适用于栅格状孕镶金刚石钻头的胎体配方研究

为了提高钻进坚硬岩层的工作效率,将孕镶金刚石钻头胎体结构设计为栅格状,分析了栅格状孕镶金刚石钻头钻进岩层时的碎岩方式,并采用粉末冶金法制备Inconel 718和CoCrMo试样,通过分析不同烧结温度对两种胎体试样的硬度、耐磨性及抗弯强度的影响,确定了两种材料的最优烧结参数,并对其在该烧结温度下的力学性能进行对比分析。研究结果表明:Inconel 718和CoCrMo均具有较好的抗弯强度,满足钻进坚硬岩层对胎体抗弯强度的要求。Inconel 718的硬度比传统WC基胎体材料小,试样磨损量较大,适合用于地质灾害应急勘查等要求钻进速度快的极端情况;CoCrMo的硬度及耐磨性与传统WC基胎体接近,适合作为孕镶金刚石钻头的胎体材料。      

磁处理参数对热压铁基金刚石钻头胎体力学性能影响

钴基胎体金刚石钻头具有性能好、价格高的特点,以Fe代Co作为胎体材料是提高金刚石钻头性价比的主要方法之一。但是Fe替代Co后存在金刚石热损伤严重、被包镶强度不足、胎体抗冲击和耐磨性差等问题,因此改善热压铁基金刚石钻头胎体力学性能对降低钻探成本、提高钻探效率具有重要研究意义。利用自行设计的磁处理设备对铁基热压金刚石钻头胎体进行磁化处理,通过正交试验等方法研究了磁感应强度、磁场频率和磁处理时间对胎体硬度、抗弯强度和耐磨性的影响及其规律。试验结果表明:试验胎体硬度最优磁处理参数为0.8 T/8 Hz/3 min,磁处理后胎体抗弯强度最高提升了13.8%,耐磨性增加,特别是含金刚石的胎体磁处理后其磨损量可降低38.1%。     

配方预合金化对提高热压富铁基含金刚石钻头胎体性能的影响机理

胎体配方预合金化近年来已成为有关孕镶金刚石钻头研究的一个新热点。根据相同的热压富铁基含金刚石钻头胎体配方,通过改变CSB-2预合金的加量和烧结温度,制作试样进行摩擦磨损测试,并对抗弯强度测试后的试样进行SEM分析和EDS能谱测试。摩擦磨损试验结果表明,4种烧结温度条件下,胎体磨损量均随着CSB-2加量的增大而减小,且相同CSB-2加量条件下,胎体磨损量随烧结温度的升高先增大后减小。SEM分析表明,添加CSB-2预合金可使胎体组织细化,孔隙数减少;高温烧结(980℃以上)时,铁基胎体对金刚石具有热腐蚀作用,随着胎体配方中CSB-2预合金含量的增加,金刚石的热腐蚀程度逐渐减缓。EDS能谱测试表明,胎体配方的预合金化可增大胎体金属对金刚石的润湿性,提高胎体对金刚石的包镶强度。     

WC添加对热压铁基预合金粉末胎体性能的影响

针对孕镶金刚石钻头在强研磨性地层中磨损快、寿命短的问题,利用WC硬度高、润湿性好、耐磨性好的特点,向铁基预合金粉末中添加WC颗粒作为胎体骨架金属。通过测试不同WC含量的胎体试样的硬度、抗冲击韧性以及抗弯强度,寻找骨架金属WC对胎体性能的影响规律。试验结果发现,随着WC含量的逐渐增加,胎体的硬度、抗冲击韧性、抗弯强度均呈现先增大后减小的变化趋势。从微观和能量的角度出发,分析了出现这种规律的原因。最后得出烧结温度为830 ℃、WC含量为5%时,胎体的性能达到最优,此时胎体的强度和研磨性最大。     

组分对铁基金刚石钻头的力学性能影响研究

为提高金刚石钻头钻进钢筋混凝土、强磨性岩层的钻进效率,选择了一种耐磨性高、冷压成型好的铁预合金粉。本文设计了铁基胎体配方,研究了铁基预合金粉、Cu、Ni、Co各成分对铁基金刚石钻头胎体及钻进性能的影响。测试了不同配方下烧结试样的抗拉强度、三点抗弯强度和硬度,使用扫描电镜对断口进行微观分析,通过现场钻进实验测试钻头的钻进效率与寿命。同时分析了保温时间对铁基胎体力学性能的影响。结果表明：Cu、Ni、Co对铁基胎体的抗弯强度和硬度影响较大,且保温时间为5 min时,铁基胎体可以获得较好的力学性能。     

金属氧化物对金刚石工具胎体性能的影响

综述了金属氧化物对金属基烧结金刚石工具胎体材料的烧结性能、显微结构、力学性能和胎体与金刚石结合能力的影响.     

