一種用于地質勘探的合金鉆頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械加工領域，涉及一種用于地質勘探的合金鉆頭。
[0002]
【背景技術】
[0003] "地質勘探"即是通過各種手段、方法對地質進行勘查、探測，確定合適的持力層， 根據持力層的地基承載力，確定基礎類型，計算基礎參數的調查研宄活動。是在對礦產普查 中發現有工業意義的礦床，為查明礦產的質和量，以及開采利用的技術條件，提供礦山建設 設計所需要的礦產儲量和地質資料，對一定地區內的巖石、地層、構造、礦產、水文、地貌等 地質情況進行調查研宄工作。
[0004] 鉆頭是地質勘探中用的較多的工具之一。目前，大多數地質勘探工作都使用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、鉬合金機械加工成形。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。
[0005] 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。 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、磨耗比以及耐腐蝕性能 是現有技術需要克服的技術缺陷。
[0006]
【發明內容】
[0007] 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合金鉆頭。
[0008] 為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下： 一種用于地質勘探的合金鉆頭，其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： 鋼粉100份，鎳粉30份，銅粉20份，改性碳化硅8份，錳粉6份，鉬粉4份，釩粉4份， 碳化鎢粉3份，改性高嶺土 2份，改性凹凸棒土 2份，納米氧化釔1份，納米氧化鈰1份，玻 璃纖維1份，石墨纖維1份； 所述納米氧化紀或納米氧化鋪的粒徑為IOnm ;所述玻璃纖維或石墨纖維的直徑為 5um，長度為50um ;鋼粉，鎳粉，銅粉，錳粉，鉬粉，釩粉以及碳化鎢粉的粒徑均為200目。
[0009] 上述鉆頭的制備方法包括如下步驟： 1)制備改性高嶺土：將硅烷偶聯劑KH-560和高嶺土依次添加到乙醇中，500轉/min攪 拌30min，再將混料80°C烘干5小時，研磨至粒徑為200目，即得；所述硅烷偶聯劑KH-560、 乙醇以及高嶺土的質量比為1 :20 :10。
[0010] 2)制備改性凹凸棒土 ：將凹凸棒土添加到攪拌反應器中，然后添加2倍重量的IM 鹽酸，200轉/min攪拌5min，80°C烘干，最后研磨至粒徑為200目，即得。
[0011] 3)制備改性碳化硅：將碳化硅送至球磨機，磨至粒徑為200目粉末，然后將粉末置 于容器中，隨后添加改性劑，1000轉/min離心攪拌lOmin，即得；所述改性劑由鈦酸異丙酯、 水以及丙酮按照1 :2 :1的重量比混合均勻制得；所述改性劑的添加量為碳化硅質量的百分 之一； 4) 混合和燒結：將鋼粉，鎳粉，銅粉，改性碳化硅，錳粉，鉬粉，釩粉，碳化鎢粉，改性高 嶺土，改性凹凸棒土，納米氧化釔，納米氧化鈰，玻璃纖維以及石墨纖維混合攪拌均勻，靜置 12h，然后裝到石墨模具中，進入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30min ; 5) 冷卻和焊接：將石墨模具取出，冷卻至30°C，出模得到刀頭胎體，最后將刀頭胎體加 工成刀頭，焊接到基體上即得。
[0012] 本發明還公開了一種用于鉆頭的刀頭胎體，原料組成和制備方法同上。
[0013] 本發明取得的有益效果主要包括： 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；本發明使用納米氧化釔和納米氧化鈰組分均勻，粒度小，形成彌 漫強化，可提高強度，還具備一定的潤滑作用；本發明通過對碳化硅進行改性，提高了碳化 硅的分散效果，避免了堆積；改性高嶺土和改性凸凹棒土對基體材料填充增強、提高抗磨減 摩能力和軟化溫度的作用；本發明通過添加玻璃纖維和石墨纖維，使得產品內部組織結構 的縱橫均勻度，合金粉末分散均勻，并且大大提高了耐磨性和抗腐蝕性能。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請具 體實施例，對本發明進行更加清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部 分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出 創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0015] 實施例1 一種用于地質勘探的合金鉆頭，其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： 鋼粉100份，鎳粉30份，銅粉20份，改性碳化硅8份，錳粉6份，鉬粉4份，釩粉4份， 碳化鎢粉3份，改性高嶺土 2份，改性凹凸棒土 2份，納米氧化釔1份，納米氧化鈰1份，玻 璃纖維1份，石墨纖維1份； 所述納米氧化紀或納米氧化鋪的粒徑為IOnm ;所述玻璃纖維或石墨纖維的直徑為 5um，長度為50um ;鋼粉，鎳粉，銅粉，錳粉，鉬粉，釩粉以及碳化鎢粉的粒徑均為200目。
[0016] 上述鉆頭的制備方法包括如下步驟： 1)制備改性高嶺土：將硅烷偶聯劑KH-560和高嶺土依次添加到乙醇中，500轉/min攪 拌30min，再將混料80°C烘干5小時，研磨至粒徑為200目，即得；所述硅烷偶聯劑KH-560、 乙醇以及高嶺土的質量比為1 :20 :10。
[0017] 2)制備改性凹凸棒土 ：將凹凸棒土添加到攪拌反應器中，然后添加2倍重量的IM 鹽酸，200轉/min攪拌5min，80°C烘干，最后研磨至粒徑為200目，即得。
[0018] 3)制備改性碳化硅：將碳化硅送至球磨機，磨至粒徑為200目粉末，然后將粉末置 于容器中，隨后添加改性劑，1000轉/min離心攪拌lOmin，即得；所述改性劑由鈦酸異丙酯、 水以及丙酮按照1 :2 :1的重量比混合均勻制得；所述改性劑的添加量為碳化硅質量的百分 之一； 4) 混合和燒結：將鋼粉，鎳粉，銅粉，改性碳化硅，錳粉，鉬粉，釩粉，碳化鎢粉，改性高 嶺土，改性凹凸棒土，納米氧化釔，納米氧化鈰，玻璃纖維以及石墨纖維混合攪拌均勻，靜置