一種采礦鉆頭的刀頭胎體的制作方法
【專利說明】一種米礦鉆頭的刀頭胎體
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技術領域
[0002] 本發明屬于機械材料加工領域，涉及一種采礦鉆頭的刀頭胎體。
[0003]
【背景技術】
[0004] 采礦是自地殼內或地表開采礦產資源的技術和科學，一般指金屬或非金屬礦床的 開采。采礦工業是一種重要的原料采掘工業，如金屬礦石是冶金工業的主要原料，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。多數礦石需經選礦富集，方能作為工業 原料。
[0005] 目前，在采礦工業中，大多數礦場都使用roc鉆頭，并且隨著復合片技術和鉆井工 藝的發展，這種趨勢仍將繼續。PDC鉆頭（Polycrystalline Diamond Compact bit)是聚晶 金剛石復合片鉆頭的簡稱，是地質鉆探行業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、鑰合金機械加工成形。經過 熱處理后在鉆頭體上鉆孔，將人造聚晶金剛石復合片壓入（緊配合）鉆頭體內，用柱狀碳化 鎢保徑。胎體式PDC鉆頭是將金剛石復合片通過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而成，用人造聚晶金剛石復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缺點，胎體roc鉆頭耐磨性好，其應用地層也主要 在深部的堅硬巖層，但是胎體roc鉆頭體材料硬度不高以及抗彎強度差，導致鉆頭設計時 只能采用較厚的刮刀，以增強鉆頭刮刀的抗沖擊能力，避免斷刮刀等惡性鉆井事故的發生。 鋼體roc鉆頭采用高強度合金鋼加工而成，強度高，雖然采用了表面堆焊等工藝來強化，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、抗彎強度，而且具有較高的硬度，而且無需使用刮刀，并將具備廣泛的市場潛力。
[0006] 中國發明專利CN201110433249公開了一種聚晶金剛石復合片鉆頭胎體粉，其制 備的胎體在抗彎強度和沖擊韌性有了較大的提高，但是耐磨性能不夠。現有技術制備的胎 體roc鉆頭一般不能兼備各種優點，抗彎強度和沖擊韌性較好，往往耐磨性能不夠；而耐 磨性能較好的胎體roc鉆頭往往抗彎強度和沖擊韌性較差。
[0007] 如何對胎體鉆頭進行創新性改進，提高胎體的抗彎強度、沖擊韌性以及磨耗比是 現有技術需要克服的技術缺陷。
[0008]
【發明內容】
[0009] 為了克服現有技術中roc鉆頭存在的技術障礙，本發明在現有技術的基礎上，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] 為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下： 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(優選鈉水玻璃，模數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；水玻璃優選鈉水玻璃，模數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、氧化錯粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應器中，隨后添加水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌時 間為5分鐘，得到混合物B，控制反應器的溫度為200°C ; 4) 將反應器溫度降低至25°C，然后往反應器中添加硅膠，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，然后放入到高溫燒結爐中進行燒 結，高溫燒結爐的溫度為1200°C，燒結時間為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] 本發明還公開了按照上述方法制備的鉆頭胎體。
[0013] 本發明取得的有益效果： 本發明鉆頭可應用于各種礦山的開采，其在抗彎強度、沖擊功有了較大的提高，而且磨 耗比也達到了較高的參數； 本發明采用硬度較高的各種原料，合理配伍組合，大大提高了機械強度； 本發明采用水玻璃和硅膠為粘合耐磨劑，其特殊的分子結構和孔徑可以與各金屬原料 連接嵌合到一起，增強了耐磨性能； 本發明制備方法簡單可行，可以大規模工業化生產，具備較好的市場應用前景。
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【具體實施方式】
[0015] 以下將采用具體的實施例來對本發明作進一步的解釋，但是不應當看作是對本發 明創新精神的限制。
[0016] 實施例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、氧化錯粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應器中，隨后添加鈉水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌 時間為5分鐘，得到混合物B，控制反應器的溫度為200°C ; 4) 將反應器溫度降低至25°C，然后往反應器中添加硅膠，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，然后放入到高溫燒結爐中進行燒 結，高溫燒結爐的溫度為1200°C，燒結時間為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、氧化錯粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應器中，隨后添加水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌時 間為5分鐘，得到混合物B，控制反應器的溫度為200°C ; 4) 將反應器溫度降低至25°C，然后往反應器中添加硅膠，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，然后放入到高溫燒結爐中進行燒 結，高溫燒結爐的溫度為1200°C，燒結時間為40min ; 6) 將石墨模具取出，冷卻至25°C，出模得到胎體。
[0019] 實施例3 本發明鉆頭胎體材料的性能試驗：對照組采用按照CN201110433249實施例2方法制備 的聚晶金剛石復合片鉆頭胎體；實驗組為本發明實施例2制備的胎體。
[0020] 通過檢測胎體的抗彎強度(采用液壓式萬能試驗機)、抗沖擊功以及磨耗比；其中 磨耗比測試試驗，采用砂輪摩擦胎體，秒表計時180秒，檢測砂輪和胎體的質量，確定磨耗 I：匕。胎體均采用5_X5_X5mm尺寸；砂輪為碳化娃砂輪。具體結果參見表1: 表1
【主權項】
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、氧化錯粉、鉻粉、銅粉、碳化鶴粉以及 碳化鈦粉投入到攪拌機中，攪拌均勻得到混合物A ; 3) 將步驟2)獲得的混合物A投入到反應器中，隨后添加水玻璃，邊添加邊攪拌，攪拌時 間為5分鐘，得到混合物B，控制反應器的溫度為200°C ; 4) 將反應器溫度降低至25°C，然后往反應器中添加硅膠，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，然后放入到高溫燒結爐中進行燒 結，高溫燒結爐的溫度為1200°C，燒結時間為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】本發明屬于機械加工技術領域，公開了一種采礦鉆頭，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；本發明還公開了一種鉆頭胎體。本發明制備的鉆頭具備較好的抗彎強度、沖擊韌性以及磨耗比。
【IPC分類】B22F3-10, B22F1-00
【公開號】CN104607632
【申請號】CN201510094355
【發明人】蔣奉亮, 匡立軍, 楊善明, 喬秀杰, 田學友, 鄭明林, 紀獻平, 馬啟峰, 金培庸
【申請人】蒼山縣得力石膏有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年1月1日