一种利用超高温高压制备孕镶齿的方法及其孕镶齿

摘要

本发明公开了一种利用超高温高压制备孕镶齿的方法，包括以下步骤：S1：将胎体粉末与金刚石混合成配方料备用；S2：将S1的配方料装料制成毛坯芯体备用；S3：将毛坯芯体封装于叶蜡石块制成的高温高压组装件内，所述高温高压组装件包括用于加热的碳管，利用六面顶压机作为烧结设备，叶蜡石作为传压介质，碳管作为加热元件在高温高压环境下烧结得到孕镶齿；其中，在S3中，所述六面顶压机内烧结温度为600‑1300℃，压力为2‑5.5GPa，保温3‑10min。本发明本发明采用六面加压，收缩均匀，合金更加致密，采用高温高压的方式实现孕镶齿的烧结，拓展了烧结压力区间和烧结温度区间，降低了金刚石碳化的风险。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超高温高压制备孕镶齿的方法及其孕镶齿,属于孕镶齿制备领域。

背景技术

随着地层的复杂程度提高，钻井深度越来越高，越来越多的钻头企业采用孕镶齿作为钻头的保径、切削等，并取得了很好的效果。孕镶齿钻头在复杂难钻底层也发挥着不可替代的作用。传统的孕镶齿采用热压烧结的工艺，即在石墨模具中热压烧结，其压力提升有限，孕镶齿的致密度不高，烧结温度受金刚石碳化温度限制，无法突破性能提升瓶颈。因此，有必要对现有技术进行改进以克服上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超声电机的频率调节方法，具体而言通过以下技术方案实现：

一种利用超高温高压制备孕镶齿的方法，包括以下步骤：

S1：将胎体粉末与金刚石混合成配方料备用；

S2：将S1的配方料装料制成毛坯芯体备用；

S3：将毛坯芯体封装于叶蜡石块制成的高温高压组装件内，所述高温高压组装件包括用于加热的碳管，利用六面顶压机作为烧结设备，叶蜡石作为传压介质，碳管作为加热元件在高温高压环境下烧结得到孕镶齿；

其中，在S3中，所述六面顶压机内烧结温度为600-1300℃，压力为2-5.5GPa，保温3-10min。

优先方案：在S1中，制备配方料具体步骤：将胎体粉末通过包裹、造粒、电镀中的一种方法使得胎体粉末与金刚石结合物，然后再经过干燥和过筛得到配方料。

优先方案：在S2中，所述毛坯芯体是通过将配方料装在屏蔽材料中进行密封获得的。

优先方案：在S2中，所述毛坯芯体是通过将配方料装在屏蔽材料中并在其内设置合金芯轴再进行密封获得的。

一种超高温高压制备孕镶齿的方法制备的孕镶齿，所述胎体粉末为碳化钨、钴粉、镍粉、钛粉、铁粉、铜粉、铬粉、钨粉等的两种或者两种以上的混合物，所有胎体粉末粒度范围不大于0.05mm，其中，粘结相的金属粉末所占质量比为1％-15％；工作层中金刚石的体积比为20％-60％。

优先方案：所述金刚石为单晶金刚石。

优先方案：所述单晶金刚石粒度号:20/25，25/30，30/35,，35/40，40/45的一种或多种的混合

本发明的有益效果：

1、采用高温高压的方式实现孕镶齿的烧结，拓展了烧结压力区间和烧结温度区间，降低了金刚石碳化的风险。

2、采用高温高压的方式，提高了胎体的性能，使孕镶齿的耐磨性得到提高。

3、该孕镶齿可采用内置合金的方法，可大大提高该齿的抗冲击性能和使用寿命。

4、金刚石颗粒通过造粒、包裹或者电镀，均匀包裹一层金属粉末，提高了金刚石分布的均匀度，减小烧结过程中偏析问题，通过包裹、造粒、电镀后，胎体材料在烧结时烧结温度较正常稍高，利于合金化，增加金刚石把持力。

5、本发明采用六面加压，收缩均匀；另外性能更好，对金刚石的把持力高，合金更加致密。

本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例进行进一步说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为工艺流程示意图；

图2现有技术的顶锤结构示意图；

图3本发明专用顶锤结构示意图；

图4本发明俯视图。

具体实施方式

如图所示：本发明所述的一种利用超高温高压制备孕镶齿的方法，包括以下步骤：

S1：将胎体粉末与金刚石混合成配方料备用；优先的，制备配方料具体步骤为将胎体粉末通过包裹、造粒、电镀中的一种方法使得胎体粉末与金刚石结合形成配方料,采用该方法的作用在于金刚石颗粒通过造粒、包裹或者电镀，均匀包裹一层金属粉末提高了金刚石分布的均匀度，减小烧结过程中偏析问题。该步骤相比于采用传统的方式，即直接和金刚石混合的方式采用传统的方式但容易出现烧结过程中，金刚石颗粒彼此相互接触、团聚、聚集等现象。

