地质勘探大直径电镀金刚石钻头的研制与应用探讨

■91mm以上的大直径金刚石钻头在设计与使用上仍存在一定问题。采用低温电镀的方法制造人造金刚石孕镶钻头是钻头制造的一项高新技术。本文在理论分析与实际应用的基础上,论述了大直径电镀金刚石钻头必须特别注意强化钻头本身的防振性能与保径性能,介绍了大直径钻头结构设计与制造特点;在钻头使用上建议采用有效的减振钻具,推荐了“刚性满眼钻具”及其计算公式。介绍了这种钻头的实际应用效果。     

CN200710052484．4直流电镀铁基金刚石钻头方法

本发明提供了一种直流电镀铁基金刚石钻头方法,即：采用铁作为金刚石钻头的胎体材料,同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。本发明改变了电镀铁必须采用不对称交一直流电镀方法以及金属铁不能用于制造金刚石钻头的传统思想与理念,是金刚石工具行业的一次创新;本方法包括镀前处理、电镀过程和镀后处理步骤。本发明直流电镀铁基金刚石钻头能显著降低成本和缩短生产周期,在坚硬而致密岩石中钻进能大大提高钻进速度,     

提高电镀金刚石钻头保径能力的几种方法

在我国，电镀方法生产金刚石钻头已有近40年的历史。电镀方法生产金刚石钻头是在室温下进行，对金刚石没有任何热损伤；镍基合金胎体性能优良，对岩石有较广泛的适应性。但是，电镀金刚石钻头的保径效果差，特别是钻进硬、脆、碎岩石和钻进强研磨性岩石时尤其明显。本文分析比较了提高电镀金刚石钻头保径效果的几种新工艺包括双锥形工作面钻头、螺旋形水槽和半底喷式结构、聚晶保径规保径钻头、内外径和底唇面分开电镀法钻头、跟模电镀法钻头、镍钴锰合金胎体金刚石钻头，并给出了电镀镍钴锰合金金刚石钻头的电镀液配方及工艺参数。通过试验得出采用方柱状聚晶保径或采用镍钴锰合金胎体，电镀金刚石钻头的保径效果好，钻头寿命可提高30％以上。     

直流电镀铁基胎体性能及其金刚石钻头研究

将修复零部件的工业镀铁技术,应用到金刚石钻头的制造中.经过试验,掌握了电镀铁基胎体金刚石钻头的工艺技术.室内钻进试验表明:电镀铁基金刚石钻头钻进9级花岗岩的时效能达到2m/h,钻头的使用寿命能达到44 m,完全能够满足钻探生产的要求.结果表明:直流电镀铁基胎体的性能具有硬度高且可调、金刚石出刃好等特点;电镀铁基的镀液配方简单,成本低,具有很好的应用前景.     

电铸金刚石钻头的方法与实施

为了适应地质钻探工作的需要,在金刚石钻头的胎体表面进行金属化,使之具有更高的强度、硬度和良好的耐磨性、韧性,目前采用的电镀单一金属层难以满足这些综合性能要求。针对这一特点,通过生产实践,结合电铸金刚石钻头与电镀金刚石钻头的特点,优化了三种电铸液的成分和品质,总结出电铸金刚石钻头的方法和实施过程,应用了二元合金元素体系的结合性能,获得的电铸金刚石钻头,综合性能有了显著提高,并有效延长了金刚石钻头的使用寿命,满足了地质钻探工作的要求。     

电镀金刚石钻头野外试验及效果分析

为了检验用含稀士添加剂的镀镍液制造的金刚石钻头的效果，采用该镀液生产了一批金刚石钻头，并在小秦岭金矿区进行了野外钻进试验。文章给出了金刚石钻头的制作条件，包括镀液配方和金刚石参数；介绍了试验矿区的地质条件、钻探设备及钻进工艺条件；对钻过的主要岩石的物理力学性质（摆球硬度、塑性系数、单轴抗压强度）和成分进行了测试和分析。钻进试验结果表明：该种电镀金刚石钻头具有寿命长、时效高和适应性强等优点，取得了较好的经济技术指标，但存在着钻头底唇拉槽、内外保径磨损较严重等问题。结合电镀金刚石钻头的制造工艺和钻头的磨损形态，分析认为这两个问题是由钻头钢体尺寸设计不合理引起的。     

超声波电镀金刚石钻头工艺研究

为了缩短电镀孕镶金刚石地质钻头的生产周期并改善其性能,进行了超声波作用下电镀金刚石钻头的工艺研究。研究了超声波作用下的影金刚石复合电镀工艺,确定了超声波电镀金刚石钻头的制造工艺流程,并根据确定的工艺试制了Ф75．5／49绳索取心钻头进行野外钻进试验。研究结果表明：对于各种粒度的金刚石,当金刚石在静止条件下被预复合包镶至约1／5粒径处时,可以开始超声波复合镀,此时金刚石将不会被超声波振落;施加超声波后,一天至少可以加4层金刚石,相比于常规电镀工艺,钻头生产周期缩短一半以上。野外钻进试验结果表明,相比于普通电镀钻头,超声波电镀钻头钻进时效提高了33％,钻头寿命提高了54．6％。     

