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。

    关键词：保径效果;二次成型;阴极移动;同步磨损

    中图分类号：TQ164;TG74文献标识码：A

    DOI编码：10.3969/.jissn.1006-852X.2010.03.009

    文章编号:1006-852X(2010)03-0041-03

    0问题的提出

    电镀金刚石钻头的胎体是镍基合金,它具有比较理想的硬度与耐磨性,因而电镀钻头对多数岩层具有好的适应性,得到了广泛的应用。特别在工程勘察中,由于钻进时效较高而被广泛采用。但是,电镀金刚石钻头由于在成型过程中,受到析氢的影响,镀层中不可避免地出现针孔和渗氢现象,特别是在戴上模具后钻头工作层的内外径部位更加突出,镀层的孔隙率增加,镀层由于渗氢而变脆,其耐磨性明显下降,保径能力较差,导致电镀钻头的内外径先行磨损而使得钻头提前失效,最终影响整个钻头的使用寿命。从上述的分析可知,要提高电镀钻头的保径效果必须减少镀层的孔隙率,减少氢脆对镀层耐磨性的不良影响。经过试验研究,采用二次成型工艺和阴极移动是电镀金刚石钻头提高保径效果的有效方法,从而能够提高钻头的使用寿命。

    1二次成型工艺试验

    二次成型工艺就是指电镀钻头的工作层成型与保径层成型分两次完成,改变了过去电镀钻头的保径层厚度满足要求后,戴上模具,继续电镀工作层,直到钻头的设计要求。二次成型工艺则是钻头入槽电镀后戴上模具直接电镀工作层,当工作层的高度达到设计要求后出槽,卸去模具,经二次镀前处理入槽电镀。二次入槽电镀只电镀内外径,钻头不戴模具,内外径处于开放状态,电镀中所析出的氢不容易在内外径表面滞留,有效地保证了钻头的内外径镀层内极少渗氢,因而钻头的保径效果得到提高。

    1.1模具与工艺设计

    电镀钻头的模具设计不同于一次成型电镀钻头的模具设计。二次成型的模具的壁厚可以减薄,一般为4~5mm即可;其高度必须比钻头的工作层高度高出3mm;模具的光洁度尽可能高;内模的外径比刚体的内径应小0.10mm,而外模的内径应比刚体的外径大0.10mm。模具的这些设计参数将有利于钻头成型和电镀后容易脱模。

    钻头的绝缘方法也有别于普通的绝缘方法,见图1所示。绝缘中除了采用常规的塑料胶带绝缘外,设计了内、外底模,增强了绝缘效果,减少二次入槽前的准备工作。

    电镀钻头工艺参数中,首先要注重镀前的处理工艺,这是保证电镀金刚石钻头镀层与刚体结合牢固、不起皮、不掉块的重要工序。钻头经电化学除油、阳极活化后入槽电镀,电镀1h后戴上模具,对钻头的底唇面加金刚石复合镀。入槽后加模具前的电镀时间不要少于1h,这是为了保证镀层与刚体有很强的结合力,也为了后续的二次成型创造有利的条件。