梯度聚晶金刚石复合材料的开发

应用粉末层铺法制备梯度聚晶金刚石复合片材料，并通过SEM、XRD、显微硬度等对该材料进行组织与性能分析。结果表明，在以钴作粘结剂的聚晶金刚石层中金刚石相实现了D-D结合，通过梯度过渡层与硬质合金基体结合既保证了聚晶金刚石的硬度，又改善了界面的结合状况，从而提高了聚晶金刚石复合片的性能和使用寿命。     

多晶金刚石复合片的超声探伤

试验研究了使用超声波探伤检测金刚石一硬质合金复合片结合界面烧结质量的无损探伤方法。对于一个结合界面好的复合片来说,当超声波通过硬质合金到结合界面再进入多晶金刚石而后反射到探头后,在结合界面与底面的反射波之间无其它反射波。底波与界面波的峰值之比越大,界面质量越好。     

粗颗粒聚晶金刚石复合片显微结构的分析

利用扫描电镜、光学影像仪等分析检测仪器,在不损伤被检样品的物理性能、状态和内部结构的条件下,从聚晶金刚石层与基体的界面结构,微观的均匀性以及金刚石层D—D键的结合情况等方面定性判断PDC性能的优劣。研究发现：金刚石和硬质合金界面结构为非平面连接时,其性能优于传统的平面结合型;PDC材料聚晶金刚石层中金刚石在空间相连形成D-D结合立体网络状结构,这是PDC材料力学性能优异的主要原因,且D—D键越多,复合片性能越好。     

聚晶金刚石复合片的残余应力测试与研究

聚晶金刚石复合片产品内部普遍存在残余应力,这是造成其非正常失效的主要因素。我们详细研究了金刚石复合片内部残余应力的组成,并采用X射线衍射仪建立了聚晶金刚石复合片残余应力的检测方法,研究了聚晶金刚石复合片的残余应力分布规律。利用XRD检测残余应力的方法,分别研究了聚晶金刚石层厚度、金刚石粒度尺寸、两相界面结合形状以及金属Co对复合片的残余应力的影响规律,为控制PDC内部应力提供参考。结果显示:金刚石层表面残余应力最大的压应力在中心位置,从中心到边缘,应力的大小逐渐降低;PCD层与硬质合金基体界面附近的应力值对PDC使用性能的影响最大。      

聚晶金刚石片的真空钎焊

采用了真空钎焊工艺把聚晶金刚石复合片钎焊到硬质合金支柱上，获得制造油田钻井用钻头的关键元件－聚晶金刚石切齿。钎缝的抗剪切强度达４５１．９ＭＰａ，金刚石的磨耗比下降了７．９３％。现场应用表明，用本工艺钎焊的聚晶金刚石切削齿制造的钻头质量稳定，基本无掉片观察。     

聚晶金刚石复合体的主要性能研究状况

主要从衡量聚晶金刚石复合体PDC质量好坏的三大指标--耐磨性、耐热性、抗冲击韧性着手,在国内外学者对PDC性能较完整的测试和研究结果的基础上,综述了聚晶金刚石复合体的性能及其影响因素,着重对PDC表面石墨化、氧化现象、粘接剂的选择、界面形态的改进、粒度范围、组装程序、烧结工艺等作了概述,概括了几种典型聚晶金刚石复合体机械性能,为金刚石复合片的合成工艺及其工业应用提供一些参考.     

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     

影响CVD金刚石涂层工具界面结合强度的因素及改进措施

化学气相沉积法制备金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石与硬质合金的优异性能,广泛应用于切削难加工材料。金刚石与硬质合金基体界面结合强度是评价金刚石涂层的一个重要性能指标。本文主要介绍了影响CVD金刚石涂层工具界面结合强度的主要因素,并对如何提高其界面结合强度的方法进行了较深入的探讨,同时科学论述了金刚石涂层结构的优化设计理念,以解决金刚石涂层附着强度低、表面粗糙度高等关键技术,这对如何提高硬质合金基体与金刚石涂层之间的界面结合强度具有一定的实际指导意义。     

钻井条件下复合片的自锐问题

复合片的自锐与钻头的钻速和寿命密切相关。在钻井条件下复合片的自锐性能取决于金刚石聚晶和硬质合金这两个组成部分互为因果的关系,而双层复合结构及其耐磨性的巨大差异是复合片自锐的前提条件,这使材料的优选变得极为重要。深入研究岩石性能与复合片磨损的相对关系并按恒自锐速率原则调整材料组合及改善微观结构,能使复合片钻头获得最佳经济效益。     

聚晶金刚石复合片

聚晶金刚石复合片采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成。聚晶金刚石复合片既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性,又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性,是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料,也是功能材料的新突破。     

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC-金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和 32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和 47.40%。PDC-金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。      

金属结合剂金刚石工具研究进展

金刚石工具广泛用于天然石材、陶瓷、玻璃、混凝土、硬质合金等的磨削和切割,金属结合剂金刚石工具因具有良好的机械和热学性能而成为金刚石工具的主力军。随着新型陶瓷混凝土等加工对象的不断出现和变化,要求金刚石工具要持续改进,以提高其切削效率、减少自身磨损、同时降低其制造和使用成本。本文综述了人造金刚石颗粒的性能、不同类型金属结合剂的成分组成和基本性能、金刚石与金属结合剂的界面结合状态以及提高其结合强度的措施,并对金属结合剂金刚石工具的发展作了进一步展望。      

界面结构对PDC抗冲击性能的影响

本文采用重陀倾斜式方法测试了不同界面结构的PDC的抗冲击韧性,并对PDC冲击破坏机理进行了讨论,对界面结构以及其它因素对PDC抗冲击性能的影响进行了探讨和研究.结果表明:重陀倾斜式方法能够较好地反应PDC钻头工作时的实际受力情况;在同一工艺参数下,PDC层与硬质合金基体之间的界面结构对PDC的抗冲击性能影响很大;随着界...     

