一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油射孔器材制備技術(shù)領(lǐng)域，確切地說涉及一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射孔彈的穿孔性能直接影響油氣井的產(chǎn)能，提高射孔彈的穿孔深度是射孔彈研制人員長期追求的目標。藥型罩材料是聚能效應的載體，其性能直接影響著射流質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，藥型罩材料技術(shù)的發(fā)展是射孔彈的關(guān)鍵技術(shù)之一。與傳統(tǒng)致密藥型罩相比較，粉末罩具有生產(chǎn)效率高、加工精度高及射流穿孔后不產(chǎn)生杵堵等技術(shù)優(yōu)勢。同時，粉末罩的材料成分設計靈活、穿孔后效大。因此，粉末罩是目前藥型罩材料發(fā)展的主要方向。
[0003]基于鎢的高密度與高聲速及銅的高動態(tài)延展性，在石油射孔作業(yè)中的粉末罩通常采用W、Cu粉末作為首選材料。由于藥型罩的形狀為圓錐狀，工程上通常采用旋壓技術(shù)成形，以借助于陰模旋轉(zhuǎn)使粉末受到離心力作用而較均勻地填充模具型腔。由于鎢、銅兩種粉末材料在密度、粒度、顆粒形狀及顆粒表面狀態(tài)方面存在巨大差異，W、Cu粉末的混合均勻性及其在旋壓過程中很容易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，使得成形后的粉末藥型罩的成分及密度分布不均勻，嚴重影響射孔彈的穿孔性能(穿深與穿深穩(wěn)定性)。公開號為CN102069190A，公開日為2011年5月25日的中國專利文件公開了一種特深穿透射孔彈藥型罩的制備方法，運用了混合粉末造粒工藝和罩坯高溫燒結(jié)工藝，解決了多金屬混合粉末在模壓過程中出現(xiàn)的層析、偏聚以及重金屬粉末難成型等技術(shù)難題，提高了藥型罩成品密度分布均勻性，恢復混合粉末組元的塑性，并消除了粉末在模壓成型時的殘余應力，提高了金屬射流的延展性和侵徹能力。經(jīng)美國石油學會檢測認證、注冊，以該技術(shù)制造的鎢銅粉末罩裝配到127SDP45H16型射孔彈中在API標準環(huán)形混凝土革El的穿深達到1539mm，刷新了國內(nèi)射孔彈穿深記錄。但是，該粉末藥型罩與傳統(tǒng)冷壓粉末罩相比較，存在工藝較復雜、脫脂預燒工藝提高了加工能耗且生產(chǎn)效率偏低問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，本方法基于對鎢銅粉末顆粒的表面特性對粉末顆粒偏析機理的認識，即不同組元粉末顆粒產(chǎn)生偏析是顆粒比重及顆粒內(nèi)摩擦力共同作用的結(jié)果，通過解決現(xiàn)有鎢、銅粉末在混合與旋壓過程中的偏析問題，在保證射孔彈穿孔性能的基礎(chǔ)上，避免了脫脂預燒過程所造成的生產(chǎn)成本增加與生產(chǎn)效率較低問題。
[0005]本發(fā)明是通過采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:選擇醋酸銅作為鎢粉顆粒包覆用銅鹽，醋酸銅與鎢粉顆?；旌虾?，在氫氣環(huán)境中煅燒還原得到銅包鎢粉末，銅包鎢粉末再與電解銅粉混合得到鎢銅粉末。
[0006]以100g鎢粉為參考，具體包括如下步驟: a、先將31.3-47.05g醋酸銅在球磨機中研磨1_1.5小時，隨后，100g鎢粉加入球磨機內(nèi)混合1.5-2小時，得到混合粉末料；
b、將得到的混合粉末料在氫氣中于450-500°C煅燒還原得到銅包鎢粉末；
c、銅包鎢粉末與電解銅粉在球磨機中混合，兩者質(zhì)量比為82:18，得到混合均勻的鎢銅粉末。
[0007]所述a步驟中還進一步包括:加入1mm水于球磨機中并球磨混合30分鐘形成半干的混合粉末料；
所述b步驟中，煅燒還原的時間為30分鐘。
[0008]所述c步驟中還進一步包括:在球磨機中加入相對于鶴銅粉末質(zhì)量比為0.05?
