專利名稱：二次成型電鍍金剛石鉆頭制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金剛石鉆頭的制造工藝，特別是用于地質巖心鉆探、工程基礎鉆進、混凝土取樣的金剛石鉆頭制造工藝。
金剛石鉆頭是一種切削工具，由于它的特殊的切削對象，對金剛石鉆頭制造工藝提出了一定的要求，不僅要求金剛石具有足夠的強度和硬度，還要求切削刃和基體之間有較強的結合強度，以保證金剛石鉆頭的使用壽命和鉆進效率。目前制造普通金剛石鉆頭所采用的方法有二種，一是粉末冶金熱壓法，即將金剛石顆粒與合金粉末均勻混合后，與鉆頭基體唇部裝在一起，通過加熱加壓形成金剛石鉆頭。這種方法使金剛石經(jīng)受1000℃左右的高溫，金剛石遭受熱損傷而質量下降，從而影響了鉆頭的使用效果。二是電鍍法。這種方法最早由美國提出。(US 3，957，593)文獻提供了用電化學沉積法將金剛石顆粒鑲嵌于鎳層中制造金剛石鋸片的方法，日本也有電鍍鎳鈹合金來制造金剛石鉆頭的專利。然而無論國外和國內，采用電鍍法來制造金剛石刀具都采用一次成型法，即在刀具基體上直接電鍍成型。其缺點是生產(chǎn)周期長，容易出現(xiàn)施鍍事故，鍍層與基體之間，鍍層與鍍層之間結合牢度不足。這種方法也不易嵌鍍金剛石聚晶，鉆頭無聚晶保徑必然影響使用壽命。
本發(fā)明提供一種能保持金剛石原有的強度和硬度、有金剛石聚晶保徑、生產(chǎn)周期短、結合牢度高的金剛石鉆頭的制造工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，在常溫(20～30℃)下，采用電鍍方法，在以硫酸鎳(NiSO4·7H2O)、硫酸鈷(CoSO4·7H2O)、硫酸錳(MnSO4·4H2O)，硼酸(H3BO3)、氯化鈉(NaCl)及光亮劑和濕潤劑配制的電鍍液中，以沉積鎳、鈷、錳金屬包裹金剛石顆粒，疊制成金剛石孕鑲塊，再用同樣的電鍍方法，在同樣電鍍液中，將嵌有孕鑲塊和金剛石聚晶的鉆頭基體牢固地焊接成鉆頭整體。鍍液中鈷離子和錳離子的加入，使鍍層晶格發(fā)生畸變，從而使鍍層的機械物理性能改善。
采用以上方法制造的金剛石鉆頭，由于無高溫高壓工序，金剛石避免了熱損傷，鉆頭質量顯著提高，在同等條件下與熱壓鉆頭相比，使用壽命可以提高一倍，鉆進效率提高83%。二次成型工藝與一般電鍍法相比，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短了七～九倍，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且減少了施鍍事故。本發(fā)明使金剛石刀頭與基體不僅鍍焊相接，而且機械相嵌，故兩部分具有足夠的結合牢度。本工藝便于鍍焊金剛石聚晶，鉆頭能夠得到內外徑保強，從而進一步提高了使用壽命。用本工藝生產(chǎn)的二次成型電鍍金剛石鉆頭曾與國內最優(yōu)秀的電鍍鉆頭相比，其小時效率提高了20%，平均壽命提高了47%。
下面結合附圖對本發(fā)明的工藝程序及操作過程作進一步說明。


圖1為金剛石鉆頭基體視圖;
圖2為金剛石鉆頭成品視圖;
圖3為電鍍線路圖;
參照圖3，其中(1)-整流裝置，(2)-換向開關，(3)-充電機，(4)-蓄電池，(5)-直流電表，(6)-滑桿變阻器，(7)-鎳陽極，(8)-鍍液，(9)-被鉸刀具(陰極)，(10)-鍍槽。
(一)電鍍液配方及配制硫酸鎳 280～300克/升硫酸鈷 15～25克/升硫酸錳 5～10克/升硼酸 38克/升氯化鈉 18克/升糖精 0.1克/升十二烷基硫酸鈉 0.05克/升硫酸鈷及硫酸錳的含量由所需鍍層的機械物理性質確定。
藥品采用化學純以上純度，分別用蒸餾水加熱溶解，然后混合過濾，調整酸度PH4～4.5待用。
參看圖1、圖2，(11)為唇部、(12)為孕鑲片，(13)為聚晶?；w采用45＃鋼。
