复合电新工艺金刚石钻头的研制与应用

本文采用复合电镀新工艺来研制和生产金刚石钻头。在研制过程中，往普通钻头镀液中加入１０ｇ／１金刚石微粉，得到镍──钴──金刚石微粉复合镀层，提高了钻头胎体的耐磨性。将两种品级，三种粒度金刚石按一定比例混合使用，扩大了头的适宜和范围，提高了钻头的自锐性。通过必变内，外径和底唇面镀层厚度的比例，做到镀层基本同步消耗完。一年多来工地现使用结果证明，这种钻头适用于坚硬，强研磨性地层的钻进，具有时效快，寿命长     

电镀金刚石钻头胎体材料的选择

本文着重分析了影响钻头性能和胎体性能的因素，测定了胎体性能的两项指标－胎体硬度和耐磨性，测定结果表明，镍锰胎体比镍钴胎体硬度高，耐磨性能好，实验证明：在坚硬强度磨性地层和破碎地层中钻进，Ｎｉ－Ｃｏ－金刚石微粉胎体复合电镀钻头比Ｎｉ－Ｃｏ胎体电镀金刚石钻头使用效果好；对于坚硬强研磨地层以及软硬化交替地层中钻进，使用Ｍｉ－Ｍｎ胎体电镀金刚石钻头时效快，寿命长。     

Ni/P金刚石化学复合镀层性能与组织研究

本文研究了金刚石含量、热处理温度、表面活性剂种类等因素对Ni-P-金刚石复合镀层的显微硬度与耐磨性能的影响;采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对复合镀层的表面形貌及组织结构进行了分析。结果表明:在化学镀层中共沉积金刚石微粉能显著提高镀层的耐磨性;各工艺因素对复合镀层显微硬度与耐磨性的影响程度各不相同,热处理温度对复合镀层耐磨性能的影响最大;当镀液中金刚石微粉含量为2 g/L、热处理温度400℃、表面活性剂为SHP其含量为1∶15时,复合镀层的耐磨性能最好。与Ni-P化学镀层相比,金刚石复合镀层的耐磨性提高50%。     

电镀镍锰胎体金刚石钻头的应用

本文对镍锰胎体钻头和镍然胎体钻头的全用情况进行了比较。结果表明：在坚硬强研磨性地层钻进时,镍锰胎体钻头时效快,寿命长,使用效果好,通过将两种品级,三种粒度的金刚石按一定比例混合使用,扩大钻头的适用范围,提高了钻头的自锐性,而通过改变内,外径和底唇面胎体孕镶层厚度的比例,能做到镀层基本同步消耗完,实践证明,镍锰胎体金刚石钻头特别适用于钻进坚硬破碎,强研磨性地层和软硬交替的地层。     

金刚石—硬质合金复合片在石油、地质钻探中的应用

金刚石—硬质合金复合片是一种制造石油、地质钻头的复合超硬材料。这种材料是由0.5～1毫米厚的多晶金刚石层与几毫米厚的硬质合金衬底层在超高压高温下烧结而成,具有金刚石的硬度和耐磨性,又具有硬质合金的强度与耐冲击性。一九七三年美国克里斯坦森公司与GE公司合作研制成功了复合片钻头。现在复合片钻     

人造金刚石钻头胎体中粘结剂的探讨

本文对人造金刚石钻头胎体配方设计中,粘结剂的选择和加入量的确定作了一般性分析。确定了粘结剂在胎体中加入的多或少均会影响钻头硬度的耐磨性,根据具体被钻切介质对钻头胎体硬度和耐磨性的要求来确定热压烧结温度。并结合生产施工现场使用所研制的薄壁金刚石钻头,其测试结果证明对粘结剂的选择和加入量比例的调配是合理的。     

专利信息

CN200710053616．5热压高磷铁基金刚石钻头及其制备方法,CN200710094215．4地质勘探用聚晶金刚石钻头的制造方法,CN200610062842．5聚晶金刚石复合片钻头胎体的制备方法,CN200710189998．4金刚石微粉整形球磨机的钢球配比方法,CN200710190139．7钎焊金刚石热管砂轮,CN200710012258．3爆炸合成纳米聚晶金刚石的方法及专用爆炸装置。     

钎焊镀钛金刚石钻头的研制及其钻进性能分析

分别使用Ni-Cr和Cu-Sn-Ti等2种合金钎料真空钎焊制作镀钛和无镀层金刚石钻头,通过钻进玻化砖试验,研究了4类钻头的钻进性能。试验结果表明:Ni-Cr钎料钎焊制作的镀钛金刚石钻头与无镀层金刚石钻头比较,钻头平均寿命下降了41.7%;Cu-Sn-Ti钎料钎焊制作的镀钛与无镀层金刚石钻头比较,钻头平均寿命相当,但镀钛金刚石钻头的钻孔效率更高,并对其机理进行了分析。      

