利用被包复的钻石颗粒进行表面硬化制造技术

一种保护基材免受腐蚀和磨损用的覆硬层，它包括： 一具有一基体部分和多个被包复的钻石颗粒的金属基体沉积物；以及 被包在基体部分内的诸被包复的钻石颗粒。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及一层具有分散在金属基体沉积物中的被涂复的或包外壳的钻石表面硬化材料的成形，特别涉及一种为保护钻头和其他钻井工具的改进的表面硬化处理。
技术介绍
金属表面和基体的表面硬化是一种为减少或防止金属表面或基体的腐蚀和磨损的熟知技术。表面硬化总的被定义为利用镀敷、焊接、喷镀或其他熟知的沉积技术将一层硬的、耐磨材料加到欠耐磨表面或基体上的技术。表面硬化常被用于延长在石油和天然气工业中使用的钻头和其他钻井工具的使用寿命。碳化钨及其多种合金是为保护钻头和其他钻井工具而较广泛使用的表面硬化材料中的一些材料。覆硬层通常是一种埋在金属基体沉积物中的硬而耐磨材料的混合物，它最好通过形成冶金结合而熔合于表面或基体以确保覆硬层与基体的均匀附着。对于有些用途来说，将耐磨材料，如一种碳化钨和/或钴合金放在一钢管中，该钢管在将覆硬层焊于基体的过程中用作一焊条。这种加覆硬层的技术有时被称为“管条焊(tube rod wedding)”。在延长钻头和其他钻井工具的使用寿命方面用管条施加的碳化钨/钴覆硬层取得了较大的成功。旋转锥形钻头常用来在勘探和油、气生产中的钻孔。这类钻头通常采用三个滚动锥形刀具，也称之为旋转锥形刀具，这些刀具安装在从钻头支撑臂延伸的轴上。诸刀具安装在相对于钻头轴线向下和向里延伸的相应的轴上，使诸钻头的锥形侧面要在孔底上滚动并接触于成形面。对于有些用途来说，诸铣成齿形成在诸刀具上以在钻孔过程中在啮合于孔的底和周壁的区域磨损。铣成齿的使用寿命通过在铣成齿的某些磨损区域上将碳化钨颗粒加于硬合金沉积物而得以改善。这样的操作有时被称为“表面硬化”。公告于1981年4月21日的美国专利4,262,761揭示了将覆硬层加于铣成齿，对此已被引用于本申请。对于其他一些用途来说，在诸刀具的外表上形成有诸插口。在这些插口中置有许多硬金属插件，以使在钻孔操作期间在与孔的底壁和周壁相配合的区域上发生磨损。通过对诸刀具外表面的渗碳增加了这样的插件和刀具的使用寿命。在1987年7月14日公告的美国专利4,679,640揭示了用于对刀具的渗碳工序，对此也被引用于本申请。有许多种表面硬化材料被满意地用于钻头和其他钻孔工具。一种常被使用的表面硬化材料包括在一合金钢基体沉积物中的烧结的碳化钨颗粒。该碳化钨颗粒可包括与一种粘结剂如铁、镍、铁的合金和其他金属合金烧结在一起的碳化一钨(monotungsten carbide)、碳化钨和/或粗晶粒碳化钨的晶粒。松的表面硬化材料通常方在一中空管或焊条内并使用普通的焊接技术加到基体上。作为焊接工艺的结果，包括有从基体表面熔化的钢合金和由焊条或中空管提供的钢合金的基体是由覆硬层形成的。各种钴、镍/或钢的合金可用作该基体的部分黏合剂。除了碳化钨外，其他重金属碳化物和氮化物被用来形成覆硬层。在钻孔钻头中使用天然和合成的钻石以提供切割表面和耐磨表面。美国专利4,140,189传授了从一滚动锥形钻头的小表面突出的钻石插入件的使用。多晶钻石(PCD)插入件(polycrystalline diamond gauge insert)使用于多种钻头以防在苛刻的钻孔条件下的腐蚀和磨损。美国专利4,140,189也被引用于本申请中。专利技术概要按照本专利技术能基本上减少或消除与以前一些表面硬化材料有关的缺点和问题。本专利技术的一个方面包括提供一钻头，该钻头具有含诸被包复的钻石颗粒的覆硬层，依靠该形成的覆硬层能很好地经受在苛刻环境中重复打孔时产生的腐蚀、磨损和其他应力。本专利技术的其中一个技术优点包括在一钻头的一些预选部分上提供一层表面硬化材料，以保护该钻头的所保护的诸部分免受不希望的腐蚀和/或磨损。