S2：将S1的配方料装料制成毛坯芯体备用；

S3：将毛坯芯体封装于叶蜡石块制成的高温高压组装件内，所述高温高压组装件包括用于加热的碳管，利用六面顶压机作为烧结设备，叶蜡石作为传压介质，碳管作为加热元件在高温高压环境下烧结得到孕镶齿；其中，在S3中，所述六面顶压机内烧结温度为600-1300℃，压力为2-5.5GPa，保温3-10min。本发明制备方法在该步骤利用六面顶压机作为烧结设备相比于石墨模具作为烧结设备，前者烧结的压力远远高于后者(2-5MP),因此，显然得合成压力得到提高，致密程度得到提高，硬度得到提高，同时耐磨性也得到了提高。进一步的，为了适应六面顶压机作为烧结设备的工艺，同时防止在烧结过程中杂质深入其中影响孕镶齿质量，所述毛坯芯体是通过将配方料装在屏蔽材料中进行密封获得的。由于屏蔽材料制成密封的空间，保证了在合成过程中杂质不会深入其内，相比石墨模具作为烧结设备的合成方法或现有技术的其他合成方法相比极大降低了金刚石颗粒碳化的风险。有利于得到致密高、纯度高、硬度大、耐磨性好的孕镶齿。这里所述的屏蔽材料制可以是钼、铌、锆、钽、金箔等贵金属制成的容器。

再如：所述毛坯是通过将配方料装在屏蔽材料中并在其内设置合金芯轴再进行密封获得的。该孕镶齿的制备可采用内置合金的方法，可大大提高该齿的抗冲击性能和使用寿命。进一步的，所述胎体粉末为碳化钨、钴粉、镍粉、钛粉、铁粉、铜粉、铬粉、钨粉等的两种或者两种以上的混合物，所有胎体粉末粒度范围不大于0.05mm，其中，粘结相的金属粉末所占质量比为1％-15％；工作层中金刚石的体积比为20％-60％。

优先的，所述金刚石为单晶金刚石。为什么一定要选用单晶金刚石，其对产品性能有哦什么影响或明显的优势。其作用在于单晶金刚石强度高，在使用过程中更加耐磨，寿命长。

优先的，所述单晶金刚石粒度号:20/25，25/30，30/35,，35/40，40/45的一种或多种的混合。所述单晶金刚石粒度采用现有技术中常规粒度大小即可，不管采用何种粒度，均使只要选用本发明制作方法均能产生相比于石墨模具为烧结设备的方法更好的效果，在此不再赘述。

本发明所述的孕镶齿是在专用六面顶压机制备成的，其顶锤采用的是专用顶锤，其次，高温高压组装件专用的叶腊石块。具体地：包括顶锤本体1和设于顶锤本体1上端承压部，所述承压部包括四棱台体2和设有四棱台体2顶面的向内的凹陷区3，当多个顶锤本体1作用时，所述凹陷区3形成用于容纳组装块的容纳腔。优先的，所述凹陷区3成半圆柱状。具体的所述凹陷区3设置成1/4半圆柱状。进一步的，此时，适用于上述顶锤的叶腊块包括叶腊块本体4，所述叶腊块本体4整体呈圆柱筒状。采用本发明所述方法制备的孕镶齿，由于顶锤的结构及配套叶腊块解决了合成过程中横向周圈压力梯度不一致的问题，所述制备出孕镶齿周圈变形小，产品尺寸精度高、金刚石层厚度和内应力分布均匀，其致密程度、纯度高、硬度大、耐磨性得到大幅度度提高。

能产生上述效果的原理在于：顶锤与叶腊块本体4，在合成过程中“前、后、左、右”4个顶锤闭合成为一个圆柱体，“上、下”两个顶锤向内挤压，“前、后、左、右”4个顶锤随“上、下”两个顶锤的加压而加压，保持闭合状态。圆柱状的组装块叶腊石层即所述叶腊块本体4厚度均匀一致，在受到“上、下、前、后、左、右”6个顶锤加压时，克服了由于组装块叶腊石层厚度由外部至内部的厚度a处和b不一致的缺陷，使得叶腊块本体4周圈所受压力相同，叶腊石压缩量保持一致，合成出的产品周圈变形量小，大幅改善了产品的质量。进一步的，所述高温高压组装件其他部分可以选用授权公开号为CN208449264U、发明名称为用于合成的增压型叶腊石组装块来实现，再此不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。