C/SiC复合材料微孔的电镀金刚石钻头钻削加工

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20～30,36～54和63～75μm,直径在0.280～0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、加工效率的影响。结果表明：在相同钻削速度条件下,进给速度越低时,加工的微孔质量越好;钻头电镀的金刚石磨粒基本颗粒尺寸越大,其钻削效率越高;在6种钻头中,直径为0.300 mm的基体上电镀63～75μm的磨粒,直径为0.200 mm的基体上电镀36～54μm的磨粒,能够获得更优的钻孔性能。     

电镀弱包镶金刚石钻头研究

为了解决电镀金刚石钻头钻进坚硬致密岩石时效低的问题,进行了电镀弱包镶金刚石钻头的研究。本文首先对弱包镶材料中的人造超硬材料、胶粘剂、覆膜微粉进行了选择,然后介绍了弱包镶金刚石的覆膜制粒,最后采用正交试验设计方法研究了覆膜微粉的种类、覆膜后金刚石颗粒的粒径和覆膜金刚石的含量等三个因素对弱包镶金刚石钻头性能的影响。钻进试验在室内微钻试验台上进行,岩样为纯石英岩、人造锆刚玉等的材料。极差分析表明：三个因素对时效影响的显著性依次为：弱包镶金刚石的含量一覆膜微粉的种类一磨料的粒度。钻进结果显示,采用电镀弱包镶金刚石钻头,能够比较有效地解决电镀金刚石钻头的“打滑”问题。     

钎焊金刚石薄壁钻加工工程陶瓷的试验研究

通过用钎焊金刚石薄壁钻加工Al2O3工程陶瓷的钻削试验，测量和分析了在不同加工参数下钻削轴向力和扭矩的变化，并与电镀钻头的加工性能进行了对比。结果表明，用钎焊金刚石薄壁钻加工工程陶瓷材料的设想可行，与电镀钻头相比，钎焊钻头钻削过程更稳定，加工质量更好，尤其在高转速、大进给加工条件下具有明显优势。     

阴极移动对提高电镀金刚石钻头质量的研究

目前,我国电镀方法制造金刚石钻头已经成为一种重要的方法,据了解几乎都采用静置电镀的方法,既不采用搅拌,也不采用连续过滤或阴极移动,致使镀层内针孔密布,金刚石钻头的保径效果很不理想,钻头的耐磨性较差。本论文基于这一现状,进行了阴极移动电镀金刚石钻头的试验研究,试验结果表明,在试验的镀槽条件下,钻头移动距离12cm,移动频率18r／min-22r／min为优化值,电镀出的镀层针孔极少,电镀速度明显提高。     

电镀金刚石钻头胎体材料的选择

本文着重分析了影响钻头性能和胎体性能的因素，测定了胎体性能的两项指标－胎体硬度和耐磨性，测定结果表明，镍锰胎体比镍钴胎体硬度高，耐磨性能好，实验证明：在坚硬强度磨性地层和破碎地层中钻进，Ｎｉ－Ｃｏ－金刚石微粉胎体复合电镀钻头比Ｎｉ－Ｃｏ胎体电镀金刚石钻头使用效果好；对于坚硬强研磨地层以及软硬化交替地层中钻进，使用Ｍｉ－Ｍｎ胎体电镀金刚石钻头时效快，寿命长。     

新型电镀弱包镶金刚石钻头研制

钻进极坚硬地层时钻头打滑的原因是：钻头胎体表面被磨钝的金刚石上端被胎体包裹，下端与岩石形成吻合的面接触，金刚石处于接近二向受力状态，影响金刚石新陈代谢的继续进行；发明专利“一种电镀弱包镶金刚石钻头的制作工艺”利用机械方法在金刚石表面包裹一层弱包镶层，然后利用电沉积方式制成电镀钻头；新型电镀弱包镶钻头工作原理是电镀胎体与金刚石之间具有一层没有粘结特性的弱包镶层，减弱了电镀胎体对金刚石的包镶能力，使钻头在胎体磨损不大的情况下，金刚石就会从电镀胎体中自行脱落下来，实现金刚石的换层。这种新型电镀弱包镶钻头能很好地解决钻进坚硬致密弱研磨性地层的打滑问题。     

电镀镍-铁金刚石钻头配方与工艺研究

国内采用镍一铁合金作为电镀金刚石钻头的胎体材料仍处于试验研究中.本文详细介绍了镍-铁合金镀液的主要成分及其作用,试验分析了电镀工艺对镀层质量的影响,采用正交回归试验设计方法对胎体成分与性能间的变化规律进行了试验研究.结果表明镍-铁合金镀层是电镀金刚石钻头的较理想的胎体材料.通过调整镀液成分及其含量和改变工艺参数,可以获...     