“两次保温”镶制的金刚石钻头寿命延长的理论分析

1975年我们学习上海砂轮厂中频热压人造金刚石钻头的经验,于1976年在湖北探矿厂试制第一批人造金刚石钻头,由于胎体不耐磨,钻头寿命短.在试制第二批钻头时,我认为980℃烧结温度过高,会降低人造金刚石强度,提出降低烧结温度的试验.5、7、9号钻头烧结温度仍用980℃,6号钻头用950℃,烧结后测定胎体硬度,5号钻头HRC40,7号钻头HRC3,9号     

MoS2对热压Fe基金刚石钻头胎体性能的影响研究

金刚石钻头是勘探工作中的常见破岩工具,但金刚石热稳定性较差,在钻进过程中会不断产生热量,干旱缺水条件下钻头自冷却对钻进效率的提高具有非常重要的意义。为降低干钻条件下钻头胎体与岩石界面间的摩擦因数从而减少钻进过程中金刚石的热损伤,在热压Fe基金刚石钻头胎体中添加二硫化钼(MoS₂),研究MoS₂含量对Fe基钻头胎体相对密度、洛氏硬度、抗弯强度以及与白刚玉砂轮干磨时的磨损量和摩擦因数的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等测试仪器分析了抗弯强度和摩擦磨损试验后的试样断口和表面的形貌及物相成分。试验结果表明,在试验范围内,Fe基胎体相对密度与MoS₂含量关系不大,但是与未添加MoS₂的Fe基胎体相比,其相对密度提高了约2.5%,达98%以上。Fe基胎体洛氏硬度随着MoS₂含量的增加先增大后减小,在MoS₂体积分数为8%时胎体硬度最大,洛氏硬度HRB值达101.3。Fe基胎体抗弯强度随着MoS₂含量的增加先增大后减小,在MoS...     

“两次保温”镶制的金刚石钻头

一九七五年底，我们到上海学习上海砂轮厂中频热压人造金刚石钻头的经验，于一九七六年在湖北探矿厂开始试制第一批人造金刚石钻头，到第一地质大队试验，由于胎体不耐磨，钻头寿命短。在试制第二批（四个）人造金刚石钻头时，我认为980℃烧结温度过高，会降低人造金刚石强度，我提出要降低烧结温度到950℃，就议定用两种烧结温度，五、七、九号钻头烧结温度仍用980℃，六号钻头改用950℃。烧结后测定胎体硬度，五号钻头HRC40；七号钻头HRC34；九号钻头HRC33；六号钻头HRC30。根据上海砂轮厂的经验采用63号配方的胎     

提高金刚石包镶能力的措施

对于烧结金刚石工具，一般采用温度不超过900℃，时间为5分钟之内，且在非真空条件下的烧结工艺下，因而要想实现以液相为前题的胎体对金刚石的良好润湿是不大可能的。加入强碳化物元素来实现胎体与金刚石的化学键接也是不现实的，本文提出采用金刚石的表面化技术可望是实现胎体对金刚石的化学“包镶”的有效途径。     

金刚石-cBN-硬质合金复合柱齿的理论分析

通过多种分析手段对所研制的金刚石-立方氮化硼(cBN) -硬质合金超硬复合柱齿进行了深入的研究分析, 得出了由于B的烧结促进和强化作用、Ni-P的活化烧结作用以及cBN加入, 大大提高了超硬复合柱齿的性能, 同时还分析指出, 在金刚石与基体合金之间存在过渡区, 该过渡区能有效地保护金刚石免受高温损伤, 另外, 该过渡区还大大增强了基体与金刚石之间的结合强度.      

