一種采礦鉆頭的刀頭胎體的制作方法
【專利說(shuō)明】一種米礦鉆頭的刀頭胎體
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于機(jī)械材料加工領(lǐng)域，涉及一種采礦鉆頭的刀頭胎體。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 采礦是自地殼內(nèi)或地表開(kāi)采礦產(chǎn)資源的技術(shù)和科學(xué)，一般指金屬或非金屬礦床的 開(kāi)采。采礦工業(yè)是一種重要的原料采掘工業(yè)，如金屬礦石是冶金工業(yè)的主要原料，非金屬礦 石是化工原料和建筑材料，煤和石油是重要的能源。多數(shù)礦石需經(jīng)選礦富集，方能作為工業(yè) 原料。
[0005] 目前，在采礦工業(yè)中，大多數(shù)礦場(chǎng)都使用roc鉆頭，并且隨著復(fù)合片技術(shù)和鉆井工 藝的發(fā)展，這種趨勢(shì)仍將繼續(xù)。PDC鉆頭（Polycrystalline Diamond Compact bit)是聚晶 金剛石復(fù)合片鉆頭的簡(jiǎn)稱，是地質(zhì)鉆探行業(yè)常用的一種鉆井工具。roc鉆頭主要分為鋼體 式roc鉆頭和胎體式roc鉆頭。鋼體式PDC鉆頭，是用鎳、鉻、鑰合金機(jī)械加工成形。經(jīng)過(guò) 熱處理后在鉆頭體上鉆孔，將人造聚晶金剛石復(fù)合片壓入（緊配合）鉆頭體內(nèi)，用柱狀碳化 鎢保徑。胎體式PDC鉆頭是將金剛石復(fù)合片通過(guò)釬焊方式焊接在鉆頭胎體上的一種切削型 鉆頭。胎體鉆頭用碳化鎢粉末燒結(jié)而成，用人造聚晶金剛石復(fù)合片釬焊在碳化鎢胎體上，用 天然金剛石保徑。兩種鉆頭存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，胎體roc鉆頭耐磨性好，其應(yīng)用地層也主要 在深部的堅(jiān)硬巖層，但是胎體roc鉆頭體材料硬度不高以及抗彎強(qiáng)度差，導(dǎo)致鉆頭設(shè)計(jì)時(shí) 只能采用較厚的刮刀，以增強(qiáng)鉆頭刮刀的抗沖擊能力，避免斷刮刀等惡性鉆井事故的發(fā)生。 鋼體roc鉆頭采用高強(qiáng)度合金鋼加工而成，強(qiáng)度高，雖然采用了表面堆焊等工藝來(lái)強(qiáng)化，但 是和胎體鉆頭相比，仍然顯得耐磨能力不足。因此，如果可以制備一種鉆頭在具有較好的耐 磨性能、抗彎強(qiáng)度，而且具有較高的硬度，而且無(wú)需使用刮刀，并將具備廣泛的市場(chǎng)潛力。
[0006] 中國(guó)發(fā)明專利CN201110433249公開(kāi)了一種聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭胎體粉，其制 備的胎體在抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性有了較大的提高，但是耐磨性能不夠。現(xiàn)有技術(shù)制備的胎 體roc鉆頭一般不能兼?zhèn)涓鞣N優(yōu)點(diǎn)，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較好，往往耐磨性能不夠；而耐 磨性能較好的胎體roc鉆頭往往抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差。
[0007] 如何對(duì)胎體鉆頭進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)，提高胎體的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性以及磨耗比是 現(xiàn)有技術(shù)需要克服的技術(shù)缺陷。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中roc鉆頭存在的技術(shù)障礙，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，嘗 試了多種原料以及原料配比，最終制備出了一種性能較佳的采礦鉆頭。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 一種采礦鉆頭，由刀頭和基體組合而成，所述刀頭由如下重量份的原料制備而成； 鎳粉100-120份、鈦酸鋇粉85-90份、鎢粉70-75份、氮化硅粉69-72份、碳化鉻粉65-68 份、氧化鋁粉50-55份、鉻粉45-48份、銅粉30-32份、碳化鎢粉25-28份、碳化鈦粉20-22 份、水玻璃(優(yōu)選鈉水玻璃，模數(shù)η為2. 6) 5-8份、硅膠2-3份； 所述鎳粉、鈦酸鋇粉、鎢粉、氮化硅粉、碳化鉻粉、氧化鋁粉、鉻粉、銅粉、碳化鎢粉以及 碳化鈦粉的粒徑均大于500目；水玻璃優(yōu)選鈉水玻璃，模數(shù)η為2. 6 ;所述硅膠的孔容為 0· 6-0. 8ml/g，平均孔徑為 4. 5-7. Onm，比表面為 450-650m2/g。 