(二)孕鑲片的制造根據(jù)鉆頭大小確定孕鑲片(12)的形狀和大小。選擇相應厚度的塑料板，在塑料板上壓出無數(shù)與孕鑲片(12)形狀相同的通孔。將塑料板緊貼在不銹鋼板或鐵板上，絕緣通孔以外的不銹鋼板外漏部分，接上導線，沖刷干凈即可放入電鍍槽，電鍍規(guī)范及操作見(四)、(五)。
(三)鑲嵌及鍍前處理將孕鑲片(12)及外購金剛石聚晶(13)以過渡配合的形式嵌入鉆頭基體的鑲好的基體焊上導線，用金屬清洗劑洗刷干凈，再用絕緣涂料絕緣唇部以外不鍍部分。絕緣物干透后進行鹽酸腐蝕除銹，鹽酸濃度30%左右，常溫浸泡30秒后，將鉆頭基體浸入溫水中準備進行電化學除油。電化學除油可用常規(guī)的方法，也可用下述方法首先進行堿處理。堿液成分為氫氧化鈉17克/升，碳酸鈉38克/升，磷酸三鈉15克/升，硅酸鈉9克/升，堿液溫度30℃，電流密度10安/分米2，先陰極除油2.5分鐘(鉆頭作為陰極)，后陽極除油1分鐘，另一極為鎳板。處理完畢后鉆頭用溫水浸泡。
然后進行陽極處理。處理溶液為40%(體積比)硫酸，處理時間1分鐘，電流密度35安/分米2，陽極為鉛板，陽極處理完畢，盡快用溫水沖洗，按圖3接入電路，帶電放入電鍍槽內。
(四)電鍍規(guī)范溫度20～30℃，電流密度1安/分米2，酸度PH4～4.5。
(五)電鍍操作鉆頭坯體入槽后，先用3安/分米2的電流密度沖擊2分鐘，然后用正常規(guī)范空鍍1小時，空鍍完畢，用直形皮頭吸管將金剛石顆粒均勻撒放在鉆頭唇部上。8分鐘后，卸掉堆積的多余的金剛石顆粒，使鍍層表面均勻粘上一層金剛石。撒卸金剛石時間間隔以及兩次上砂時間間隔，可按用戶要求的金剛石濃度來確定。卸砂時間提前及兩次上砂時間縮短均可提高金剛石濃度。一般前者為8分鐘左右，后者為24小時。
鉆頭唇部內外徑達到要求后，即可出槽，出槽后用溫水沖洗，去掉絕緣物，即放入烘箱中烘烤，烘箱溫度160℃，保溫三小時后鉆頭即可取出，鏟去結瘤包裝入庫。
權利要求
一種尤其適用于地質巖心鉆探、工程基礎鉆進、混凝土取樣的金剛石鉆頭制造工藝，其特征在于下列幾點(1)將沖洗干凈的孕鑲塊模板作為陰極放入由硫酸鎳(280～300克/升)、硫酸鈷(15～25克/升)、硫酸錳(5～10克/升)、硼酸(38克/升)、氯化鈉(18克/升)、糖精(0.1克/升)、十二烷基硫酸鈉(0.05克/升)所組成的，PH值為4～4.5的電鍍液中。先用3安/分米2的電流密度沖擊2分鐘，再以1安/分米2電流密度電鍍1小時，然后在模板孔內的金屬板上撒上一層金剛石顆粒繼續(xù)電鍍。當金剛石被鍍層復蓋后再撒一層金剛石。金剛石顆粒的層數(shù)取決于孕鑲塊的厚度，厚度達到要求便取出模板。從模板孔敲出孕鑲塊待用。(2)將生產(chǎn)的孕鑲塊和外購的金則石聚晶以過渡配合形式嵌入鉆頭基體唇部，絕緣基體不鍍部分。上述鉆頭基體經(jīng)鹽酸除銹、常規(guī)電化學除油后，再按(1)中所述電鍍液和工藝條件電鍍鎳鈷錳合金來固接孕鑲塊和金剛石聚晶。固接時，被鍍部分仍需按(1)中敘述方法撒放金剛石。金剛石層數(shù)取決于金剛石鉆頭內外徑尺寸。(3)金剛石鉆頭內外徑尺寸達到要求后，將鉆頭取出沖洗干凈、去掉絕緣物，然后將其放入160℃的烘箱中保溫三小時即成產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金剛石鉆頭的制造工藝，特別是用于地質巖芯鉆探、工程基礎鉆進、混凝土取樣的金剛石鉆頭的制造工藝。它是在常溫下，采用電鍍方法先預制金剛石孕鑲塊，再用電鍍法將金剛石孕鑲塊鍍焊在鉆頭基體上。鑲焊孕鑲片的同時，將外購的、用來保護鉆頭外徑和內徑的金剛石聚晶也牢固鍍焊在鉆頭基體上。利用這種工藝制造的金剛石鉆頭，不僅使用壽命長、鉆進效率高，而且產(chǎn)品生產(chǎn)周期大幅度降低，從而使低品位的人造金剛石得到進一步開發(fā)利用。
文檔編號E21B10/46GK1049892SQ8910659
公開日1991年3月13日 申請日期1989年8月30日 優(yōu)先權日1989年8月30日
發(fā)明者周再盛, 伍宗林, 張友余, 馬名旭 申請人:中國地質大學武漢管理干部學院