PDC terminis dilimas ir kobalto pašalinimas

I. PDC terminis dilimas ir kobalto pašalinimas

PDC aukšto slėgio sukepinimo procese kobaltas veikia kaip katalizatorius, skatinantis tiesioginį deimantų ir briliantų sujungimą, o deimantų sluoksnis ir volframo karbido matrica tampa visuma, todėl PDC pjovimo dantys tinkami naftos telkinių geologiniam gręžimui, pasižymintys dideliu tvirtumu ir puikiu atsparumu dilimui.

Deimantų atsparumas karščiui yra gana ribotas. Esant atmosferos slėgiui, deimanto paviršius gali keistis maždaug 900 ℃ ar aukštesnėje temperatūroje. Naudojimo metu tradiciniai PDC linkę suirti maždaug 750 ℃ temperatūroje. Gręžiant per kietus ir abrazyvinius uolienų sluoksnius, PDC gali lengvai pasiekti šią temperatūrą dėl trinties šilumos, o momentinė temperatūra (t. y. lokalizuota temperatūra mikroskopiniu lygmeniu) gali būti dar aukštesnė, gerokai viršijanti kobalto lydymosi temperatūrą (1495 °C).

Palyginti su grynu deimantu, dėl kobalto buvimo, deimantas žemesnėje temperatūroje virsta grafitu. Dėl to deimanto dilimą sukelia grafitizacija, atsirandanti dėl lokalizuotos trinties šilumos. Be to, kobalto šiluminio plėtimosi koeficientas yra daug didesnis nei deimanto, todėl kaitinant jungtį tarp deimanto grūdelių gali sutrikdyti kobalto plėtimasis.

1983 m. du tyrėjai atliko deimantų šalinimo apdorojimą standartinių PDC deimantinių sluoksnių paviršiuje, žymiai pagerindami PDC dantų našumą. Tačiau šis išradimas nesulaukė pelnyto dėmesio. Tik po 2000 m., geriau supratę PDC deimantinius sluoksnius, grąžtų tiekėjai pradėjo taikyti šią technologiją PDC dantims, naudojamiems uolienų gręžime. Šiuo metodu apdoroti dantys tinka labai abrazyvinėms formacijoms, kurioms būdingas didelis terminis mechaninis dilimas, ir paprastai vadinami „dekobaltuotais“ dantimis.

Vadinamasis „dekobaltas“ gaminamas tradiciniu PDC gamybos būdu, o tada jo deimantinio sluoksnio paviršius panardinamas į stiprią rūgštį, kad būtų pašalinta kobalto fazė rūgštinio ėsdinimo būdu. Kobalto pašalinimo gylis gali siekti apie 200 mikronų.

Su dviem identiškais PDC dantimis (vienas iš jų buvo apdorotas kobalto pašalinimo procesu nuo deimantinio sluoksnio paviršiaus) buvo atliktas didelio našumo dilimo bandymas. Nustatyta, kad PDC, iš kurio nebuvo pašalintas kobaltas, dilimo greitis ėmė staigiai didėti. Tuo tarpu PDC, iš kurio buvo pašalintas kobaltas, išlaikė santykinai stabilų pjovimo greitį pjaunant maždaug 15 000 m uolienos.

2. PDC aptikimo metodas

Yra du PDC dantų aptikimo metodai: destruktyvusis ir neardomasis bandymas.

1. Ardomasis bandymas

Šiais bandymais siekiama kuo realistiškiau imituoti gręžinio sąlygas, kad būtų galima įvertinti pjovimo dantų veikimą tokiomis sąlygomis. Dvi pagrindinės ardomųjų bandymų formos yra atsparumo dilimui bandymai ir atsparumo smūgiams bandymai.

