一种射孔弹药型罩用钨铜粉末制备方法

摘要

本发明公开了一种射孔弹药型罩用钨铜粉末制备方法，涉及石油射孔器材制备技术领域，选择醋酸铜作为钨粉颗粒包覆用铜盐，醋酸铜与钨粉颗粒混合后，在氢气环境中煅烧还原得到铜包钨粉末，铜包钨粉末再与电解铜粉混合得到钨铜粉末。本方法基于对钨铜粉末颗粒的表面特性对粉末颗粒偏析机理的认识，即不同组元粉末颗粒产生偏析是颗粒比重及颗粒内摩擦力共同作用的结果，通过解决现有钨、铜粉末在混合与旋压过程中的偏析问题，在保证射孔弹穿孔性能的基础上，避免了脱脂预烧过程所造成的生产成本增加与生产效率较低问题。

说明书

技术领域

本发明涉及石油射孔器材制备技术领域，确切地说涉及一种射孔弹药型罩用钨铜粉末制备方法。

背景技术

射孔弹的穿孔性能直接影响油气井的产能，提高射孔弹的穿孔深度是射孔弹研制人员长期追求的目标。药型罩材料是聚能效应的载体，其性能直接影响着射流质量的优劣。因此，药型罩材料技术的发展是射孔弹的关键技术之一。与传统致密药型罩相比较，粉末罩具有生产效率高、加工精度高及射流穿孔后不产生杵堵等技术优势。同时，粉末罩的材料成分设计灵活、穿孔后效大。因此，粉末罩是目前药型罩材料发展的主要方向。

基于钨的高密度与高声速及铜的高动态延展性，在石油射孔作业中的粉末罩通常采用W、Cu粉末作为首选材料。由于药型罩的形状为圆锥状，工程上通常采用旋压技术成形，以借助于阴模旋转使粉末受到离心力作用而较均匀地填充模具型腔。由于钨、铜两种粉末材料在密度、粒度、颗粒形状及颗粒表面状态方面存在巨大差异，W、Cu粉末的混合均匀性及其在旋压过程中很容易产生偏析现象，使得成形后的粉末药型罩的成分及密度分布不均匀，严重影响射孔弹的穿孔性能（穿深与穿深稳定性）。公开号为CN102069190A，公开日为2011年5月25日的中国专利文件公开了一种特深穿透射孔弹药型罩的制备方法，运用了混合粉末造粒工艺和罩坯高温烧结工艺，解决了多金属混合粉末在模压过程中出现的层析、偏聚以及重金属粉末难成型等技术难题，提高了药型罩成品密度分布均匀性，恢复混合粉末组元的塑性，并消除了粉末在模压成型时的残余应力，提高了金属射流的延展性和侵彻能力。经美国石油学会检测认证、注册，以该技术制造的钨铜粉末罩装配到127SDP45H16型射孔弹中在API标准环形混凝土靶的穿深达到1539mm，刷新了国内射孔弹穿深记录。但是，该粉末药型罩与传统冷压粉末罩相比较，存在工艺较复杂、脱脂预烧工艺提高了加工能耗且生产效率偏低问题。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种射孔弹药型罩用钨铜粉末制备方法，本方法基于对钨铜粉末颗粒的表面特性对粉末颗粒偏析机理的认识，即不同组元粉末颗粒产生偏析是颗粒比重及颗粒内摩擦力共同作用的结果，通过解决现有钨、铜粉末在混合与旋压过程中的偏析问题，在保证射孔弹穿孔性能的基础上，避免了脱脂预烧过程所造成的生产成本增加与生产效率较低问题。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种射孔弹药型罩用钨铜粉末制备方法，其特征在于：选择醋酸铜作为钨粉颗粒包覆用铜盐，醋酸铜与钨粉颗粒混合后，在氢气环境中煅烧还原得到铜包钨粉末，铜包钨粉末再与电解铜粉混合得到钨铜粉末。

以1000g钨粉为参考，具体包括如下步骤：

a、先将31.3-47.05g醋酸铜在球磨机中研磨1-1.5小时，随后，1000g钨粉加入球磨机内混合1.5-2小时，得到混合粉末料；

b、将得到的混合粉末料在氢气中于450-500℃煅烧还原得到铜包钨粉末；

c、铜包钨粉末与电解铜粉在球磨机中混合，两者质量比为82：18，得到混合均匀的钨铜粉末。

所述a步骤中还进一步包括：加入10mm水于球磨机中并球磨混合30分钟形成半干的混合粉末料；

所述b步骤中，煅烧还原的时间为30分钟。

所述c步骤中还进一步包括：在球磨机中加入相对于钨铜粉末质量比为0.05～0.08%的机油。

所述c步骤中还进一步包括：球磨机中的钢球与铜包钨粉末和电解铜粉的混合料之间的质量比为1:5-1:10，转速为200-300转/分钟，混合2-3小时即可得到混合均匀的钨铜粉末。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明中，特定地选择醋酸铜作为钨粉颗粒包覆用铜盐，一方面能避免对环境的污染，另一方面，改善粉末的成型性能，降低粉末的成型压力。