三峡永久船闸导垂孔施工用电镀金刚石钻头的研制

为了满足导垂孔施工孔径大、垂直精度高（扎斜允许偏差在1‰以内）的要求，本文采用复合电镀技术研制出大口径会刚石钻头，所用胎体材料为镍钴合金，钻进金刚石的品级为MBD8、MBD10，其中MBD10占总量的60％，金刚石粒度分别为40／45、45／50、50／60、60／70，各种粒度的比例（质量比）分别为20％、30％、35％、15％。电镀金刚石钻头在室温下进行，pH值在3～5之间，电流密度在0．5—0．9A／dm^2范围内。文章还提出了基体设计和强化方案，分析了钢体、金刚石参数、胎体对钻进过程的影响，采用混目金刚石扩大了钻头的适用范嗣，提高了钻头的自锐性。使用结果表明：胎体配方、工艺流程、电镀参数和钢体强化没汁是合理的，研制的电镀金刚石钻头在二峡永久船闸倒垂孔钻进中，其平均使用寿命达到16米，钻进时效为0．3～0．5m．     

大直径无心磨金刚石砂轮制作及修整工艺研究

大直径无心磨砂轮（一般指直径D≥500mm，厚度H≥150mm）制造工艺一直是难点，具体表现在制造过程成品率低，性能难以满足要求。本文对大直径无心磨金刚石砂轮的制造工艺进行分析和讨论，提出一套完整可行制造工艺，具体包括：通过采用梯度粒度提高粗糙度，改进工艺配方提高自锐性，对实际制造过程中注意问题进行较全面分析以提高制造成品率，并对大直径无心磨金刚石砂轮热压机常用工艺热压参数热压级功率、吨位、加热板面积等进行讨论，得出合理热压工艺参数；最后，对修整工艺进行研究，大直径无心磨金刚石砂轮对修整要求精度高而且操作困难。笔者在T8365型制动鼓镗床设计全新修整工艺，实际应用证明修整工艺可操作性强，修整精度高。     

电镀金刚石钻头胎体性能与电镀工艺的关系研究

电镀金刚石钻头的胎体性能对岩石的适应性显著影响钻头的钻进效果。为了确定电镀金刚石钻头胎体材料性能与镀液组成及电镀参数的关系,本文从研究镀液配方和优化工艺参数入手,采用正交试验方法研究了镀液中镍离子浓度、钴离子浓度、镀液pH值和阴极电流密度等四个因素对镀层耐磨性的影响。镀层耐磨性以硬度和孔隙率加权综合表示。采用极差分析法处理了试验结果,得出了影响镀层耐磨性的主次因素为(从主到次)镀液pH值→阴极电流密度→钴离子浓度→镍离子浓度,从而确定了可获得不同耐磨性镀层、适应不同地层的镀液配方和电镀工艺参数。研究为有针对性地制造和选用电镀金刚石钻头提供了较好的依据。     

电镀金刚石钻头钻削碳纤维复合材料研究

碳纤维复合材料钻孔加工时极易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。针对碳纤维复合材料特点,以电镀金刚石钻头为研究对象,从钻削轴向力、钻孔出口质量等方面分析电镀金刚石钻头钻孔特点,并与硬质合金麻花钻进行对比,得出结论：电镀金刚石钻头钻削碳纤维复合材料时钻削轴向力较小,钻削质量较好,更适合于碳纤维复合材料的加工;钻头转速提高有利于减小钻孔缺陷的产生,钻削轴向力随钻头转速的升高而降低,随钻头直径的增大而增大;最后,通过多元线形回归方法得出电镀金刚石钻头钻削力经验公式。     

提高电镀金刚石钻头质量的试验研究

电镀金刚石钻头目前多采用镍基合金胎体,在钻进硬而完整的岩石中能取得好的效果,但在钻进较破碎的和强研磨性岩石时,钻头的耐磨性不理想,主要表现为钻头的保径能力较差,导致钻头的使用寿命缩短,这是电镀金刚石钻头需要解决而长期尚未解决好的问题。本论文针对电镀金刚石钻头的这个薄弱环节进行了试验与研究,采用二次成型工艺和阴极移动方法,明显地提高了钻头的保径效果。采用二次成形方法的电镀钻头平均寿命提高22%;而采用阴极移动方法的电镀钻头的硬度平均提高8%,耐磨性提高26%。基本上实现了钻头的同步磨损,明显地提高了钻头的使用寿命。     

钎焊地质金刚石钻头的试验与研究

为探索钎焊技术在地质金刚石钻头制造中的应用,本文在分析与比较钎焊法、电镀法和热压法各自优缺点的基础上,介绍了钎焊金刚石钻头的制作工艺,并采用N i-Cr合金钎料制作了35 mm、50mm、70 mm三种规格的薄壁钻头;对试制的钻头进行了室内钻进试验,钻进材料为混凝土、钢筋混凝土和花岗岩。试验发现,烧结温度和钎焊材料中添加剂的成分与含量对金刚石钻头的性能有着非常重要的影响,烧结温度为980℃时钻头的性能最好,加入低熔点的Cu合金可以明显改善钎料与基体的浸润性。钻进结果表明:钎焊地质金刚石钻头具有金刚石出刃高,钻进时效好,寿命长等优点,该技术在金刚石钻头领域的开发与运用中具有重要的意义。