0.08%的機油。
[0009]所述c步驟中還進一步包括:球磨機中的鋼球與銅包鎢粉末和電解銅粉的混合料之間的質(zhì)量比為1:5-1:10，轉(zhuǎn)速為200-300轉(zhuǎn)/分鐘，混合2_3小時即可得到混合均勻的鎢銅粉末。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果如下:
1、本發(fā)明中，特定地選擇醋酸銅作為鎢粉顆粒包覆用銅鹽，一方面能避免對環(huán)境的污染，另一方面，改善粉末的成型性能，降低粉末的成型壓力。
[0011]2、本發(fā)明中，醋酸銅與鎢粉顆?；旌虾?，在氫氣中于450-500°C煅燒還原得到銅包鎢粉末。此時，少量銅包覆在鎢粉顆粒表面，在鎢顆粒表面形成一種非均勻分布的包覆層，即銅在鎢顆粒的光滑表面上形成“銅瘤”，增加了鎢粉顆粒的表面粗糙度，在后續(xù)與銅粉混合過程中提高了鎢粉顆粒與銅粉顆粒之間的摩擦力，阻止鎢粉顆粒與電解銅粉顆粒之間的離析。鎢粉顆粒表面這一特征為混合過程與旋壓過程抑制銅鎢粉末顆粒之間的偏析創(chuàng)造了條件。從而，使制備的銅鎢混合粉成分均勻和旋壓銅鎢粉末罩密度分布均勻。
[0012]3、本發(fā)明中，由于鎢粉與醋酸銅之間的密度差很大，很容易造成混合不均勻現(xiàn)象，為此，加入1mm水于球磨機中并球磨混合30分鐘形成半干粉末料，能使鎢粉與醋酸銅的混合更加均勻。
[0013]4、本發(fā)明中，包覆完成后的銅包鎢粉末與電解銅粉在球磨機中混合，為了強化剪切作用對粉末混合均勻性的貢獻，采用球磨混合技術(shù)。在球磨過程中，添加機油能進一步抑制鎢銅粉末顆粒之間的偏析。
[0014]5、綜上所述，本方法基于對鎢銅粉末顆粒的表面特性對粉末顆粒偏析機理的認識，即不同組元粉末顆粒產(chǎn)生偏析是顆粒比重及顆粒內(nèi)摩擦力共同作用的結(jié)果，通過解決現(xiàn)有鎢、銅粉末在混合與旋壓過程中的偏析問題，在保證射孔彈穿孔性能的基礎(chǔ)上，避免了脫脂預燒過程所造成的生產(chǎn)成本增加與生產(chǎn)效率較低問題。
【具體實施方式】
[0015]為了解決射孔彈用鎢銅粉末罩在混合與旋壓過程中可能出現(xiàn)的偏析現(xiàn)象，針對鎢粉顆粒表面結(jié)晶完整、表面光滑而銅粉顆粒表面較粗糙的特點，具備這一特征的鎢粉顆粒，其顆粒間摩擦力較小，對混合初期鎢、銅粉末顆粒之間的動態(tài)相互填充均勻有利，但在后續(xù)混合過程中保持已相互填充均勻的動態(tài)分布狀態(tài)所給予的顆粒間摩擦力太低，很容易在混合過程的中后期及混合完成后的粉末加工過程(如卸粉、稱粉、裝粉即旋壓等)導致鎢、銅粉末顆粒之間發(fā)生偏析現(xiàn)象?；阪u粉顆粒的硬度遠高于銅，為了增大鎢粉顆粒的摩擦力，可采用在鎢粉顆粒表面進行鍍銅處理，即銅包鎢處理技術(shù)。實踐結(jié)果表明，若在鎢粉顆粒表面包覆銅量過多，很容易造成粘?，F(xiàn)象與銅聚集現(xiàn)象。前者使粉末罩成形時粘模，而后者使射孔彈的穿深降低且穿深數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定。故必須控制鎢粉顆粒的銅包覆量，大量實驗結(jié)果表明，在鎢粉顆粒表面包覆的銅量大約為1.0-1.5% (質(zhì)量百分數(shù))為最佳。
[0016]實施例1:鎢粉包覆1.5% (質(zhì)量百分數(shù))銅
稱取1.882Kg醋酸銅放入球磨機中，加入6Kg硬質(zhì)合金球并球磨1.5小時后加入40Kg鎢粉并以轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘混合2小時。隨后，加入400mm水繼續(xù)球磨30分鐘。將粉末混合物裝入舟皿中慢速推入450°C的氫氣還原爐中，使粉末煅燒還原。出爐后，將包覆銅的鎢粉40.6Kg與9.4Kg電解銅粉裝入球磨機中，加入6Kg硬質(zhì)合金球與40克機油。球磨機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，混合2小時后卸粉。將制備的鎢銅混合粉按正常旋壓工藝成形粉末罩，裝配在在SDP39HMX25-2型號射孔彈，穿深為810mm。