2、本发明中，醋酸铜与钨粉颗粒混合后，在氢气中于450-500℃煅烧还原得到铜包钨粉末。此时，少量铜包覆在钨粉颗粒表面，在钨颗粒表面形成一种非均匀分布的包覆层，即铜在钨颗粒的光滑表面上形成“铜瘤”，增加了钨粉颗粒的表面粗糙度，在后续与铜粉混合过程中提高了钨粉颗粒与铜粉颗粒之间的摩擦力，阻止钨粉颗粒与电解铜粉颗粒之间的离析。钨粉颗粒表面这一特征为混合过程与旋压过程抑制铜钨粉末颗粒之间的偏析创造了条件。从而，使制备的铜钨混合粉成分均匀和旋压铜钨粉末罩密度分布均匀。

3、本发明中，由于钨粉与醋酸铜之间的密度差很大，很容易造成混合不均匀现象，为此，加入10mm水于球磨机中并球磨混合30分钟形成半干粉末料，能使钨粉与醋酸铜的混合更加均匀。

4、本发明中，包覆完成后的铜包钨粉末与电解铜粉在球磨机中混合，为了强化剪切作用对粉末混合均匀性的贡献，采用球磨混合技术。在球磨过程中，添加机油能进一步抑制钨铜粉末颗粒之间的偏析。

5、综上所述，本方法基于对钨铜粉末颗粒的表面特性对粉末颗粒偏析机理的认识，即不同组元粉末颗粒产生偏析是颗粒比重及颗粒内摩擦力共同作用的结果，通过解决现有钨、铜粉末在混合与旋压过程中的偏析问题，在保证射孔弹穿孔性能的基础上，避免了脱脂预烧过程所造成的生产成本增加与生产效率较低问题。

具体实施方式

为了解决射孔弹用钨铜粉末罩在混合与旋压过程中可能出现的偏析现象，针对钨粉颗粒表面结晶完整、表面光滑而铜粉颗粒表面较粗糙的特点，具备这一特征的钨粉颗粒，其颗粒间摩擦力较小，对混合初期钨、铜粉末颗粒之间的动态相互填充均匀有利，但在后续混合过程中保持已相互填充均匀的动态分布状态所给予的颗粒间摩擦力太低，很容易在混合过程的中后期及混合完成后的粉末加工过程（如卸粉、称粉、装粉即旋压等）导致钨、铜粉末颗粒之间发生偏析现象。基于钨粉颗粒的硬度远高于铜，为了增大钨粉颗粒的摩擦力，可采用在钨粉颗粒表面进行镀铜处理，即铜包钨处理技术。实践结果表明，若在钨粉颗粒表面包覆铜量过多，很容易造成粘模现象与铜聚集现象。前者使粉末罩成形时粘模，而后者使射孔弹的穿深降低且穿深数据极不稳定。故必须控制钨粉颗粒的铜包覆量，大量实验结果表明，在钨粉颗粒表面包覆的铜量大约为1.0-1.5%（质量百分数）为最佳。

实施例1：钨粉包覆1.5%（质量百分数）铜

称取1.882Kg醋酸铜放入球磨机中，加入6Kg硬质合金球并球磨1.5小时后加入40Kg钨粉并以转速为300转/分钟混合2小时。随后，加入400mm水继续球磨30分钟。将粉末混合物装入舟皿中慢速推入450℃的氢气还原炉中，使粉末煅烧还原。出炉后，将包覆铜的钨粉40.6Kg与9.4Kg电解铜粉装入球磨机中，加入6Kg硬质合金球与40克机油。球磨机转速为300转/分钟，混合2小时后卸粉。将制备的钨铜混合粉按正常旋压工艺成形粉末罩，装配在在SDP39HMX25-2型号射孔弹，穿深为810mm。

实施例2 ：钨粉包覆1%（质量百分数）铜

称取1.255Kg醋酸铜放入球磨机中，加入6Kg硬质合金球并球磨1小时后加入40Kg钨粉并以转速为300转/分钟混合2小时。随后，加入400mm水继续球磨30分钟。将粉末混合物装入舟皿中慢速推入450℃的氢气还原炉中，使粉末煅烧还原。出炉后，将包覆铜的钨粉40.4Kg与9.6Kg电解铜粉装入球磨机中，加入5Kg硬质合金球与40克机油。机油为普通机油。球磨机转速为300转/分钟，混合2小时后卸粉。将制备的钨铜混合粉按正常旋压工艺成形粉末罩，装配在在SDP39HMX25-2型号射孔弹，穿深为850mm。