本专利技术的一个方面包括将一层具有诸被包复的钻石颗粒的覆硬层放到铣成齿的外表面上，以防止在打孔期间过早地磨损铣成齿，大大延长了相关的钻头的使用寿命。本专利技术的另一方面包括将诸被包复的钻石颗粒与传统的焊条的诸组份混合以在一基材上提供一增强的表面硬化表面。对于本专利技术的一实施例，对在一旋转锥形钻头上的每个铣成齿完全涂复了一层表面硬化材料，该材料包括按照本专利技术的传授产生的诸被包复的钻石颗粒。在将诸被包复的钻石颗粒与其他用来在该基材上形成覆硬层的诸材料混合前最好将其烧结。本专利技术的技术优点包括将一金属基体涂层放到一钻石颗粒上，并烧结该金属基体涂层以在金属基体涂层与钻石颗粒的表面之间形成化学或冶金结合。烧结该金属基体涂层也能用来改变最终的被包复的钻石颗粒的密度，使该密度等于或大于当硬材料在其熔融状态时被用来形成金属基体沉积物的诸硬材料的密度。最好利用表面硬化技术将金属基体沉积物加到一基材上，使在每个钻石颗粒上在基材表面与金属基体沉积物之间，和在金属基体沉积物与金属基体涂层之间，形成化学或冶金结合附图简要说明为了较彻底理解本专利技术及其优点，需参阅下面的结合附图的说明。其中附图说明图1是一其中部分被切掉的放大的示意剖面图，按照本专利技术的一实施例表示了设置在并结合于一金属基体沉积物的一被包复的钻石颗粒；图2是一其中部分被切掉的示意剖面图，按照本专利技术的一实施例表示了分散在并结合于一金属基体沉积物以在一基体上形成覆硬层的诸被包复的钻石颗粒；图3A和3B分别是其中部分被切掉的正视和剖面示意图，按照本专利技术的技术表示了一中空的焊条，其内具有一种具有诸被包复的钻石颗粒和其他设在其内的硬材料的填料；图4是一正视剖视示意图，表示了具有按照本专利技术技术的覆硬层的钻头；图5是一示意图，表示了具有按照本专利技术技术的覆硬层的另一种钻头；图6是其中部分被切掉的、部分为正视而部分为剖视的视图，表示了一刀具锥体组合和图5的旋转锥体钻头的的支撑臂，具有按照本专利技术技术的几层覆硬层；图7是其中部分被切掉的、部分为正视而部分为剖视的视图，表示了该刀具锥体组合和图6的支撑臂，具有按照本专利技术技术的几层附加的覆硬层；图8是一等轴视图，表示了一旋转锥体钻头的示意图，该钻头具有带有按照本专利技术技术的诸覆硬层的铣成齿；图9是其中部分被切掉的、放大的部分为正视而部分为剖视的视图，表示了一支撑臂和带有具有按照本专利技术技术的几层覆硬层的铣成齿的刀具锥体组合；以及图10是一部分被切掉的等轴视图，表示了一覆盖有含本专利技术技术的一层覆硬层的铣成齿。本专利技术的详细说明通过参阅图1-10能最好地理解本专利技术的诸最佳实施例及其优点，各个附图中的同样和对应的另部件用相同的标号表示。由于机加工耐磨材料是既困难又费时的，实际上通常是先成形一金属件，然后根据所需的不同的耐磨度要求，通过直接硬化该金属件(渗碳和渗氮)或将一层耐磨材料(覆硬层)施加于其表面而对金属件表面进行处理。对于一金属件或基体要耐受极度的磨损的用途，可将如具有按本专利技术形成的一层硬而耐磨材料的金属基体沉积物(metallic matrix deposit)20的覆硬层(hardfacing)施加于工作表面22上，以保护层下的基材(substrate)24。基材24可由多种金属合金形成，这些合金具有所需的冶金特性，如机加工性能、韧性、热处理性能和耐腐蚀性能。例如，基材24可由与制造图4、5和8所示的钻头80、120和160有关的多种钢合金形成。正如后面要详细讨论的，金属基体沉积物或覆硬层20可包括多种硬材料和硬颗粒再加上被包复的钻石颗粒或钻石小球40。用于形成金属基体沉积物20的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：小詹姆斯·W·兰福德，罗伯特·德尔威契，
申请(专利权)人：德雷瑟工业公司，
类型：发明
国别省市：