toon] 所述刀頭的制備方法包括如下步驟： 1)按照重量份稱取上述各原料備用； 2 )將鎳粉、鈦酸鋇粉、鶴粉、氮化娃粉、碳化鉻粉、氧化錯(cuò)粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機(jī)中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應(yīng)器中，隨后添加水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌時(shí) 間為5分鐘，得到混合物B，控制反應(yīng)器的溫度為200°C ; 4) 將反應(yīng)器溫度降低至25°C，然后往反應(yīng)器中添加硅膠，攪拌均勻，得到混合物C ; 5) 將步驟4)得到的混合物C然后裝到石墨模具中，然后放入到高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行燒 結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間為40min ; 6) 將石墨模具取出，冷卻至25°C，出模得到胎體，最后將胎體加工成刀頭，焊接到基體 上即得。
[0012] 本發(fā)明還公開(kāi)了按照上述方法制備的鉆頭胎體。
[0013] 本發(fā)明取得的有益效果： 本發(fā)明鉆頭可應(yīng)用于各種礦山的開(kāi)采，其在抗彎強(qiáng)度、沖擊功有了較大的提高，而且磨 耗比也達(dá)到了較高的參數(shù)； 本發(fā)明采用硬度較高的各種原料，合理配伍組合，大大提高了機(jī)械強(qiáng)度； 本發(fā)明采用水玻璃和硅膠為粘合耐磨劑，其特殊的分子結(jié)構(gòu)和孔徑可以與各金屬原料 連接嵌合到一起，增強(qiáng)了耐磨性能； 本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單可行，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具備較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下將采用具體的實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋，但是不應(yīng)當(dāng)看作是對(duì)本發(fā) 明創(chuàng)新精神的限制。
[0016] 實(shí)施例1 一種采礦鉆頭，由刀頭和基體組合而成，所述刀頭由如下重量份的原料制備而成； 鎳粉100份、鈦酸鋇粉85份、鎢粉70份、氮化硅粉69份、碳化鉻粉65份、氧化鋁粉50 份、鉻粉45份、銅粉30份、碳化鎢粉25份、碳化鈦粉20份、鈉水玻璃5份、硅膠2份； 所述鎳粉、鈦酸鋇粉、鎢粉、氮化硅粉、碳化鉻粉、氧化鋁粉、鉻粉、銅粉、碳化鎢粉以及 碳化鈦粉的粒徑均大于500目；鈉水玻璃模數(shù)η為2. 6 ; 所述刀頭的制備方法包括如下步驟： 1)按照重量份稱取上述各原料備用； 2 )將鎳粉、鈦酸鋇粉、鶴粉、氮化娃粉、碳化鉻粉、氧化錯(cuò)粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機(jī)中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應(yīng)器中，隨后添加鈉水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌 時(shí)間為5分鐘，得到混合物B，控制反應(yīng)器的溫度為200°C ; 4) 將反應(yīng)器溫度降低至25°C，然后往反應(yīng)器中添加硅膠，攪拌均勻，得到混合物C ; 5) 將步驟4)得到的混合物C然后裝到石墨模具中，然后放入到高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行燒 結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間為40min ; 6) 將石墨模具取出，冷卻至25°C，出模得到胎體，最后將胎體加工成刀頭，焊接到基體 上即得。
[0017] 實(shí)施例2 一種采礦鉆頭的刀頭胎體，由如下重量份的原料制備而成； 鎳粉100份、鈦酸鋇粉85份、鎢粉70份、氮化硅粉69份、碳化鉻粉65份、氧化鋁粉50 份、鉻粉45份、銅粉30份、碳化鎢粉25份、碳化鈦粉20份、鈉水玻璃5份、硅膠2份； 所述鎳粉、鈦酸鋇粉、鎢粉、氮化硅粉、碳化鉻粉、氧化鋁粉、鉻粉、銅粉、碳化鎢粉以及 碳化鈦粉的粒徑均大于500目；鈉水玻璃的模數(shù)η為2. 6 ;所述硅膠的孔容為0. 6-0. 8ml/g， 平均孔徑為4. 5-7. Onm，比表面為450-650m2/g。
