一种高性能PDC钻具球齿的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能PDC钻具球齿的制备方法，该高性能PDC钻具球齿的制备方法包括：选取金刚石微细粉；并将微细粉在干燥炉中烘干；选取硬质合金，对其表面进行清洗，除油，除锈，将其顶部切削为半球，随后保温；制备石墨模具，将金刚石微细粉硬质合金的石墨模具内部，并进行初步压实，随后进行烧结。本发明专利技术采用放电等离子烧结制造的方式大大简化了工艺流程，提高了产品的生产率，同时保证了PDC钻具球齿的致密性，保证了钻具球齿的硬度；由于石墨模具可以重复利用，节约了生产成本；而钻具球齿材料的选取，又使得其热稳定性，抗冲击性，磨耗比得到了保障，相较于现有技术具有较好的应用前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能PDC钻具球齿的制备方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种高性能PDC钻具球齿的制备方法。

技术介绍

[0002]钻头是石油和天然气开采过程中不可缺少的井下作业工具。目前，常用钻头为PDC【聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)】钻头。PDC钻具球齿作为PDC钻头上使用的产品，其发展技术直接影响着石油勘探领域的转变与创新。
[0003]目前PDC钻具球齿在制备过程中需要使用铌杯，钼杯进行定型，并在高温高压下进行烧结，由于其工艺较为复杂，且制备周期较长，成本较高，所以需要对其制备方法进行进一步研究。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中相关产品的不足，本专利技术提出一种高性能PDC钻具球齿的制备方法。
[0005]本专利技术提供了一种高性能PDC钻具球齿的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，选取金刚石微细粉；并将微细粉在干燥炉中经过3
‑
4小时烘干，烘干温度为110℃
‑
130℃；
[0007]步骤2，选取外形为圆柱体，尺寸为直径10
‑
15mm，高度为29
‑
33mm的硬质合金，对其表面进行清洗，除油，除锈，将其顶部切削为直径8
‑
13mm的半球，随后将其放于箱式保温炉内保温，70℃
‑
80℃恒温保存使用；
[0008]步骤3，制备放电等离子烧结步骤中所用的石墨模具，石墨模具腔体圆柱形部分与的硬质合金圆柱形部分直径相同，腔体半球形部分直径与圆柱形部分直径相同；
[0009]步骤4，将步骤1中的金刚石微细粉与步骤2中的硬质合金放入步骤3中的石墨模具内部并进行初步压实，随后进行烧结，烧结温度为300℃
‑
450℃，烧结压力为40Mpa
‑
60Mpa，烧结时间为5
‑
30min；
[0010]步骤5，对步骤4中初步得到的PDC钻具球齿分别进行打磨、抛光、喷砂、回火的后处理工序。
[0011]在本专利技术的某些实施方式中，所述硬质合金为钨钴类硬质合金或钨钴钛类硬质合金。
[0012]在本专利技术的某些实施方式中，所述金刚石微细粉在硬质合金表面的烧结厚度为1
‑
2mm。
[0013]在本专利技术的某些实施方式中，步骤4中的烧结方式为热源烧结，所用热源为放电等离子，高能电子束，激光中的一种。
[0014]在本专利技术的某些实施方式中，所述金刚石微细粉的粒径为60
‑
120nm。
[0015]在本专利技术的某些实施方式中，所述金刚石微细粉可以替换为碳化钨粉末。
[0016]与现有技术相比，本专利技术有以下优点：
[0017]本专利技术所述高性能PDC钻具球齿的制备方法采用放电等离子烧结制造的方式完全摆脱了传统PDC钻具球齿制造需要铌杯，钼杯，高温高压的限制，大大简化了工艺流程，提高了产品的生产率；由于石墨模具可以重复利用，节约了生产成本；使用等离子烧结的方式，保证了PDC钻具球齿的致密性，保证了钻具球齿的硬度；且由于可以在真空条件下进行操作，避免了材料的氧化；而钻具球齿材料的选取，又使得其热稳定性，抗冲击性，磨耗比得到了保障，相较于现有技术具有较好的应用前景。
