PDC termiskā nodilšana un kobalta noņemšana

I. PDC termiskā nodilšana un kobalta noņemšana

PDC augstspiediena sintēzes procesā kobalts darbojas kā katalizators, kas veicina tiešu dimanta un dimanta apvienošanos, un dimanta slānis un volframa karbīda matrica kļūst par vienotu veselumu, kā rezultātā PDC griešanas zobi ir piemēroti naftas atradņu ģeoloģiskajai urbšanai ar augstu izturību un lielisku nodilumizturību.

Dimantu karstumizturība ir diezgan ierobežota. Atmosfēras spiediena ietekmē dimanta virsma var pārveidoties aptuveni 900 ℃ vai augstākā temperatūrā. Lietošanas laikā tradicionālie PDC mēdz degradēties aptuveni 750 ℃ temperatūrā. Urbjot cauri cietiem un abrazīviem iežu slāņiem, PDC var viegli sasniegt šo temperatūru berzes siltuma dēļ, un momentānā temperatūra (t. i., lokalizētā temperatūra mikroskopiskā līmenī) var būt vēl augstāka, ievērojami pārsniedzot kobalta kušanas temperatūru (1495 °C).

Salīdzinot ar tīru dimantu, kobalta klātbūtnes dēļ dimants zemākā temperatūrā pārvēršas grafītā. Tā rezultātā dimanta nodilumu izraisa grafitizācija, kas rodas lokalizēta berzes siltuma ietekmē. Turklāt kobalta termiskās izplešanās koeficients ir daudz lielāks nekā dimantam, tāpēc karsēšanas laikā kobalta izplešanās var izjaukt saiti starp dimanta graudiem.

1983. gadā divi pētnieki veica dimanta noņemšanas apstrādi uz standarta PDC dimanta slāņu virsmas, ievērojami uzlabojot PDC zobu veiktspēju. Tomēr šis izgudrojums neguva pelnīto uzmanību. Tikai pēc 2000. gada, dziļāk izprotot PDC dimanta slāņus, urbšanas iekārtu piegādātāji sāka pielietot šo tehnoloģiju PDC zobiem, ko izmanto klinšu urbšanā. Ar šo metodi apstrādātie zobi ir piemēroti ļoti abrazīviem veidojumiem ar ievērojamu termisko mehānisko nodilumu, un tos parasti sauc par "dekobaltētiem" zobiem.

Tā saukto "dekobaltu" iegūst tradicionālā veidā, kā ražo PDC, un pēc tam dimanta slāņa virsmu iegremdē stiprā skābē, lai ar skābes kodināšanas procesu noņemtu kobalta fāzi. Kobalta noņemšanas dziļums var sasniegt aptuveni 200 mikronus.

Diviem identiskiem PDC zobiem (vienam no tiem dimanta slāņa virsma bija apstrādāta ar kobalta atdalīšanas metodi) tika veikts lielas slodzes nodiluma tests. Pēc 5000 m granīta griešanas tika konstatēts, ka bez kobalta attīrītā PDC nodiluma ātrums sāka strauji palielināties. Turpretī bez kobalta attīrītais PDC saglabāja relatīvi stabilu griešanas ātrumu, griežot aptuveni 15 000 m iežu.

2. PDC noteikšanas metode

PDC zobu noteikšanai ir divu veidu metodes: destruktīvā testēšana un nesagraujošā testēšana.

1. Destruktīvā testēšana

Šo testu mērķis ir pēc iespējas reālistiskāk simulēt vertikālos apstākļus, lai novērtētu griešanas zobu veiktspēju šādos apstākļos. Divas galvenās destruktīvās testēšanas formas ir nodilumizturības testi un triecienizturības testi.

(1) Nodilumizturības tests

PDC nodilumizturības testu veikšanai tiek izmantots trīs veidu aprīkojums:

A. Vertikālā virpa (VTL)

Testa laikā vispirms piestipriniet PDC urbi pie VTL virpas un novietojiet iežu paraugu (parasti granītu) blakus PDC urbim. Pēc tam ar noteiktu ātrumu pagrieziet iežu paraugu ap virpas asi. PDC urbis iegriežas iežu paraugā ar noteiktu dziļumu. Izmantojot granītu testēšanai, šis griešanas dziļums parasti ir mazāks par 1 mm. Šo testu var veikt gan sausā, gan mitrā veidā. "Sausajā VTL testā", kad PDC urbis griež cauri iezi, dzesēšana netiek pielietota; viss radītais berzes siltums nonāk PDC, paātrinot dimanta grafitizācijas procesu. Šī testēšanas metode sniedz izcilus rezultātus, novērtējot PDC urbjus apstākļos, kad nepieciešams augsts urbšanas spiediens vai liels rotācijas ātrums.

“Mitrā VTL testa” laikā PDC kalpošanas laiku mērenos karsēšanas apstākļos nosaka, testa laikā atdzesējot PDC zobus ar ūdeni vai gaisu. Tāpēc galvenais nodiluma avots šajā testā ir iežu parauga slīpēšana, nevis karsēšanas faktors.

B, horizontālā virpa

Šo testu veic arī ar granītu, un testa princips būtībā ir tāds pats kā VTL. Testa laiks ir tikai dažas minūtes, un termiskais trieciens starp granītu un PDC zobiem ir ļoti ierobežots.

PDC zobratu piegādātāju izmantotie granīta testa parametri atšķiras. Piemēram, Synthetic Corporation un DI Company Amerikas Savienotajās Valstīs izmantotie testa parametri nav pilnīgi vienādi, taču testiem viņi izmanto vienu un to pašu granīta materiālu — rupju līdz vidējas šķiras polikristālisku magmatisku iežu ar ļoti mazu porainību un spiedes stiprību 190 MPa.

C. Nodiluma pakāpes mērīšanas instruments

Noteiktajos apstākļos PDC dimanta slānis tiek izmantots silīcija karbīda slīpripas apstrādei, un slīpripas nodiluma ātruma un PDC nodiluma ātruma attiecība tiek ņemta par PDC nodiluma indeksu, ko sauc par nodiluma koeficientu.

(2) Triecienizturības tests

Triecientestēšanas metode ietver PDC zobu uzstādīšanu 15–25 grādu leņķī un pēc tam objekta krišanu no noteikta augstuma, lai tas vertikāli trāpītu dimanta slānim uz PDC zobiem. Krītošā objekta svars un augstums norāda trieciena enerģijas līmeni, ko piedzīvo testa zobs, kas var pakāpeniski palielināties līdz 100 džouliem. Katru zobu var trieciena veidā iedarbināt 3–7 reizes, līdz to vairs nevar tālāk testēt. Parasti katrā enerģijas līmenī tiek pārbaudīti vismaz 10 katra veida zobu paraugi. Tā kā zobu triecienizturība ir atšķirīga, testa rezultāti katrā enerģijas līmenī ir vidējā dimanta šķembu platība pēc trieciena katram zobam.

2. Nesagraujošā testēšana

Visplašāk izmantotā nesagraujošās testēšanas metode (izņemot vizuālo un mikroskopisko pārbaudi) ir ultraskaņas skenēšana (Cscan).

C skenēšanas tehnoloģija var atklāt nelielus defektus un noteikt defektu atrašanās vietu un izmēru. Veicot šo testu, vispirms ievietojiet PDC zobu ūdens tvertnē un pēc tam skenējiet ar ultraskaņas zondi;

Šis raksts ir pārpublicēts no "Starptautiskais metālapstrādes tīkls“