电镀弱包镶金刚石钻头研究

为了解决电镀金刚石钻头钻进坚硬致密岩石时效低的问题,进行了电镀弱包镶金刚石钻头的研究。本文首先对弱包镶材料中的人造超硬材料、胶粘剂、覆膜微粉进行了选择,然后介绍了弱包镶金刚石的覆膜制粒,最后采用正交试验设计方法研究了覆膜微粉的种类、覆膜后金刚石颗粒的粒径和覆膜金刚石的含量等三个因素对弱包镶金刚石钻头性能的影响。钻进试验在室内微钻试验台上进行,岩样为纯石英岩、人造锆刚玉等的材料。极差分析表明：三个因素对时效影响的显著性依次为：弱包镶金刚石的含量一覆膜微粉的种类一磨料的粒度。钻进结果显示,采用电镀弱包镶金刚石钻头,能够比较有效地解决电镀金刚石钻头的“打滑”问题。     

弧角型PDC钻头在煤矿定向排水孔施工中的应用

我国煤矿井下现用定向钻孔施工钻头多为胎体式平底聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头,钻头选型相对单一,在较软地层钻进时尚能够满足使用要求,但在钻遇中硬岩层时,存在钻进效率低的问题。对此,研制了一种胎体式弧角型PDC钻头,用于煤矿定向钻进排水孔施工,试验结果表明:该弧角钻头在中硬岩层钻进时,钻进效率能提高30%~40%,大大节约了施工成本和周期。     

提高电镀金刚石钻头保径能力的几种方法

在我国，电镀方法生产金刚石钻头已有近40年的历史。电镀方法生产金刚石钻头是在室温下进行，对金刚石没有任何热损伤；镍基合金胎体性能优良，对岩石有较广泛的适应性。但是，电镀金刚石钻头的保径效果差，特别是钻进硬、脆、碎岩石和钻进强研磨性岩石时尤其明显。本文分析比较了提高电镀金刚石钻头保径效果的几种新工艺包括双锥形工作面钻头、螺旋形水槽和半底喷式结构、聚晶保径规保径钻头、内外径和底唇面分开电镀法钻头、跟模电镀法钻头、镍钴锰合金胎体金刚石钻头，并给出了电镀镍钴锰合金金刚石钻头的电镀液配方及工艺参数。通过试验得出采用方柱状聚晶保径或采用镍钴锰合金胎体，电镀金刚石钻头的保径效果好，钻头寿命可提高30％以上。     

三峡永久船闸导垂孔施工用电镀金刚石钻头的研制

为了满足导垂孔施工孔径大、垂直精度高（扎斜允许偏差在1‰以内）的要求,本文采用复合电镀技术研制出大口径会刚石钻头,所用胎体材料为镍钴合金,钻进金刚石的品级为MBD8、MBD10,其中MBD10占总量的60％,金刚石粒度分别为40／45、45／50、50／60、60／70,各种粒度的比例（质量比）分别为20％、30％、35％、15％。电镀金刚石钻头在室温下进行,pH值在3～5之间,电流密度在0．5—0．9A／dm^2范围内。文章还提出了基体设计和强化方案,分析了钢体、金刚石参数、胎体对钻进过程的影响,采用混目金刚石扩大了钻头的适用范嗣,提高了钻头的自锐性。使用结果表明：胎体配方、工艺流程、电镀参数和钢体强化没汁是合理的,研制的电镀金刚石钻头在二峡永久船闸倒垂孔钻进中,其平均使用寿命达到16米,钻进时效为0．3～0．5m．     

超声波电镀金刚石钻头工艺研究

为了缩短电镀孕镶金刚石地质钻头的生产周期并改善其性能,进行了超声波作用下电镀金刚石钻头的工艺研究。研究了超声波作用下的影金刚石复合电镀工艺,确定了超声波电镀金刚石钻头的制造工艺流程,并根据确定的工艺试制了Ф75．5／49绳索取心钻头进行野外钻进试验。研究结果表明：对于各种粒度的金刚石,当金刚石在静止条件下被预复合包镶至约1／5粒径处时,可以开始超声波复合镀,此时金刚石将不会被超声波振落;施加超声波后,一天至少可以加4层金刚石,相比于常规电镀工艺,钻头生产周期缩短一半以上。野外钻进试验结果表明,相比于普通电镀钻头,超声波电镀钻头钻进时效提高了33％,钻头寿命提高了54．6％。     

