Способ изготовления абразивного элемента

 

Изобретение относится к способам изготовления абразивных элементов, которые могут быть использованы при бурении горных пород, а также для обработки таких материалов, как камень, спеченная керамика, стекло и др. Существо изобретения: абразивный порошок помещают между металлокерамическими подложками и воздействуют на него высоким давлением и температурой в области термодинамической стабильности абразива, в качестве которого берут смесь синтетического алмазного порошка с размером частиц 80 - 200 мкм и природного алмазного порошка с размером частиц 10 - 30 мкм при их весовом соотношении от 20 : 1 до 1 : 1. 1 табл.

Изобретение относится к способам изготовления абразивных элементов, которые могут быть использованы при бурении горных пород, а также для обработки таких материалов, как камень, спеченная керамика, стекло и др.

Цель - повысить режущие свойства абразивных элементов за счет использования природного алмазного порошка для заполнения пор между частицами синтетического алмаза в абразивном слое.

Для этого предложен способ изготовления абразивного элемента, при котором абразивный порошок помещают между металлокерамическими подложками и воздействуют на него высоким давлением и температурой в области термодинамической стабильности абразива, отличающийся тем, что в качестве абразива берут смесь синтетического алмазного порошка размером частиц 80-200 мкм и природного алмазного порошка размером частиц 10-30 мкм при их весовом соотношении от 20: 1 до 1: 1.

В дальнейшем порошки с размером частиц 80-200 мкм крупнозернистые, а порошки с размером частиц 10-30 мкм - мелкозернистые.

При спекании крупнозернистый порошок образует прочную скелетную структуру, а поры между крупными частицами синтетического алмаза заполняет мелкозернистый порошок природного алмаза.

Способ реализуется следующим образом. Предварительно прессованный, спеченный и отшлифованный диск из металлокерамического твердого сплава толщиной 3-6 мм помещают в графитовую печь, затем засыпают алмазную шихту, полученную путем смешения фракции крупнозернистого синтетического алмазного порошка, размер частиц которого может лежать в пределах от 80 до 200 мкм, с фракцией мелкозернистого природного алмазного порошка, размер частиц которого находится в пределах от 10 до 30 мкм. Сверху устанавливают прессованный, спеченный и отшлифованный диск из металлокерамического твердого сплава толщиной 1 мм (экран). В оставшейся полой части печи располагают тугоплавкий наполнитель, отделяя его от металлокерамических дисков слоем тепло- и электроизолирующего материала. Собранный контейнер с печью-нагревателем помещают в камеру высокого давления. Затем спекают при давлении 4-10 ГПа, температуре 1500-1700^оС в течение 3-10 с. После охлаждения и снятия давления готовую пластину извлекают из контейнера и шлифуют. В зависимости от применения пластин тонкий экран из металлокерамического твердого сплава сошлифовывают полностью или частично.

П р и м е р 1. Предварительно приготавливают 1,2 г алмазной шихты: синтетического алмазного порошка зернистостью 200/160-0,6 г, порошка природного алмаза зернистостью 28/20-0,6 г, что соответствует весовому соотношению 1: 1. Прессованный, спеченный и отшлифованный диск из сплава ВК-15 диаметром 21,5 мм, толщиной 4 мм помещают в графитовую печь-нагреватель, сверху засыпают алмазную шихту. Затем размещают прессованный, спеченный и отшлифованный диск из ВК-15 диаметром 21,5 мм, толщиной 1 мм (экран). В верхней и нижней полых частях печи-нагревателя размещают наполнитель-графит толщиной 2 мм, отделив его от сплава ВК-15 слоем слюды.

Собранный контейнер с печью-нагревателем помещают в камеру высокого давления и спекают при давлении 8 ГПа и температуре 1500-1700^оС в течение 5 с. Затем снимают температуру и давление, спеченный образец извлекают из камеры высокого давления. После всесторонней шлифовки и полой сошлифовки экрана из ВК-15 полученную двухслойную пластину испытали на абразивную стойкость по ГОСТ 16504-81 и ГОСТ 24297-83, она составит 0,0140 мм/км 0,0005 мм/км.

П р и м е р 2. Предварительно готовят навеску алмазной шихты 0,24 г: синтетического алмазного порошка зернистостью 100/80-0,18 г, порошка природного алмаза зернистостью 28/20-0,06 г, что соответствует весовому соотношению 3: 1. Прессованный, спеченный и отшлифованный диск из сплава ВК-15 диаметром 9,5 мм и толщиной 3 мм помещают в графитовую печь-нагреватель, затем засыпают алмазную шихту, сверху размещают прессованный, спеченный и отшлифованный диск из сплава ВК-15 диаметром 9,5 мм, толщиной 1 мм. Незаполненный объем печи-нагревателя заполняют графитом-наполнителем толщиной 2 мм, отделив его от дисков из сплава ВК-15 слоем слюды. Собранный контейнер с печью-нагревателем помещают в камеру высокого давления и создают давление 10 ГПа. Спекание ведется при температуре 1700^оС в течение 7 с. После снятия давления и охлаждения извлеченный образец шлифуют, полностью сошлифовывают экран и проводят испытания на абразивную стойкость по ГОСТ 16504-81 и ГОСТ 24297-83. Абразивная стойкость составила 0,0135 мм/км 0,0005 мм/км.

П р и м е р 3. Предварительно приготавливают 1,2 г алмазной шихты: синтетического алмазного порошка зернистостью 100/80 мкм - 1,143 г, порошка природного алмаза зернистостью 10 мкм - 0,057 г, что соответствует соотношению 20: 1, далее - аналогично примеру 1.

При испытании полученного образца по ГОСТ 16504-81 м ГОСТ 24297-83 абразивная стойкость составила 0,0150 0,0005 мм/км.

Согласно технологии, изложенной в примерах, осуществлен ряд опытов. Сравнительные данные по износостойкости полученных алмазно-твердосплавных пластин приведены в таблице (толщина алмазного слоя 0,8 мм).

Для сопоставления абразивных свойств изделий, предлагаемых в прототипе, были изготовлены образцы согласно способу-прототипу. Полученные образцы были испытаны на износостойкость. Результаты испытаний также приведены в таблице.

Испытания показали, что средняя величина износостойкости образцов, полученных по предлагаемому способу, в 1,5-2 раза выше, чем износостойкость образцов, полученных по известному способу. Повышение абразивных свойств абразивно-режущих элементов обеспечивает значительный эффект при их использовании в буровых коронках: известно, что при низкой абразивной стойкости и быстром износе режущих элементов коронок последние необходимо поднимать для замены с глубин до нескольких километров, что снижает производительность бурения и является дорогостоящим процессом. При повышении абразивных свойств режущих элементов срок износа коронки также увеличивается, следовательно сокращается число операций подъема коронки и ее замены, что уменьшает стоимость одного метра проходки скважины. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1425984, кл. В 24 D 3/06, 1976.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, при котором абразивный порошок помещают между металлокерамическими подложками и воздействуют на него высоким давлением и температурой в области термодинамической стабильности абразива, отличающийся тем, что, с целью повышения режущих свойств абразивного элемента, в качестве абразива берут смесь синтетического алмазного порошка размером частиц 80 - 200 мкм и природного алмазного порошка размером частиц 10 - 30 мкм при их массовом соотношении от 20 : 1 до 1 : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1