Θερμική φθορά και αφαίρεση κοβαλτίου από PDC

I. Θερμική φθορά και αφαίρεση κοβαλτίου από PDC

Στη διαδικασία υψηλής συμπύκνωσης του PDC, το κοβάλτιο ενεργεί ως καταλύτης για να προωθήσει τον άμεσο συνδυασμό διαμαντιού και διαμαντιού και να κάνει το στρώμα διαμαντιού και τη μήτρα καρβιδίου βολφραμίου να γίνουν ένα σύνολο, με αποτέλεσμα τα δόντια κοπής PDC κατάλληλα για γεωλογικές γεωτρήσεις πετρελαιοπηγών με υψηλή ανθεκτικότητα και εξαιρετική αντοχή στη φθορά,

Η αντοχή των διαμαντιών στη θερμότητα είναι αρκετά περιορισμένη. Υπό ατμοσφαιρική πίεση, η επιφάνεια του διαμαντιού μπορεί να μεταμορφωθεί σε θερμοκρασίες περίπου 900℃ ή υψηλότερες. Κατά τη χρήση, τα παραδοσιακά PDC τείνουν να υποβαθμίζονται περίπου στους 750℃. Κατά τη διάτρηση σκληρών και λειαντικών στρωμάτων πετρωμάτων, τα PDC μπορούν εύκολα να φτάσουν σε αυτήν τη θερμοκρασία λόγω της θερμότητας τριβής, και η στιγμιαία θερμοκρασία (δηλαδή, η τοπική θερμοκρασία σε μικροσκοπικό επίπεδο) μπορεί να είναι ακόμη υψηλότερη, ξεπερνώντας κατά πολύ το σημείο τήξης του κοβαλτίου (1495°C).

Σε σύγκριση με το καθαρό διαμάντι, λόγω της παρουσίας κοβαλτίου, το διαμάντι μετατρέπεται σε γραφίτη σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Ως αποτέλεσμα, η φθορά του διαμαντιού προκαλείται από τη γραφιτοποίηση που προκύπτει από την τοπική θερμότητα τριβής. Επιπλέον, ο συντελεστής θερμικής διαστολής του κοβαλτίου είναι πολύ υψηλότερος από αυτόν του διαμαντιού, επομένως κατά τη θέρμανση, η σύνδεση μεταξύ των κόκκων του διαμαντιού μπορεί να διαταραχθεί από τη διαστολή του κοβαλτίου.

Το 1983, δύο ερευνητές πραγματοποίησαν επεξεργασία αφαίρεσης διαμαντιών στην επιφάνεια τυπικών στρωμάτων διαμαντιών PDC, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση των δοντιών PDC. Ωστόσο, αυτή η εφεύρεση δεν έλαβε την προσοχή που της άξιζε. Μόλις μετά το 2000, με μια βαθύτερη κατανόηση των στρωμάτων διαμαντιών PDC, οι προμηθευτές τρυπανιών άρχισαν να εφαρμόζουν αυτήν την τεχνολογία σε δόντια PDC που χρησιμοποιούνται στη διάτρηση βράχων. Τα δόντια που έχουν υποστεί επεξεργασία με αυτήν τη μέθοδο είναι κατάλληλα για σχηματισμούς υψηλής λείανσης με σημαντική θερμική μηχανική φθορά και αναφέρονται συνήθως ως δόντια «αποκοβαλτωμένα».

Το λεγόμενο «αποκοβάλτιο» παρασκευάζεται με τον παραδοσιακό τρόπο για την παραγωγή PDC και στη συνέχεια η επιφάνεια του στρώματος διαμαντιού του βυθίζεται σε ισχυρό οξύ για να αφαιρεθεί η φάση κοβαλτίου μέσω της διαδικασίας όξινης χάραξης. Το βάθος απομάκρυνσης κοβαλτίου μπορεί να φτάσει περίπου τα 200 μικρά.

Διεξήχθη δοκιμή φθοράς βαρέως τύπου σε δύο πανομοιότυπα δόντια PDC (το ένα εκ των οποίων είχε υποβληθεί σε επεξεργασία αφαίρεσης κοβαλτίου στην επιφάνεια του στρώματος διαμαντιού). Μετά την κοπή 5000 m γρανίτη, διαπιστώθηκε ότι ο ρυθμός φθοράς του PDC χωρίς αφαίρεση κοβαλτίου άρχισε να αυξάνεται απότομα. Αντίθετα, το PDC με αφαίρεση κοβαλτίου διατήρησε μια σχετικά σταθερή ταχύτητα κοπής ενώ έκοβε περίπου 15000 m βράχου.

2. Μέθοδος ανίχνευσης PDC

Υπάρχουν δύο είδη μεθόδων για την ανίχνευση δοντιών PDC, συγκεκριμένα οι καταστροφικές δοκιμές και οι μη καταστροφικές δοκιμές.

1. Καταστροφικές δοκιμές

Αυτές οι δοκιμές έχουν ως στόχο να προσομοιώσουν τις συνθήκες στο κάτω μέρος του φρέατος όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικά, ώστε να αξιολογήσουν την απόδοση των δοντιών κοπής υπό τέτοιες συνθήκες. Οι δύο κύριες μορφές καταστροφικών δοκιμών είναι οι δοκιμές αντοχής στη φθορά και οι δοκιμές αντοχής σε κρούση.

