一種孕鑲金剛石塊體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆探用設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種孕鑲金剛石塊體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)資源消耗不斷增加，地質(zhì)找礦鉆探正向深部、超深部發(fā)展，隨著鉆探深度的增加，地質(zhì)硬度也隨著增加，使得深孔地質(zhì)鉆探的難度越來(lái)越大。普通鉆頭在鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖石地層時(shí)，容易出現(xiàn)鉆進(jìn)效率低，鉆頭壽命短、采取率比較低等情況，很大程度上阻礙了鉆探工作的進(jìn)行。而孕鑲金剛石鉆頭可以有效解決普通鉆頭所遇到的困難，其通過(guò)孕鑲在胎體中的金剛石對(duì)地層的磨削完成鉆進(jìn)。然而在鉆進(jìn)過(guò)程中，孕鑲鉆頭上的金剛石會(huì)隨著胎體的不斷磨削而持續(xù)脫落，最終使得胎體對(duì)金剛石的包鑲力度不夠而使金剛石發(fā)生脫落，從而導(dǎo)致鉆頭壽命與鉆進(jìn)效率也大大降低。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中一般是從鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、孕鑲金剛石塊體組成成分等方面入手進(jìn)行改進(jìn)，例如鉆頭唇部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水口設(shè)計(jì)、仿生設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)胎體各組分配比等增強(qiáng)胎體強(qiáng)度，而鮮有對(duì)金剛石不同粒徑配比進(jìn)行研究的。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種孕鑲金剛石塊體及其制備方法，其通過(guò)添加兩種不同粒徑的金剛石并在其表面鍍上金屬鍍層并和包裹金屬粉，使得金剛石和胎體粉之間的結(jié)合力有效提高，且能有效延緩胎體的磨損，解決了現(xiàn)有技術(shù)中因胎體磨損過(guò)快而使大粒徑金剛石過(guò)早脫落，從而導(dǎo)致鉆頭壽命短且鉆進(jìn)效率低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種孕鑲金剛石塊體，包括用于進(jìn)行鉆探作業(yè)的工作層，其中，所述工作層包括胎體粉和孕鑲于胎體粉中的金剛石，所述金剛石包括兩種不同粒徑的金剛石:第一粒徑金剛石和第二粒徑金剛石，所述金剛石的外表面鍍有一層金屬鍍層，所述金剛石的金屬鍍層上還包覆有一層金屬粉。
[0007]所述的一種孕鑲金剛石塊體，其中，所述胎體粉包括WC、W、Co、N1、T1、Mn、Cu、Cr、Mo、P、Si中的一種或多種金屬粉體。
[0008]所述的一種孕鑲金剛石塊體，其中，所述金屬鍍層中的金屬包括T1、Cr、Mo、Ni中的一種或多種。
[0009]所述的一種孕鑲金剛石塊體，其中，所述金屬粉包括胎體粉中的一種或多種金屬粉體。
[0010]所述的一種孕鑲金剛石塊體，其中，所述金屬粉的厚度為50-500 μ m。
[0011]所述的一種孕鑲金剛石塊體，其中，所述第一粒徑金剛石的濃度為50-200%，其粒度為15-75目。
[0012]所述的一種孕鑲金剛石塊體，其中，所述第二粒徑金剛石的濃度為25-125%。其粒度為75-500目。
[0013]一種孕鑲金剛石塊體的制備方法，其中，包括以下步驟:
A、選取2種不同粒徑的金剛石，并在所選取的金剛石表面鍍附一層厚度為1-100μ m的金屬鍍層；
B、在已經(jīng)鍍附金屬鍍層的金剛石表面包裹一層厚度為50-500μπι的金屬粉并進(jìn)行造粒，將已造粒的金剛石與胎體粉混合，使金剛石均勻分散在胎體粉中形成工作層胎原料；
C、向熱壓燒結(jié)模具中加入非工作層胎體粉和工作層胎原料，冷壓形成孕鑲金剛石毛坯；并將孕鑲金剛石毛坯與熱壓燒結(jié)模具一同放入真空熱壓爐中燒結(jié)，；D、燒結(jié)完成后，待孕鑲金剛石塊體自然冷卻后熱壓燒結(jié)模具，修整孕鑲金剛石塊體。