具体实施方式
[0018]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0019]本专利技术提供一种所述高性能PDC钻具球齿的制备方法，包括如下步骤：
[0020]步骤1，选取金刚石微细粉；并将微细粉在干燥炉中经过3
‑
4小时烘干，烘干温度为110℃
‑
130℃；
[0021]步骤2，选取外形为圆柱体，尺寸为直径10
‑
15mm，高度为29
‑
33mm的硬质合金，对其表面进行清洗，除油，除锈，将其顶部切削为直径8
‑
13mm的半球，随后将其放于箱式保温炉内保温，70℃
‑
80℃恒温保存使用；
[0022]步骤3，制备放电等离子烧结步骤中所用的石墨模具，石墨模具腔体圆柱形部分与的硬质合金圆柱形部分直径相同，腔体半球形部分直径与圆柱形部分直径相同；
[0023]步骤4，将步骤1中的金刚石微细粉与步骤2中的硬质合金放入步骤3中的石墨模具内部并进行初步压实，随后进行烧结，烧结温度为300℃
‑
450℃，烧结压力为40Mpa
‑
60Mpa，烧结时间为5
‑
30min；
[0024]步骤5，对步骤4中初步得到的PDC钻具球齿分别进行打磨、抛光、喷砂、回火的后处理工序。
[0025]所述硬质合金为钨钴类硬质合金或钨钴钛类硬质合金。
[0026]所述金刚石微细粉在硬质合金表面的烧结厚度为1
‑
2mm。
[0027]步骤4中的烧结方式为热源烧结，所用热源为放电等离子，高能电子束，激光中的一种。
[0028]所述金刚石微细粉的粒径为60
‑
120nm。
[0029]所述金刚石微细粉可以替换为碳化钨粉末。
[0030]本专利技术的一种高性能PDC钻具球齿的制备方法，通过放电等离子烧结技术制备在硬质合金表面烧结厚度为1
‑
2mm的硬质合金
‑
金刚石复合片。其制造工艺要点包括：首先是与金刚石微细粉结合性良好的硬质合金的选取，硬质合金与金刚石微细粉良好的结合性是制备高品质PDC钻具球齿的基础；其次是SPS烧结PDC复合片钻头柱用石墨模具的制备；第三是sps制备PDC钻具球齿烧结过程的工艺参数；最后是PDC钻具球齿制造过程中的组织控制
和后处理工艺。
[0031]本专利技术选择放电等离子烧结技术制备在于放电等离子烧结能够在低温低压下保证PDC钻具球齿的致密性，且在制备过程中的真空气氛能够避免硬质合金基体和金刚石微细粉的氧化，且制备得到的PDC钻具球齿具有良好的热稳定性，抗冲击性和磨耗比。
[0032]所述金刚石微细粉在硬质合金表面的烧结厚度为1
‑
2mm，但实际应用中，根据实际的需求，其厚度也可适当的进行调整，例如，小于1mm，或者大于2mm，并不以本实施方式为限。
[0033]另外，本专利技术提出的PDC钻具球齿的整体结构采用的是圆柱状结构，亦可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能PDC钻具球齿的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选取金刚石微细粉；并将微细粉在干燥炉中经过3
‑
4小时烘干，烘干温度为110℃
‑
130℃；步骤2，选取外形为圆柱体，尺寸为直径10
‑
15mm，高度为29
‑
33mm的硬质合金，对其表面进行清洗，除油，除锈，将其顶部切削为直径8
‑
13mm的半球，随后将其放于箱式保温炉内保温，70℃
‑
80℃恒温保存使用；步骤3，制备放电等离子烧结步骤中所用的石墨模具，石墨模具腔体圆柱形部分与的硬质合金圆柱形部分直径相同，腔体半球形部分直径与圆柱形部分直径相同；步骤4，将步骤1中的金刚石微细粉与步骤2中的硬质合金放入步骤3中的石墨模具内部并进行初步压实，随后进行烧结，烧结温度为300℃
‑
450℃，烧结压力为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴凯峰，王祖权，徐博聘，张华，许滔，郭孝红，戴士虎，张国栋，
申请(专利权)人：潜江市江汉钻具有限公司，
类型：发明
国别省市：