镀覆技术对硬质合金复合齿性能的影响

通过对比镀覆金刚石增强型硬质合金复合齿和普通金刚石增强型硬质合金复合齿的磨耗比、抗冲击韧性,说明添加真空蒸镀W的金刚石的复合齿具有良好的抗冲击性能和耐磨性。研究表明,真空蒸镀W的金刚石相对于未镀和化学镀的金刚石,具有较强抵抗热损伤和胎体侵蚀的能力,而化学镀覆Ni-W-B和Ni-W-P则会加剧胎体金属对金刚石的侵蚀和热损伤,金刚石的强度大大降低,复合齿的磨耗比远小于真空蒸镀W复合齿。金刚石真空蒸镀W镀覆技术的应用必然大大地提高复合齿的性能。      

自润滑孕镶金刚石钻头胎体材料初步研究

为了研究具有自润滑性能的孕镶金刚石钻头胎体材料,进行了在胎体配方中添加石墨的研究。对胎体材料的抗弯强度、硬度、耐磨性和材料与白刚玉砂轮组成摩擦副时的摩擦系数进行了测定,并用扫描电子显微镜观察了磨损表面形貌。实验结果表明,添加石墨后,胎体材料的硬度和抗弯强度下降,与60目白刚玉砂轮组成摩擦副时的摩擦系数下降,耐磨性则随着石墨含量的增多先增强,后下降（超过6％后）。形貌分析表明,不含石墨的胎体材料在磨损中发生明显的塑性变形;添加石墨后,胎体材料的塑性降低,出现犁沟和剥落现象。     

热压碳化钨基复合胎体材料性能试验

为了提高碳化钨（WC）基复合胎体材料的性能,在烧结压力为13 MPa、升温时间为6 min、保温时间为5 min的情况下,采用真空热压烧结的方法制备了金刚石钻头所用的10种不同比例WC基胎体材料试样30块,并对试样进行了洛氏硬度(HRC)、抗弯强度(σ)等性能测试。通过试验数据分析研究了WC、663青铜(ZQSn663)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)与胎体材料HRC和σ的关系。结果表明：WC质量分数对胎体的HRC和σ的影响是主要因素,胎体的HRC和σ具有内在联系,HRC高的胎体σ往往也高;在胎体配方中各个成分的含量都应得到控制才能保证胎体的性能优良,各成分的质量分数控制为：w(WC)<59.1%, w(ZQSn663)>25%, 3%<w(Ni)<6.5%, 0.9%<w(Co)<3.5%, w(WC-ZQSn663)<20%。     

孕镶金刚石钻头工作层不均匀磨损原因的研究

通过理论分析和生产试验，论证了孕镶金刚石钻头工作层高度磨损不均的主要原因是：在金刚石等浓度分布和质量相同的情况下，因采用矩形水口使得唇面金刚石沿半径线由外向内切削工作负担逐渐加重所致。提出了改善措施。     

金刚石钻头性能及其制造工艺学

金刚石钻头质量的提高，主要取决于控制金刚石钻头的各种性能参数，特别是金刚石钻头制造工艺过程中的自动化控制，这是全面保证钻头质量的关键。经多年研究已取得了良好的效果。     

基于打滑地层的孕镶金刚石钻头设计

为了提高金刚石钻头在坚硬致密、弱研磨性地层的钻进效率, 将弱化胎体耐磨损性能理论与切削齿非光滑设计相结合, 制作钻头进行现场试验并对胎体进行扫描电镜分析.研究结果表明:在胎体中添加适当浓度的胎体弱化颗粒, 有利于提高钻头的钻速; 经胎体耐磨性弱化处理的钻头在钻进过程中, 弱化颗粒易于从胎体表面脱落, 使其表面形成微观非光滑形态, 提高了钻头唇面与岩石的单位面积压力, 增加了孔底岩粉的研磨能力, 促进了胎体中新颗粒金刚石的出刃; 弱化颗粒浓度存在一个较优的设计范围, 过高或过低都不利于提高钻头的钻进效率和使用寿命.      

提高金刚石粘结强度的技术及其应用

真空沉积渗覆法使金刚石表面形成金属碳化物过渡层和化学镀法使金刚石表面生成有良好湿润性的低熔点金刚石过镀层,改善粘结材料对金刚石的粘结状态,提高了粘结强度.通过采用相应的粘结材料和烧结工艺,将金属化金刚石成功地应用于石材切割锯片,取得了提高锯片效率30～100%,寿命延长20%以上的效果.     

硬脆性辅料对孕镶金刚石钻头钻进性能的影响机制

以改善金刚石钻头的使用性能为目的,向钻头胎体中添加不同量的碳化硅颗粒,并采用室内钻进试验的方法,研究碳化硅及其添加量对钻头性能的影响机制。结果表明:与常规钻头相比,添加质量分数为5.5%的碳化硅颗粒,其钻进效率提高了55.14%;胎体中的碳化硅颗粒有利于改善钻头胎体的微观磨损形貌;残留于孔底的碳化硅颗粒有利于改善冲洗液对胎体的冲蚀效果,以及提高对胎体中单颗粒金刚石的修锐效果。