一种制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂.pdf

本发明涉及一种用于制造钻探钻头的粘结剂，尤其涉及一种四元低熔点预合金粘结剂。本发明一种制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂，由Cu、Zn、Sn、In和其他一些金属元素及添加剂经过常规生产方法制作而成，这种合金对金刚石、聚晶及复合片等切削元件有很好的包复能力，与胎体金属及化合物有好的浸润性，并形成很高强度的复合材料，这种复合材料又能与钢体产生牢固的连接，适合作为钻探用金刚石孕镶钻头，尤其适应于制作较高温度和压力下的深孔和超深孔钻头的需要。

1.  一种制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂，其特征在于这种粘结剂是由Cu、Zn、Sn、和In组成的四元低熔点合金，各组分的质量百分比分别为：Cu30％-90％、Zn10％-70％、Sn0.5％-15％、In5％-40％。

2.  如权利要求1所述的制造深孔钻探钻头用的低熔点预合金粘结剂，其特征在于还含有1-10％的其他金属元素。

3.  如权利要求2所述的制造深孔钻探钻头用的低熔点预合金粘结剂，其特征在于所述的金属元素为Ni、Si、Mn、Co、Fe中的一种或两种。

4.  如权利1或2或3所述的制造深孔钻探钻头用的低熔点预合金粘结剂，其特征在于还含有0.1％-2％的晶体细化添加剂。

5.  如权利要求4所述的制造深孔钻探钻头用的低熔点预合金粘结剂，其特征在于所述的晶体细化添加剂为La系稀土元素。

一种制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂
【技术领域】
本发明涉及一种用于制造钻探钻头的粘结剂，尤其涉及一种四元低熔点合金粘结剂。
【背景技术】
钻探用钻头主要由切削元件(金刚石、聚晶、复合片等)骨架材料，金属粘合剂组成复合体制成的冠部，以及与冠部复合体相连接的钢体组成。粘结剂是连接各组元的纽带。粘结剂的性质对钻头的性能影响很大。
美国专利4669522由Griffi发明了Cu-P二元合金作为粘结材料，由于某些冶金学上的缺陷如与钻头钢体结合强度低，并没有得到实际运用。
美国专利5000273 Ralph等人提出了Cu-Mn-Zn三元合金作为复合片钻头的粘结合金，高锰合金，脆而硬易氧化的特能，并不适用于孕镶式钻头的要求。
国内广泛借用了一种传统的铸造青铜-663青铜，作为金刚石钻头的粘结材料。实践证明663青铜与胎体金属及化合物的浸润性和钢体的接合强度都不理想，不适合制作深孔和超深孔钻头。
【发明内容】
针对上述问题，本发明的目的是提供一种对钻头的切削元件有极好的包复能力、与金属及金属化合物等骨架材料有很好的浸润性、所形成的复合体具有很高的抗压强度及耐磨蚀性能的低熔点合金，作为制造深孔钻探钻头用的粘结剂。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂，是由Cu、Zn、Sn、和In组成的四元低熔点合金，各组分的质量百分比分别为：Cu30％-90％、Zn10％-70％、Sn0.5％-15％、In5％-40％。
所述的制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂，还含有1-10％的其他金属元素。
所述的金属元素为Ni、Si、Mn、Co、Fe中的一种或两种。
所述的制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂，还含有0.1％-2％的晶体细化添加剂。
所述的晶体细化添加剂为La系稀土元素。
本发明制造深孔钻探钻头用的低熔点合金粘结剂，首先在保护气氛下将Cu在中频熔炉中加温至完全熔化，静置除气后，升温过热至1300℃以上。加入Ni，Mn，Co，Fe等高熔点金属元素。待均匀化后，冷却至1000℃以下，逐次加入Zn、Sn、In等低熔点元素。充分均匀化后，投入除气剂，按常规工艺脱气，扒渣。最后加入La系稀土元素对合金进行晶粒细化处理后，迅速将熔融的合金熔液转移到金属雾化装置的石墨漏斗内，从漏斗口流出的熔融液体，经由喷嘴时，被高速喷出的气流或高压水雾化成100-400目的合金粉，即低熔点合金粘结剂。
将此低熔点合金粘结剂和金刚石等切削元件及骨架材料，混合均匀后，装入石墨模具内，压实，压入钢体，完成装配过程。再将装配的钻头组件经工频、中频或电火花热压烧结，制成钻头毛坯。毛坯经车削加工，开出水口，制造出钻头成品。也可以将高温熔炼经均匀化处理后制成小颗粒通过浸渗工艺和上述切削元件及骨架材料制成钻头毛坯，再加工成钻头成品。
本发明Cu-Zn-Sn-In四元低熔点合金粘结剂，这种金属粘结剂对钻头的切削元件(金刚石单晶、聚晶及复合片)有极好的包复能力，又与金属及金属化合物等骨架材料有很好的浸润性，与之形成的复合体具有很高的抗压强度及耐磨蚀性能，尤其是这种复合体和钢体可以形成可靠的连结，不易产生脱落事故。这种四元合金适合作为金刚石钻头的粘结剂，能达到制造在深孔钻探的恶劣钻探环境下使用的钻头的要求。
【具体实施方式】
分别称取重量百分比为45％的Cu、37％的Zn、5％的Sn、8％的In、4.5％的Co和0.5％的La，在中频感应炉中装入称量的铜块加温熔化至过热熔体加入钴，充分熔化后，降低炉温。再逐步加入锌、锡、铟等称取的金属，待所有元素全部熔化。经除气、扒渣、精炼，加入稀土元素镧均匀化后制成含量为45％Cu，37％Zn，5％Sn，8％In，4.5％Co，0.5％La的合金熔体，随之将熔体在雾化装置中喷成200-400目的合金粉备用。
在重量比为6∶0.5∶1.5∶2的还原铁粉、钴粉、碳化钨粉和400目的Cu-Zn-Si-In合金粉内加入人造金刚石颗粒和总重量1％的成型剂在球磨机内混合均匀。将混合物装入石墨模内预压，插入钢体，用30吨液压机冷压成一体，再置于中频感应热压机内，感应加热。在升温加热的同时逐步加温至工件达到900℃-920℃。在此温度下，保温保压10分钟后自然冷却至工件呈浅黑色。卸压，取出工件。待其完全冷却后，再从石墨磨具内取出钻头毛坯。钻头毛坯经车螺牙，开水口，精整等工序后即成钻头成品。
本发明为一种制造深孔钻探钻头用的Cu-Zn-Sn-In四元低熔点合金粘结剂，这种合金对金刚石、聚晶及复合片等切削元件和胎体金属及化合物都有较好的浸润性和包复能力，并能和这些组元制成很高强度的金属基复合材料，用之于制造金刚石胎体材料。此外，这种金属基复合材料还能与钻头钢体产生很强的连接，适合作为钻探用金刚石孕镶钻头材料，能满足制作较高温度和压力下的深孔和超深孔钻头的需要。