[0018] 所述胎體的制備方法包括如下步驟： 1)按照重量份稱取上述各原料備用； 2 )將鎳粉、鈦酸鋇粉、鶴粉、氮化娃粉、碳化鉻粉、氧化錯(cuò)粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機(jī)中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應(yīng)器中，隨后添加水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌時(shí) 間為5分鐘，得到混合物B，控制反應(yīng)器的溫度為200°C ; 4) 將反應(yīng)器溫度降低至25°C，然后往反應(yīng)器中添加硅膠，攪拌均勻，得到混合物C ; 5) 將步驟4)得到的混合物C然后裝到石墨模具中，然后放入到高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行燒 結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間為40min ; 6) 將石墨模具取出，冷卻至25°C，出模得到胎體。
[0019] 實(shí)施例3 本發(fā)明鉆頭胎體材料的性能試驗(yàn)：對(duì)照組采用按照CN201110433249實(shí)施例2方法制備 的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭胎體；實(shí)驗(yàn)組為本發(fā)明實(shí)施例2制備的胎體。
[0020] 通過(guò)檢測(cè)胎體的抗彎強(qiáng)度(采用液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))、抗沖擊功以及磨耗比；其中 磨耗比測(cè)試試驗(yàn)，采用砂輪摩擦胎體，秒表計(jì)時(shí)180秒，檢測(cè)砂輪和胎體的質(zhì)量，確定磨耗 I：匕。胎體均采用5_X5_X5mm尺寸；砂輪為碳化娃砂輪。具體結(jié)果參見(jiàn)表1: 表1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采礦鉆頭的刀頭胎體，其由如下重量份的原料制備而成； 鎳粉100份、鈦酸鋇粉85份、鎢粉70份、氮化硅粉69份、碳化鉻粉65份、氧化鋁粉50 份、鉻粉45份、銅粉30份、碳化鎢粉25份、碳化鈦粉20份、鈉水玻璃5份、硅膠2份； 所述胎體的制備方法包括如下步驟： 1)按照重量份稱取上述各原料備用； 2 )將鎳粉、鈦酸鋇粉、鶴粉、氮化娃粉、碳化鉻粉、氧化錯(cuò)粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機(jī)中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應(yīng)器中，隨后添加水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌時(shí) 間為5分鐘，得到混合物B，控制反應(yīng)器的溫度為200°C ; 4) 將反應(yīng)器溫度降低至25°C，然后往反應(yīng)器中添加硅膠，攪拌均勻，得到混合物C ; 5) 將步驟4)得到的混合物C然后裝到石墨模具中，然后放入到高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行燒 結(jié)，高溫?zé)Y(jié)爐的溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間為40min ; 6) 將石墨模具取出，冷卻至25°C，出模得到胎體。
2. 如權(quán)利要求1-3所述的胎體，其特征在于，所述鎳粉、鈦酸鋇粉、鎢粉、氮化硅粉、碳 化鉻粉、氧化鋁粉、鉻粉、銅粉、碳化鎢粉以及碳化鈦粉的粒徑均大于500目；所述硅膠的孔 容為 0. 6-0. 8ml/g，平均孔徑為 4. 5-7. Onm，比表面為 450-650m2/g。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種采礦鉆頭，其由刀頭和基體組合而成，所述刀頭由鎳粉100-120份、鈦酸鋇粉85-90份、鎢粉70-75份、氮化硅粉69-72份、碳化鉻粉65-68份、氧化鋁粉50-55份、鉻粉45-48份、銅粉30-32份、碳化鎢粉25-28份、碳化鈦粉20-22份、水玻璃5-8份以及硅膠2-3份制備而成；本發(fā)明還公開(kāi)了一種鉆頭胎體。本發(fā)明制備的鉆頭具備較好的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性以及磨耗比。
【IPC分類(lèi)】B22F3-10, B22F1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104607632
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510094355
【發(fā)明人】蔣奉亮, 匡立軍, 楊善明, 喬秀杰, 田學(xué)友, 鄭明林, 紀(jì)獻(xiàn)平, 馬啟峰, 金培庸
【申請(qǐng)人】蒼山縣得力石膏有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年1月1日