PDC钻头-石油钻井的表面等离子熔覆增材处理
1.产品描述
PDC钻头的定义
石油开采的核心环节之一是钻井技术，该技术依赖于钻具破碎岩石，进而向地下深入钻探，以获取石油资源。在这一过程中，钻头扮演着至关重要的角色，其关键部件由金刚石复合片(PDC)构成。
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)钻头，简称PDC钻头。它是用聚晶金刚石(薄圆片状)做成小型切削块镶装或烧结到钻头体上而形成的,使用于软到中硬地层
PDC钻头-石油钻井的应用场景
随着PDC 钻头的推广应用，以及PDC切削齿技术的改进，固定切削齿PDC 钻头在多种地层中逐渐取代牙轮钻头
但在硬质、研磨性地层以及复杂定向钻井作业中，由于性能的限制PDC 钻头无法取代牙轮钻头
2.问题分析
PDC钻头-石油钻井的失效形式和原因
- 平滑磨损:的特征在于磨损面相对平整。在切削过程中，金刚石层和WC基底都会受到磨损，逐渐形成磨损平面。由于WC的硬度低于金刚石，因此WC基底会首先遭受磨损。这导致紧邻WC基底的金刚石失去有效支撑，形成所谓的“唇边”
- 微断屑:微断屑表现为金刚石片在切削方向上形成微小的片状断裂。裂纹通常起源于金刚石的圆平面上，并沿纵深方向发展，形成微片状断裂
- 宏观破裂:指大尺寸金刚石层发生破裂，其裂纹通常起源于金刚石片的圆柱面上。这是PDC切削齿破坏最为严重的一种失效形式，通常意味着钻头报废。当钻头在钻过程中遇到硬质岩石或岩性变化较大的岩层时，钻头会受到较大的冲击负荷
- 剥离:指金刚石层与碳化物层基底之间的粘结破坏，导致刃口丧失切削能力。在切削过程中，切削齿因摩擦热而升温，当钻头因振动等原因短时脱离与岩层的接触时，又会被冷却泥浆急冷
- 热龟裂:表现为PDC材料表面形成一定深度的网状龟裂纹。这是由冷热应力的交变作用引起的
3.解决方案
提供等离子熔覆涂层的设备+材料+工艺的一体化解决方案
- 等离子熔覆微球材料一全球领先的电弧微爆制备制粉生产方法
- 核心材料-100%独立生产的各种金属微球粉末材料
- 核心工艺–100%免费提供客户
- 核心控制系统，根据复杂部件表面等离子熔覆的高端需求，提供精准熔覆路径控制的等离子设备，可实现多轴联动熔覆表面能力，保证熔覆喷嘴的法线与零部件表面的法向线重合
- 高效生产，提供自动化、数字化和智能化的等离子熔覆生产线，形成连续生产线，提高生产效率
4.产品/技术优势
关键材料—超耐磨表面硬质合金涂层材料
- 粉末类型多:金属陶瓷类、镍基自熔合金类、铁基自熔合金类…
- 高球形度(>95%)VS气雾化法(60%)
- 耐磨耐冲击测试:使用寿命比进口提升3-6倍，价格仅是进口50%
5.典型验证
典型案例
- 中国石化下某企业测试验证中，最终测试
- 航科新材碳化钨预合金粉末具有优异的耐磨耐冲击性能，等离子熔覆/激光熔覆HKYGN20-2/3/4粉末替代原来熔覆球形铸造碳化钨方案
- 抗冲击性能远超原方案，且涂层强度够高，熔覆后再淬火，涂层结合力仍然足够高，抗剥落能力强
- 对比国外大品牌，目标寿命提升50%
- 客户已经认可航科新材的硬质合金粉末的涂层方案