新型电镀弱包镶金刚石钻头研制

钻进极坚硬地层时钻头打滑的原因是：钻头胎体表面被磨钝的金刚石上端被胎体包裹,下端与岩石形成吻合的面接触,金刚石处于接近二向受力状态,影响金刚石新陈代谢的继续进行;发明专利“一种电镀弱包镶金刚石钻头的制作工艺”利用机械方法在金刚石表面包裹一层弱包镶层,然后利用电沉积方式制成电镀钻头;新型电镀弱包镶钻头工作原理是电镀胎体与金刚石之间具有一层没有粘结特性的弱包镶层,减弱了电镀胎体对金刚石的包镶能力,使钻头在胎体磨损不大的情况下,金刚石就会从电镀胎体中自行脱落下来,实现金刚石的换层。这种新型电镀弱包镶钻头能很好地解决钻进坚硬致密弱研磨性地层的打滑问题。     

低温电镀热压金刚石孕镶块钻头的研制

采用低温电镀工艺（室温）生产热压金刚石孕镶块钻头，或者说金刚石孕镶块镶嵌在钻头刚体上，然后在其表面镀覆生层金刚石复合镀层使其与刚体相结合从而使其避免银焊对金刚石二次热损伤，同时这处钻头具有胎体性能可调性好和内外保径强的优点。深受生产用户好评。     

C/SiC复合材料微孔的电镀金刚石钻头钻削加工

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20～30,36～54和63～75μm,直径在0.280～0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、加工效率的影响。结果表明：在相同钻削速度条件下,进给速度越低时,加工的微孔质量越好;钻头电镀的金刚石磨粒基本颗粒尺寸越大,其钻削效率越高;在6种钻头中,直径为0.300 mm的基体上电镀63～75μm的磨粒,直径为0.200 mm的基体上电镀36～54μm的磨粒,能够获得更优的钻孔性能。     

地质勘探大直径电镀金刚石钻头的研制与应用探讨

■91mm以上的大直径金刚石钻头在设计与使用上仍存在一定问题。采用低温电镀的方法制造人造金刚石孕镶钻头是钻头制造的一项高新技术。本文在理论分析与实际应用的基础上,论述了大直径电镀金刚石钻头必须特别注意强化钻头本身的防振性能与保径性能,介绍了大直径钻头结构设计与制造特点;在钻头使用上建议采用有效的减振钻具,推荐了“刚性满眼钻具”及其计算公式。介绍了这种钻头的实际应用效果。     

防弹陶瓷孔加工中金刚石钻头的磨损研究

通过防弹陶瓷孔的加工实验,对烧结金刚石钻头的磨损状况进行研究。分析钻头唇面的磨损变相及打滑现象,指出内外径金刚石承受的切削载荷差异是造成钻头唇面磨损变相的主要原因;打滑现象则是由于出露的金刚石磨损过快,胎体的磨损不能与之匹配造成的。根据磨损状况,提出改变金刚石品级、浓度分布、水口总宽度等改善磨损变相的措施以及采用弱包镶、改善胎体耐磨性、优化唇面和水口形状、控制冷却液流量等防止打滑的措施。该研究对优化防弹陶瓷加工工具设计,提高防弹陶瓷的加工效率和加工质量具有一定的参考价值。     

Influence of B4C coating on graphitization for diamond/WC-Fe-Ni composite

Diamond/WC-Fe-Ni composite is a potential composition for impregnated diamond drill bits. It is necessary to avoid the graphitization of the diamond from Fe and Ni under the powder metallurgy process. Boron carbide (B₄C) was coated on diamond, and diamond/WC-Fe-Ni composites were consolidated by hot pressing at different temperatures. The influences of sintering temperature and interfacial structure on bending strength and wear behavior were investigated. The bending strength for diamond/WC-Fe-Ni composite was dependent on matrix densification and interfacial graphitization. Un-coated diamond was eroded by Fe-Ni matrix and partially converted to graphite during the sintering process at all sintering temperatures. In opposite, B₄C coating was beneficial to matrix densification at a lower sintering temperature, and delayed the appearance of graphitization to around 1300 °C. Therefore, the diamond/WC-Fe-Ni composites with B₄C coating exhibited larger bending strength and better wear behavior at a relative low sintering temperature.     

金刚石增强稀土纳米硬质合金复合齿研究

以液相复合—连续还原碳化方法制备的纳米复合WC-Co粉末、共沉淀法制备的Ni-Ce粉末和真空蒸镀W膜金刚石为原料,采用热压活化烧结,在1050℃的烧结温度、70MPa烧结压力、保温(3～5)min烧结条件下,制取了具有良好抗冲击性能和耐磨性的金刚石增强稀土纳米硬质合金复合齿。复合齿基体的维氏硬度HV1≥1800,抗弯强度TRS≥2800MPa,合金晶粒度在(200～400)nm之间,复合齿超硬部分的磨耗比≥80。结果表明共沉淀法制备的Ni-Ce粉末显著降低了合金中微孔和杂质等组织缺陷,大大提高了金刚石增强纳米硬质合金复合齿的整体性能。