(1) Δοκιμή αντοχής στη φθορά

Τρεις τύποι εξοπλισμού χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση δοκιμών αντοχής στη φθορά PDC:

Α. Κάθετος τόρνος (VTL)

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, πρώτα στερεώστε το τρυπάνι PDC στον τόρνο VTL και τοποθετήστε ένα δείγμα βράχου (συνήθως γρανίτη) δίπλα στο τρυπάνι PDC. Στη συνέχεια, περιστρέψτε το δείγμα βράχου γύρω από τον άξονα του τόρνου με μια συγκεκριμένη ταχύτητα. Το τρυπάνι PDC κόβει το δείγμα βράχου με ένα συγκεκριμένο βάθος. Όταν χρησιμοποιείται γρανίτης για δοκιμή, αυτό το βάθος κοπής είναι γενικά μικρότερο από 1 mm. Αυτή η δοκιμή μπορεί να είναι είτε ξηρή είτε υγρή. Στη «δοκιμή ξηρού VTL», όταν το τρυπάνι PDC κόβει το βράχο, δεν εφαρμόζεται ψύξη. Όλη η θερμότητα τριβής που παράγεται εισέρχεται στο PDC, επιταχύνοντας τη διαδικασία γραφιτοποίησης του διαμαντιού. Αυτή η μέθοδος δοκιμής αποδίδει εξαιρετικά αποτελέσματα κατά την αξιολόγηση τρυπών PDC υπό συνθήκες που απαιτούν υψηλή πίεση διάτρησης ή υψηλή ταχύτητα περιστροφής.

Η «δοκιμή υγρού VTL» ανιχνεύει τη διάρκεια ζωής του PDC υπό μέτριες συνθήκες θέρμανσης ψύχοντας τα δόντια του PDC με νερό ή αέρα κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Επομένως, η κύρια πηγή φθοράς αυτής της δοκιμής είναι η άλεση του δείγματος βράχου και όχι ο συντελεστής θέρμανσης.

Β, οριζόντιος τόρνος

Αυτή η δοκιμή πραγματοποιείται επίσης με γρανίτη και η αρχή της δοκιμής είναι βασικά η ίδια με την VTL. Ο χρόνος δοκιμής είναι μόνο λίγα λεπτά και το θερμικό σοκ μεταξύ του γρανίτη και των δοντιών PDC είναι πολύ περιορισμένο.

Οι παράμετροι δοκιμής γρανίτη που χρησιμοποιούνται από τους προμηθευτές εξοπλισμού PDC ποικίλλουν. Για παράδειγμα, οι παράμετροι δοκιμής που χρησιμοποιούνται από την Synthetic Corporation και την DI Company στις Ηνωμένες Πολιτείες δεν είναι ακριβώς οι ίδιες, αλλά χρησιμοποιούν το ίδιο υλικό γρανίτη για τις δοκιμές τους, ένα χονδροειδές έως μεσαίας ποιότητας πολυκρυσταλλικό πυριγενές πέτρωμα με πολύ μικρό πορώδες και αντοχή σε θλίψη 190MPa.

Γ. Όργανο μέτρησης λόγου τριβής

Υπό τις καθορισμένες συνθήκες, το στρώμα διαμαντιού του PDC χρησιμοποιείται για την κοπή του τροχού λείανσης καρβιδίου του πυριτίου και η αναλογία του ρυθμού φθοράς του τροχού λείανσης και του ρυθμού φθοράς του PDC λαμβάνεται ως δείκτης φθοράς του PDC, ο οποίος ονομάζεται λόγος φθοράς.

(2) Δοκιμή αντοχής σε κρούση

Η μέθοδος για τη δοκιμή κρούσης περιλαμβάνει την εγκατάσταση δοντιών PDC υπό γωνία 15-25 μοιρών και στη συνέχεια την πτώση ενός αντικειμένου από ένα ορισμένο ύψος για να χτυπήσει κάθετα το στρώμα διαμαντιού στα δόντια PDC. Το βάρος και το ύψος του αντικειμένου που πέφτει υποδεικνύουν το επίπεδο ενέργειας κρούσης που βιώνει το δόντι δοκιμής, το οποίο μπορεί σταδιακά να αυξηθεί έως και 100 joules. Κάθε δόντι μπορεί να κρούεται 3-7 φορές μέχρι να μην μπορεί να δοκιμαστεί περαιτέρω. Γενικά, τουλάχιστον 10 δείγματα από κάθε τύπο δοντιού δοκιμάζονται σε κάθε επίπεδο ενέργειας. Δεδομένου ότι υπάρχει ένα εύρος στην αντίσταση των δοντιών στην κρούση, τα αποτελέσματα των δοκιμών σε κάθε επίπεδο ενέργειας είναι η μέση περιοχή θρυμματισμού του διαμαντιού μετά την κρούση για κάθε δόντι.

2. Μη καταστροφικές δοκιμές

Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική μη καταστροφικών δοκιμών (εκτός από την οπτική και μικροσκοπική επιθεώρηση) είναι η υπερηχητική σάρωση (Cscan).

Η τεχνολογία σάρωσης C μπορεί να ανιχνεύσει μικρά ελαττώματα και να προσδιορίσει τη θέση και το μέγεθος των ελαττωμάτων. Όταν κάνετε αυτήν τη δοκιμή, τοποθετήστε πρώτα το δόντι PDC σε μια δεξαμενή νερού και, στη συνέχεια, σαρώστε με έναν υπερηχητικό καθετήρα.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το «Διεθνές Δίκτυο Μεταλλουργίας«