Haus haba dan penyingkiran kobalt PDC

I. Haus haba dan penyingkiran kobalt PDC

Dalam proses sintering tekanan tinggi PDC, kobalt bertindak sebagai pemangkin untuk menggalakkan gabungan langsung berlian dan berlian, dan menjadikan lapisan berlian dan matriks tungsten karbida menjadi satu keseluruhan, menghasilkan gigi pemotong PDC yang sesuai untuk penggerudian geologi medan minyak dengan kekuatan tinggi dan rintangan haus yang sangat baik.

Rintangan haba berlian agak terhad. Di bawah tekanan atmosfera, permukaan berlian boleh berubah bentuk pada suhu sekitar 900℃ atau lebih tinggi. Semasa penggunaan, PDC tradisional cenderung terdegradasi pada kira-kira 750℃. Apabila menggerudi melalui lapisan batuan keras dan kasar, PDC boleh mencapai suhu ini dengan mudah disebabkan oleh haba geseran, dan suhu serta-merta (iaitu, suhu setempat pada tahap mikroskopik) boleh menjadi lebih tinggi, jauh melebihi takat lebur kobalt (1495°C).

Berbanding berlian tulen, disebabkan oleh kehadiran kobalt, berlian bertukar menjadi grafit pada suhu yang lebih rendah. Akibatnya, haus pada berlian disebabkan oleh penggrafitan yang terhasil daripada haba geseran setempat. Selain itu, pekali pengembangan haba kobalt jauh lebih tinggi daripada berlian, jadi semasa pemanasan, ikatan antara butiran berlian boleh terganggu oleh pengembangan kobalt.

Pada tahun 1983, dua orang penyelidik telah menjalankan rawatan penyingkiran berlian pada permukaan lapisan berlian PDC standard, sekali gus meningkatkan prestasi gigi PDC dengan ketara. Walau bagaimanapun, ciptaan ini tidak mendapat perhatian yang sewajarnya. Selepas tahun 2000, dengan pemahaman yang lebih mendalam tentang lapisan berlian PDC, pembekal gerudi mula menggunakan teknologi ini pada gigi PDC yang digunakan dalam penggerudian batu. Gigi yang dirawat dengan kaedah ini sesuai untuk formasi yang sangat kasar dengan haus mekanikal terma yang ketara dan biasanya dirujuk sebagai gigi "de-kobalt".

Apa yang dipanggil "de-kobalt" dibuat dengan cara tradisional untuk membuat PDC, dan kemudian permukaan lapisan berliannya direndam dalam asid kuat untuk membuang fasa kobalt melalui proses pengetsaan asid. Kedalaman penyingkiran kobalt boleh mencapai kira-kira 200 mikron.

Ujian haus tugas berat telah dijalankan pada dua gigi PDC yang sama (salah satunya telah menjalani rawatan penyingkiran kobalt pada permukaan lapisan berlian). Selepas memotong 5000m granit, didapati bahawa kadar haus PDC yang tidak ditanggalkan kobalt mula meningkat dengan mendadak. Sebaliknya, PDC yang ditanggalkan kobalt mengekalkan kelajuan pemotongan yang agak stabil sambil memotong kira-kira 15000m batu.

2. Kaedah pengesanan PDC

Terdapat dua jenis kaedah untuk mengesan gigi PDC, iaitu ujian destruktif dan ujian tanpa destruktif.

1. Ujian pemusnah

Ujian ini bertujuan untuk mensimulasikan keadaan dasar lubang serealistik mungkin bagi menilai prestasi gigi pemotong dalam keadaan sedemikian. Dua bentuk utama ujian pemusnah ialah ujian rintangan haus dan ujian rintangan hentaman.

(1) Ujian rintangan haus

Tiga jenis peralatan digunakan untuk menjalankan ujian rintangan haus PDC:

A. Pelarik menegak (VTL)

Semasa ujian, pasangkan dahulu bit PDC pada pelarik VTL dan letakkan sampel batu (biasanya granit) di sebelah bit PDC. Kemudian putar sampel batu di sekeliling paksi pelarik pada kelajuan tertentu. Bit PDC memotong ke dalam sampel batu dengan kedalaman tertentu. Apabila menggunakan granit untuk ujian, kedalaman pemotongan ini biasanya kurang daripada 1 mm. Ujian ini boleh sama ada kering atau basah. Dalam "ujian VTL kering", apabila bit PDC memotong batu, tiada penyejukan dikenakan; semua haba geseran yang dihasilkan memasuki PDC, mempercepatkan proses grafitisasi berlian. Kaedah ujian ini menghasilkan keputusan yang sangat baik apabila menilai bit PDC di bawah keadaan yang memerlukan tekanan penggerudian yang tinggi atau kelajuan putaran yang tinggi.

"Ujian VTL basah" mengesan jangka hayat PDC di bawah keadaan pemanasan sederhana dengan menyejukkan gigi PDC dengan air atau udara semasa ujian. Oleh itu, sumber haus utama ujian ini ialah pengisaran sampel batu dan bukannya faktor pemanasan.

B, pelarik mendatar

Ujian ini juga dijalankan dengan granit, dan prinsip ujian pada asasnya sama seperti VTL. Masa ujian hanya beberapa minit, dan kejutan haba antara gigi granit dan PDC sangat terhad.

Parameter ujian granit yang digunakan oleh pembekal gear PDC akan berbeza-beza. Contohnya, parameter ujian yang digunakan oleh Synthetic Corporation dan DI Company di Amerika Syarikat tidak sama persis, tetapi mereka menggunakan bahan granit yang sama untuk ujian mereka, iaitu batuan igneus polikristalin gred kasar hingga sederhana dengan keliangan yang sangat sedikit dan kekuatan mampatan 190MPa.

C. Alat pengukur nisbah lelasan

Di bawah keadaan yang ditentukan, lapisan berlian PDC digunakan untuk memangkas roda pengisaran silikon karbida, dan nisbah kadar haus roda pengisaran dan kadar haus PDC diambil sebagai indeks haus PDC, yang dipanggil nisbah haus.

(2) Ujian rintangan hentaman

Kaedah untuk ujian hentaman melibatkan pemasangan gigi PDC pada sudut 15-25 darjah dan kemudian menjatuhkan objek dari ketinggian tertentu untuk menghentam lapisan berlian pada gigi PDC secara menegak. Berat dan ketinggian objek yang jatuh menunjukkan tahap tenaga hentaman yang dialami oleh gigi ujian, yang boleh meningkat secara beransur-ansur sehingga 100 joule. Setiap gigi boleh terkena hentaman 3-7 kali sehingga ia tidak dapat diuji selanjutnya. Secara amnya, sekurang-kurangnya 10 sampel setiap jenis gigi diuji pada setiap tahap tenaga. Memandangkan terdapat julat rintangan gigi terhadap hentaman, keputusan ujian pada setiap tahap tenaga adalah purata luas kemerosotan berlian selepas hentaman untuk setiap gigi.

2. Ujian tanpa pemusnah

Teknik ujian tanpa musnah yang paling banyak digunakan (selain pemeriksaan visual dan mikroskopik) ialah pengimbasan ultrasonik (Cscan).

Teknologi pengimbasan C boleh mengesan kecacatan kecil dan menentukan lokasi dan saiz kecacatan. Semasa melakukan ujian ini, letakkan gigi PDC terlebih dahulu di dalam tangki air, dan kemudian imbas dengan prob ultrasonik;

Artikel ini dicetak semula daripada "Rangkaian Kerja Logam Antarabangsa"