Термично износване и отстраняване на кобалт от PDC

I. Термично износване и отстраняване на кобалт от PDC

В процеса на синтероване под високо налягане на PDC, кобалтът действа като катализатор, който насърчава директното свързване на диаманта и диаманта, превръщайки диамантения слой и матрицата от волфрамов карбид в едно цяло, което води до режещи зъби на PDC, подходящи за геоложко сондиране на нефтени находища с висока якост и отлична износоустойчивост.

Термоустойчивостта на диамантите е доста ограничена. Под атмосферно налягане повърхността на диаманта може да се трансформира при температури около 900℃ или по-високи. По време на употреба традиционните PDC диаманти са склонни да се разграждат при около 750℃. При пробиване през твърди и абразивни скални слоеве, PDC диамантите могат лесно да достигнат тази температура поради топлината от триене, а моментната температура (т.е. локализирана температура на микроскопично ниво) може да бъде дори по-висока, значително надвишавайки точката на топене на кобалта (1495°C).

В сравнение с чистия диамант, поради наличието на кобалт, диамантът се превръща в графит при по-ниски температури. В резултат на това износването на диаманта се причинява от графитизацията, произтичаща от локализирана топлина от триене. Освен това, коефициентът на термично разширение на кобалта е много по-висок от този на диаманта, така че по време на нагряване връзката между диамантените зърна може да бъде нарушена от разширяването на кобалта.

През 1983 г. двама изследователи извършват обработка за отстраняване на диаманти от повърхността на стандартни диамантени слоеве PDC, като значително подобряват производителността на PDC зъбите. Това изобретение обаче не получава вниманието, което заслужава. Едва след 2000 г., с по-задълбочено разбиране на диамантените слоеве PDC, доставчиците на свредла започват да прилагат тази технология към PDC зъби, използвани при пробиване на скали. Зъбите, обработени с този метод, са подходящи за силно абразивни формации със значително термично механично износване и обикновено се наричат „декобалтирани“ зъби.

Така нареченият „декобалт“ се произвежда по традиционния начин за производство на PDC, след което повърхността на диамантения му слой се потапя в силна киселина, за да се отстрани кобалтовата фаза чрез процеса на киселинно ецване. Дълбочината на отстраняване на кобалта може да достигне около 200 микрона.

Беше проведен тест за износване в тежки условия на работа върху два идентични PDC зъба (единият от които беше претърпял обработка за отстраняване на кобалт от повърхността на диамантения слой). След рязане на 5000 м гранит, беше установено, че скоростта на износване на PDC без кобалт започва рязко да се увеличава. За разлика от това, PDC с отстранен кобалт поддържа относително стабилна скорост на рязане, докато реже приблизително 15 000 м скала.

2. Метод за откриване на PDC

Съществуват два вида методи за откриване на PDC зъби, а именно разрушителен контрол и неразрушителен контрол.

1. Разрушителен контрол

Тези тестове са предназначени да симулират условията в сондажа възможно най-реалистично, за да се оцени работата на режещите зъби при такива условия. Двете основни форми на разрушително изпитване са тестове за износоустойчивост и тестове за удароустойчивост.

(1) Изпитване за износоустойчивост

За извършване на тестове за износоустойчивост на PDC се използват три вида оборудване:

А. Вертикален струг (VTL)

По време на теста, първо фиксирайте PDC бургията към VTL струга и поставете скална проба (обикновено гранит) до PDC бургията. След това завъртете скалната проба около оста на струга с определена скорост. PDC бургията реже в скалната проба с определена дълбочина. Когато се използва гранит за тестване, тази дълбочина на рязане обикновено е по-малка от 1 мм. Този тест може да бъде сух или мокър. При „сухото VTL тестване“, когато PDC бургията реже през скалата, не се прилага охлаждане; цялата генерирана топлина от триене навлиза в PDC, ускорявайки процеса на графитизация на диаманта. Този метод на тестване дава отлични резултати при оценка на PDC бургии при условия, изискващи високо налягане на пробиване или висока скорост на въртене.

„Мокрият VTL тест“ установява живота на PDC при умерени условия на нагряване чрез охлаждане на зъбите на PDC с вода или въздух по време на теста. Следователно, основният източник на износване при този тест е смилането на скалната проба, а не факторът на нагряване.

Б, хоризонтален струг

Този тест се провежда и с гранит, а принципът му е почти същият като при VTL. Времето за тестване е само няколко минути, а термичният шок между гранита и PDC зъбите е много ограничен.

Параметрите за изпитване на гранит, използвани от доставчиците на PDC зъбни колела, ще варират. Например, параметрите за изпитване, използвани от Synthetic Corporation и DI Company в Съединените щати, не са абсолютно еднакви, но те използват един и същ гранитен материал за своите тестове - едра до среднокачествена поликристална магмена скала с много малка порьозност и якост на натиск от 190 MPa.

C. Инструмент за измерване на коефициента на износване

При определените условия, диамантеният слой на PDC се използва за обработка на шлифовъчно колело от силициев карбид, а съотношението между степента на износване на шлифовъчното колело и степента на износване на PDC се приема като индекс на износване на PDC, който се нарича коефициент на износване.

(2) Изпитване за устойчивост на удар

Методът за изпитване на удар включва инсталиране на PDC зъби под ъгъл от 15-25 градуса и след това пускане на предмет от определена височина, за да удари вертикално диамантения слой върху PDC зъбите. Теглото и височината на падащия предмет показват нивото на енергия на удара, изпитвано от тествания зъб, което може постепенно да се увеличи до 100 джаула. Всеки зъб може да бъде ударен 3-7 пъти, докато стане невъзможно да бъде тестван допълнително. Обикновено се тестват поне 10 проби от всеки тип зъб при всяко енергийно ниво. Тъй като има диапазон в съпротивлението на зъбите на удар, резултатите от изпитванията при всяко енергийно ниво са средната площ на отчупване на диаманта след удар за всеки зъб.

2. Неразрушителен контрол

Най-широко използваната техника за безразрушителен контрол (освен визуален и микроскопски контрол) е ултразвуковото сканиране (Cscan).

Технологията за C-сканиране може да открие малки дефекти и да определи местоположението и размера им. Когато правите този тест, първо поставете PDC зъба в резервоар с вода и след това сканирайте с ултразвукова сонда;

Тази статия е препечатана от „Международна мрежа за металообработване„