[0014]有益效果:本發(fā)明所述的一種孕鑲金剛石塊體及其制備方法，其通過(guò)將兩種不同粒徑的金剛石添加于胎體粉中，并對(duì)金剛石表面進(jìn)行金屬鍍層和包裹金屬粉處理，改善了金剛石和胎體的結(jié)合性，且添加粒徑較小的第二粒徑金剛石可以延緩胎體的磨損，使得所制備出的孕鑲金剛石塊體在具有良好研磨性能的同時(shí)還能有效延長(zhǎng)用孕鑲金剛石塊體所制備出的鉆頭使用壽命，有效地降低了鉆進(jìn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1-4為本發(fā)明實(shí)施中上半部分為工作層、下半部分為非工作層的孕鑲金剛石塊體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5為圖1-4的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0017]圖6-8為本發(fā)明實(shí)施例中工作層與非工作層的結(jié)合面平行于圓柱體的軸心或與軸心重合的孕鑲金剛石塊體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖9-11分別為圖6-8的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0019]圖12為本發(fā)明實(shí)施例中工作層與非工作層的過(guò)渡面與圓柱型塊體的軸心成一定角度的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0020]圖13、14分別為圖12的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0021]圖15為本發(fā)明實(shí)施例中少部分為工作層、大部分為非工作層的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0022]圖16、17分別為圖15的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0023]圖18為本發(fā)明實(shí)施例中大部分為工作層、少部分為非工作層的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0024]圖19、20分別為圖18的孕鑲金剛石塊體的俯視圖。
[0025]圖21-23為本發(fā)明其他優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖24為本發(fā)明實(shí)施例中孕鑲金剛石塊體的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供一種孕鑲金剛石塊體及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]請(qǐng)參見(jiàn)圖1-23，圖1-23為本發(fā)明孕鑲金剛石不同實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明一種孕鑲金剛石塊體，包括工作層100和非工作層200，其中，所述工作層100包括胎體粉和孕鑲于胎體粉中的金剛石，所述金剛石包括兩種不同粒徑的金剛石:第一粒徑金剛石和第二粒徑金剛石，其中第一粒徑金剛石的粒徑大于第二粒徑金剛石的粒徑，所述金剛石的外表面鍍有一層金屬鍍層，所述金剛石的金屬鍍層上還包覆有一層金屬粉。
[0029]本發(fā)明在孕鑲金剛石塊體的工作層100中添加兩種粒徑的金剛石，其在進(jìn)行鉆探工作時(shí)，大粒徑的第一粒徑金剛石負(fù)責(zé)進(jìn)行強(qiáng)研磨性地層磨削，小粒徑的第二粒徑金剛石延緩胎體磨損，從而使第一粒徑金剛石工作時(shí)間延長(zhǎng)。此外兩種粒徑的金剛石表面上還鍍有一層金屬鍍層和金屬粉，其在高溫下能形成一層與金剛石和胎體潤(rùn)濕性良好的強(qiáng)碳化合物，保護(hù)金剛石，并且使得胎體對(duì)金剛石的把持力有效增強(qiáng)，延長(zhǎng)孕鑲金剛石塊體的使用壽命O
[0030]較佳的是，本發(fā)明實(shí)施例中孕鑲金剛石塊體的形狀可以為圓柱體、長(zhǎng)方形、正方形及其他多面體或復(fù)雜不規(guī)則形狀。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述孕鑲金剛石塊體的形狀為圓柱形，其在鉆孔過(guò)程中能有效減少與礦壁的摩擦，減少對(duì)孕鑲金剛石塊體的磨損。