[0017]實施例2:鎢粉包覆1% (質(zhì)量百分數(shù))銅
稱取1.255Kg醋酸銅放入球磨機中，加入6Kg硬質(zhì)合金球并球磨I小時后加入40Kg鎢粉并以轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘混合2小時。隨后，加入400mm水繼續(xù)球磨30分鐘。將粉末混合物裝入舟皿中慢速推入450°C的氫氣還原爐中，使粉末煅燒還原。出爐后，將包覆銅的鎢粉40.4Kg與9.6Kg電解銅粉裝入球磨機中，加入5Kg硬質(zhì)合金球與40克機油。機油為普通機油。球磨機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，混合2小時后卸粉。將制備的鎢銅混合粉按正常旋壓工藝成形粉末罩，裝配在在SDP39HMX25-2型號射孔彈，穿深為850mm。
【主權(quán)項】
1.一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:選擇醋酸銅作為鎢粉顆粒包覆用銅鹽，醋酸銅與鎢粉顆粒混合后，在氫氣環(huán)境中煅燒還原得到銅包鎢粉末，銅包鎢粉末再與電解銅粉混合得到鎢銅粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:以100g鶴粉為參考，具體包括如下步驟: a、先將31.3-47.05g醋酸銅在球磨機中研磨1_1.5小時，隨后，100g鎢粉加入球磨機內(nèi)混合1.5-2小時，得到混合粉末料； b、將得到的混合粉末料在氫氣中于450-500°C煅燒還原得到銅包鎢粉末； c、銅包鎢粉末與電解銅粉在球磨機中混合，兩者質(zhì)量比例為82:18.得到混合均勻的鶴銅粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:所述a步驟中還進一步包括:加入1mm水于球磨機中并球磨混合30分鐘形成半干的混合粉末料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:所述b步驟中，煅燒還原的時間為30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:所述c步驟中還進一步包括:在球磨機中加入相對于鶴銅粉末質(zhì)量比為0.05?0.08%的機油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，其特征在于:所述c步驟中還進一步包括:球磨機中的鋼球與銅包鎢粉末和電解銅粉的混合料之間質(zhì)量比為1:5-1:10，，轉(zhuǎn)速為200-300轉(zhuǎn)/分鐘，混合2_3小時即可得到混合均勻的鎢銅粉末。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射孔彈藥型罩用鎢銅粉末制備方法，涉及石油射孔器材制備技術(shù)領(lǐng)域，選擇醋酸銅作為鎢粉顆粒包覆用銅鹽，醋酸銅與鎢粉顆?；旌虾螅跉錃猸h(huán)境中煅燒還原得到銅包鎢粉末，銅包鎢粉末再與電解銅粉混合得到鎢銅粉末。本方法基于對鎢銅粉末顆粒的表面特性對粉末顆粒偏析機理的認識，即不同組元粉末顆粒產(chǎn)生偏析是顆粒比重及顆粒內(nèi)摩擦力共同作用的結(jié)果，通過解決現(xiàn)有鎢、銅粉末在混合與旋壓過程中的偏析問題，在保證射孔彈穿孔性能的基礎(chǔ)上，避免了脫脂預燒過程所造成的生產(chǎn)成本增加與生產(chǎn)效率較低問題。
【IPC分類】B22F1-02, B22F9-22
【公開號】CN104722753
【申請?zhí)枴緾N201510129616
【發(fā)明人】羅宏偉, 郭鵬, 謝湛, 余訊, 涂良
【申請人】中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日