qiáng)顆粒、活性劑、稀土，使金屬基體和復(fù)合材料結(jié)合牢固，金剛石顆粒分布均勻，有較強(qiáng)的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。
[0031 ] 7、開(kāi)創(chuàng)了 一條延長(zhǎng)金剛石鉆頭壽命和制造金剛石鉆頭的新技術(shù)路線。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0034]說(shuō)明書(shū)附圖1中的，I代表復(fù)合材料粉末和金剛石顆粒的混合料、2代表凹坑、3代表切削破巖的工作面部分、4代表非切削破巖工作部分、5代表內(nèi)螺紋。
[0035]請(qǐng)參閱圖1所示，實(shí)例之鉆頭是由鉆頭非工作部分4和工作面部分3構(gòu)成，鉆頭非工作部分4具有內(nèi)螺紋5，鉆頭非工作部分4的頭端燒結(jié)有工作面部分3。
[0036]非工作部分4由一般的合金材料鑄成，工作面部分優(yōu)選為堅(jiān)硬的鎢剛，工作面鎢鋼表面有均勻的凹坑2，
工作面部分3的底面開(kāi)設(shè)有鉆頭流水口。
[0037]工作面部分鎢剛3設(shè)置有均勻的凹坑2。
[0038]將復(fù)合材料粉末和金剛石顆粒的混合料I混合均勻后，填充到工作面部分鎢剛3上的凹坑2中。
[0039]所述復(fù)合材料優(yōu)選鎳、鋅、招、鈷、氮化鈦、鑭。
[0040]所述金剛石顆粒按重量比，占40%，粒度為50目。
[0041]所述金屬鐵粉末按重量比，鎳占25%，鋅粉末按重量比占10%，鋁粉末按重量比11%，鈷按重量比占5%，氮化鈦按重量比占8%，稀土按重量比占I %。
[0042]爐膛內(nèi)的加熱溫度，為900° C至1000° C。
[0043]待復(fù)合材料熔化后與金剛石顆粒共同熔化在凹坑中。
[0044]然后取出鉆頭快速冷卻。冷卻后，鉆頭工作面上就熔進(jìn)了金剛石顆粒。
【權(quán)利要求】
1.填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭，其特征在于，鉆頭需工作的面上設(shè)置有勻均的凹坑，凹坑中燒結(jié)有含有金剛石顆粒的復(fù)合材料。
2.填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于，在鉆頭需工作的面上設(shè)置有勻均的凹坑，將復(fù)合材料粉末和金剛石顆?；旌虾?，填充到凹坑中，然后將鉆頭放置到加熱爐膛中燒結(jié)，待復(fù)合材料熔化合，停止加熱，取出鉆頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于，所述復(fù)合材料，包括:金屬粉末、活性劑、增強(qiáng)劑、稀土 ； 所述金屬粉末為鐵、釩、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂、鎳、錫、銅、銀材料中的一種或多種； 所述活性劑為鉆、娃、鶴、鑰、銀、組中的一種或多種； 所述增強(qiáng)劑為，氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦的一種或多種； 所述稱(chēng)土為倆、鋪、譜、欽、銀、紅、箱、禮、鋪、摘、欽、輯、錢(qián)、鏡、錯(cuò)、銳中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于，按重量比，金屬粉末占50%至60%，金剛石顆粒占37%至47%，活性劑占1%至15%，增強(qiáng)劑占2%至25%，稀土占0.5至1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的填坑式燒結(jié)金剛石鉆頭的制造方法，其特征在于，鉆頭所用材料的熔化溫度需大于復(fù)合材料的熔化溫度300° C至2000° C。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK103821456SQ201410069855
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】鄭國(guó)榮, 周海濤, 楊京廣 申請(qǐng)人:鄭州神利達(dá)鉆采設(shè)備有限公司