[0031]優(yōu)選地，本實(shí)施例中孕鑲金剛石塊體可以只由工作層100組成，其也可以由工作層100和非工作層200組成，工作層100包括胎體粉和孕鑲于胎體粉中的金剛石，非工作層200由胎體粉組成。采用工作層100和非工作層200相結(jié)合，可以有效增強(qiáng)孕鑲金剛石的強(qiáng)度。以圓柱型塊體為例，圖1-23為圓柱型塊體的剖面圖，圓柱型塊體直徑為D，D取值10-30um,圓柱型塊體高度為H，取值10-50um。如圖1_3所述，圓柱形塊體上半部分為工作層100，高度為h，取值范圍0-25um，下半部分為非工作層200，具體地，圖1中h=H/2 ;圖2中h〈H/2 ;圖3中h>H/2。而圖4為圓柱型塊體的剖面圖，圓柱型塊體內(nèi)工作層100與非工作層200間的過(guò)渡面不與圓柱型塊體底面平行，即hi ^ h2，hl取值0-25um，h2取值0_25um，而圖5為圖4的端面A示意圖。另外圖6-圖8中工作層100與非工作層200的結(jié)合面平行于圓柱體的軸心，或與軸心重合，而圖9-圖11分別是圖6-圖8的端面B、C、D的示意圖，具體地，圖6中d=D/2，圖7中d>D/2，圖8中d〈D/2。圖12中工作層100與非工作層200的過(guò)渡面與圓柱型塊體的軸心成一定角度，圖13、14分別是圖12端面F、G的示意圖。圖15中圓柱型塊體少部分為工作層100，大部分為非工作層200，圖16、17分別是圖15端面J、I的示意圖，具體地，LI取值0-D，L2取值0-H。圖18中圓柱型塊體大部分為工作層100，少部分為非工作層200，圖19、20分別是圖18端面K、M的示意圖，具體地，L3取值0_H，L4取值0-A。圖21-圖23中，工作層100和非工作層200的過(guò)渡面為曲面結(jié)構(gòu)。
[0032]更優(yōu)選地，所述工作層100和非工作層200的組合可以是軸向方向分層，也可以是徑向方向分層，其過(guò)渡面可以為平面，也可以為曲面，在此不再贅述。
[0033]胎體是孕鑲金剛石塊體中的重要組成部分，采用孕鑲金剛石塊體所制備出的鉆頭，其工作能力很大程度上取決于胎體的性質(zhì)，胎體需要具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、抗沖擊韌性，特別是其硬度與耐磨性要與所鉆探的巖層性質(zhì)相適應(yīng)。本發(fā)明中所述胎體粉包括WC、W、Co、N1、T1、Mn、Cu、Cr、Mo、P、Si中的一種或多種金屬(或非金屬)粉體作為原料，具體而言，本發(fā)明所述胎體按質(zhì)量百分比計(jì)，其包括:WC:0%-75% ；ff:0%-30% ；Co:0%-20% ；Ni:0%-50% ；Cu:0%-100% ；Fe:0%-80% ；Cr:0%-40% ；Mo:0%-25% ；Mn:0%-15% ；Ti:0%-50% ；P:0%-10% ；Si:
0-10%。采用本發(fā)明實(shí)施例中所述的胎體粉來(lái)制備具有雙粒徑的孕鑲金剛石復(fù)合齒，使得所制備出的孕鑲金剛石塊體具有良好的的耐磨性、抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性。
[0034]進(jìn)一步地，所述金屬鍍層中的金屬包括T1、Cr、Mo、Ni中的一種或多種。在金剛石表面鍍上金屬鍍層，其在高溫下能形成一層與胎體潤(rùn)濕性良好的強(qiáng)碳化合物，有效增大胎體對(duì)金剛石的把持力，使得金剛石與胎體能緊密結(jié)合，具有良好的力學(xué)強(qiáng)度。本實(shí)施例中采用T1、Cr、Mo、Ni中的一種或多種金屬作為金屬鍍層，其與金剛石具有良好的結(jié)合力。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例中所述孕鑲金剛石塊體，在其金屬鍍層外還包裹有一層金屬粉，其中，所述金屬粉包括胎體粉中的一種或多種金屬粉體。采用胎體粉中的金屬粉體作為包裹在金剛石金屬鍍層外的金屬粉，其有利于胎體粉成分的分散均勻，提高胎體對(duì)金剛石的把持力。
[0036]進(jìn)一步地，所述金屬粉的厚度為50-500 μ m。例如，本實(shí)施例中采用厚度為300 μ m的金屬粉可以使其很好地附著于金剛石的金屬鍍層上。金屬粉的厚度過(guò)小，不利于金剛石與胎體的結(jié)合；金屬粉的厚度過(guò)大，