(1) Atsparumo dilimui bandymas

PDC atsparumo dilimui bandymams atlikti naudojama trijų tipų įranga:

A. Vertikalios tekinimo staklės (VTL)

Bandymo metu pirmiausia pritvirtinkite PDC grąžtą prie VTL tekinimo staklės ir šalia jo padėkite uolienos mėginį (dažniausiai granitą). Tada tam tikru greičiu sukite uolienos mėginį aplink tekinimo staklės ašį. PDC grąžtas įpjauna uolienos mėginį tam tikru gyliu. Bandymams naudojant granitą, šis pjovimo gylis paprastai yra mažesnis nei 1 mm. Šis bandymas gali būti sausas arba šlapias. Atliekant „sausą VTL bandymą“, kai PDC grąžtas pjauna uolieną, aušinimas netaikomas; visa susidariusi trinties šiluma patenka į PDC, pagreitindama deimanto grafitizacijos procesą. Šis bandymo metodas duoda puikius rezultatus vertinant PDC grąžtus sąlygomis, kurioms reikalingas didelis gręžimo slėgis arba didelis sukimosi greitis.

„Šlapiojo VTL bandymo“ metu PDC tarnavimo laikas nustatomas esant vidutinio kaitinimo sąlygoms, bandymo metu aušinant PDC dantis vandeniu arba oru. Todėl pagrindinis šio bandymo dilimo šaltinis yra uolienų bandinio šlifavimas, o ne kaitinimo faktorius.

B, horizontalios tekinimo staklės

Šis bandymas taip pat atliekamas su granitu, o bandymo principas iš esmės yra toks pat kaip ir VTL. Bandymo laikas yra tik kelios minutės, o terminis šokas tarp granito ir PDC dantų yra labai ribotas.

PDC krumpliaračių tiekėjų naudojami granito bandymo parametrai gali skirtis. Pavyzdžiui, Jungtinėse Valstijose esančių „Synthetic Corporation“ ir „DI Company“ naudojami bandymo parametrai nėra visiškai vienodi, tačiau bandymams jos naudoja tą pačią granito medžiagą – šiurkščią arba vidutinės frakcijos polikristalinę magminę uolieną, pasižyminčią labai mažu poringumu ir 190 MPa gniuždymo stipriu.

C. Dilimo santykio matavimo prietaisas

Esant nurodytoms sąlygoms, silicio karbido šlifavimo ratui apipjaustyti naudojamas PDC deimantinis sluoksnis, o šlifavimo rato ir PDC dilimo greičio santykis laikomas PDC dilimo indeksu, kuris vadinamas dilimo santykiu.

(2) Atsparumo smūgiams bandymas

Smūginio bandymo metodas apima PDC dantų montavimą 15–25 laipsnių kampu, o tada objekto kritimą iš tam tikro aukščio, kad jis vertikaliai atsitrenktų į PDC dantų deimantinį sluoksnį. Krintančio objekto svoris ir aukštis rodo smūgio energijos lygį, kurį patiria bandomasis dantis, kuris gali palaipsniui didėti iki 100 džaulių. Kiekvienas dantis gali būti smūgiuojamas 3–7 kartus, kol jo nebebus galima toliau bandyti. Paprastai kiekviename energijos lygyje išbandoma bent 10 kiekvieno tipo dantų pavyzdžių. Kadangi dantų atsparumas smūgiui skiriasi, bandymo rezultatai kiekviename energijos lygyje yra vidutinis deimanto atšokimo plotas po smūgio kiekvienam dančiui.

2. Neardomieji bandymai

Plačiausiai naudojamas neardomųjų bandymų metodas (be vizualinės ir mikroskopinės apžiūros) yra ultragarsinis skenavimas (Cscan).

C skenavimo technologija gali aptikti smulkius defektus ir nustatyti jų vietą bei dydį. Atliekant šį bandymą, pirmiausia įdėkite PDC dantį į vandens rezervuarą, o tada nuskaitykite ultragarsiniu zondu;

Šis straipsnis perspausdintas iš „Tarptautinis metalo apdirbimo tinklas„