硬地层定向PDC钻头个性化设计与应用

为了扩大PDC钻头在坚硬地层钻进方面的使用范围,通过对钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿工作角度、钻头水力结构、稳定特性影响因素等方面的研究和优化设计,针对长岭凹陷青山口组及拳头组地层,个性化设计了311BTS115E6型定向PDC钻头。试验表明:新型号钻头在硬地层定向段机械钻速高,平均机速达到3.2m/h,与临井相同井段钻头相比,钻速提高了200%。且该钻头滑动过程中造斜率高、工具面稳定,具有极高的推广价值。     

石油天然气钻采用PDC切削齿的最新发展

本文介绍了近年来PDC钻头的设计理念和PDC切削齿的最新技术动向,PDC切削齿的若干关键技术,以及国际上最新采用的测试技术。通过提高金刚石含量,加强D-D键结合,优化界面几何形状,减少内应力,精细控制各种原辅材料的质量,最终提高PDC切削齿的综合性能。文中介绍了PDC超声波逐行扫描探伤技术,最新的重负荷检测耐磨性能,以及耐热性和抗冲击性的检测技术。最后还对石油钻井市场现状进行了介绍。     

稀土对金属基金刚石节块力学性能的影响

金属基金刚石工具结合剂中添加少量稀土元素可以细化胎体晶粒,净化金刚石与胎体界面,从而改善结合剂与金刚石的界面结合状态。本研究通过在不同类别金刚石节块中添加或不添加稀土元素,观察其力学性能的变化,并进行比较分析,探讨稀土元素对不同类别金刚石节块力学性能的影响机制。实验结果表明稀土元素对不同类别金刚石节块抗弯强度的影响较为显著,同时,在铜基中加入稀土元素,可以加强金刚石与周围胎体的结合状况,提高胎体对金刚石的把持力。研究成果将有利于促进和推广稀土在金刚石工具制造领域中的应用。     

Control of exaggerated tungsten carbide grain growth at the diamond-substrate interface of polycrystalline diamond cutters (PDC)

Exaggerated tungsten carbide grain growth is common at the interface between the diamond table and the cobalt-cemented tungsten carbide (WC-Co) substrate in polycrystalline diamond cutters (PDC). The exaggerated WC grains at the interface can grow as large as 50 μm with an aspect ratio of 50:1. These large grains can also grow as clusters. The presence of large WC grains/clusters creates weakness at the diamond-substrate interface and impairs the strength of the PDC tool. In the present investigation, we tried to understand the root cause of exaggerated WC grain growth at the interface. Our findings show that WC grain growth at the interface decreases with a decrease in the carbon/tungsten (C/W) ratio. By adding 5 wt.% pure tungsten powder to the diamond, the C/W ratio decreased and we found no WC grain growth. By adding fully stoichiometric WC, which has 6.13 wt.% carbon, grain growth was reduced but still observed. Sintering on a substrate having η-phase (carbon deficient phase) also decreased the C/W ratio, and we did not observe WC grain growth.     

Comparison between vitrified bond and resin bond diamond grinding wheel in grinding PDC

In this research, the advantages and disadvantages of the cylindrical grinding process of Polycrystalline Diamond Compacts (short for PDC) with vitrified and resin bond diamond grinding wheel are compared. The research results show that the vitrified bond diamond grinding wheels, which use Ti-coated diamond grains as abrasive and glass ceramic as bond, have many advantages in grinding PDC . Compared with resin diamond grinding wheel,vitrified bond wheels lead to 35% grinding cost reduced, 40% grinding time of each PDC saved, and the size precision of PDC improved (from ±0.03mm to ±0.01mm). When grinding feed is ＜0.10 mm, the grinding ratio increases with increased grinding feed. However, when the grinding feed exceeds 0.10 mm, the grinding radio decreases rapidly with the increasing of grinding feed. The disadvantage of this kind of grinding wheel is that the brightness of the ground PDC cylinder is not as shining as that processed by resin bond diamond grinding wheel.     

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。     

PDC钻头焊接工艺的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头钻进的岩层越来越复杂,在复杂地层及硬岩钻进中时有掉齿、崩刃等现象发生,造成钻头失效.研究表明,焊接工艺是影响PDC钻头的最主要原因.本文以φ94 mm三翼内凹式PDC钻头体为试验样品,对影响PDC钻头焊接质量的主要因素进行了分析,研发出一种新的PDC钻头焊接工艺.试验结果表明:采用该工艺制...