PDC'nin termal aşınması ve kobalt uzaklaştırılması

I. PDC'nin termal aşınması ve kobalt uzaklaştırılması

PDC'nin yüksek basınçlı sinterleme işleminde, kobalt, elmas ve elmasın doğrudan birleşmesini teşvik eden bir katalizör görevi görür ve elmas tabakası ile tungsten karbür matrisinin bir bütün haline gelmesini sağlar; bu da yüksek tokluğa ve mükemmel aşınma direncine sahip, petrol sahası jeolojik sondajı için uygun PDC kesici dişlerin elde edilmesini sağlar.

Elmasın ısıya dayanıklılığı oldukça sınırlıdır. Atmosfer basıncı altında, elmasın yüzeyi yaklaşık 900℃ veya daha yüksek sıcaklıklarda değişime uğrayabilir. Kullanım sırasında, geleneksel elmas kondansatörleri yaklaşık 750℃'de bozulmaya başlar. Sert ve aşındırıcı kaya katmanlarından delme işlemi sırasında, elmas kondansatörleri sürtünme ısısı nedeniyle bu sıcaklığa kolayca ulaşabilir ve anlık sıcaklık (yani mikroskobik düzeydeki yerel sıcaklık) daha da yüksek olabilir, kobaltın erime noktasını (1495°C) çok aşabilir.

Saf elmasa kıyasla, kobaltın varlığı nedeniyle elmas daha düşük sıcaklıklarda grafite dönüşür. Sonuç olarak, elmas üzerindeki aşınma, yerel sürtünme ısısından kaynaklanan grafitleşmeden kaynaklanır. Ek olarak, kobaltın termal genleşme katsayısı elmasınkinden çok daha yüksektir, bu nedenle ısıtma sırasında, kobaltın genleşmesi nedeniyle elmas taneleri arasındaki bağ bozulabilir.

1983 yılında, iki araştırmacı standart PDC elmas katmanlarının yüzeyinde elmas giderme işlemi gerçekleştirerek PDC dişlerinin performansını önemli ölçüde artırdı. Ancak bu buluş hak ettiği ilgiyi görmedi. 2000 yılından sonra, PDC elmas katmanları hakkında daha derin bir anlayışla, matkap tedarikçileri bu teknolojiyi kaya delmede kullanılan PDC dişlerine uygulamaya başladı. Bu yöntemle işlenmiş dişler, önemli termal mekanik aşınmaya sahip yüksek aşındırıcı oluşumlar için uygundur ve genellikle "kobalt giderilmiş" dişler olarak adlandırılır.

"Kobalt giderme" olarak adlandırılan işlem, geleneksel PDC üretim yöntemine göre yapılır ve ardından elmas tabakasının yüzeyi, asit aşındırma işlemi yoluyla kobalt fazını uzaklaştırmak için güçlü bir aside daldırılır. Kobalt uzaklaştırma derinliği yaklaşık 200 mikrona ulaşabilir.

İki özdeş PDC dişi üzerinde (birinde elmas tabaka yüzeyinde kobalt giderme işlemi uygulanmıştı) ağır hizmet tipi bir aşınma testi yapıldı. 5000 m granit kesildikten sonra, kobalt giderme işlemi uygulanmamış PDC'nin aşınma oranının keskin bir şekilde artmaya başladığı tespit edildi. Buna karşılık, kobalt giderme işlemi uygulanmış PDC, yaklaşık 15000 m kaya keserken nispeten istikrarlı bir kesme hızını korudu.

2. PDC'nin tespit yöntemi

Diş çürüğü tespitinde iki yöntem kullanılır: tahrip edici testler ve tahrip edici olmayan testler.

1. Tahribatlı test

Bu testler, sondaj kuyusu koşullarını olabildiğince gerçekçi bir şekilde simüle ederek, kesici dişlerin bu koşullar altındaki performansını değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Tahribatlı testlerin iki ana biçimi aşınma direnci testleri ve darbe direnci testleridir.

(1) Aşınma direnci testi

PDC aşınma direnci testlerini gerçekleştirmek için üç tür ekipman kullanılır:

A. Dikey torna tezgahı (VTL)

Test sırasında, öncelikle PDC ucunu VTL torna tezgahına sabitleyin ve PDC ucunun yanına bir kaya örneği (genellikle granit) yerleştirin. Ardından kaya örneğini torna tezgahı ekseni etrafında belirli bir hızda döndürün. PDC ucu, kaya örneğine belirli bir derinlikte kesim yapar. Granit test için kullanıldığında, bu kesim derinliği genellikle 1 mm'den azdır. Bu test kuru veya ıslak olarak yapılabilir. "Kuru VTL testi"nde, PDC ucu kayayı keserken soğutma uygulanmaz; oluşan tüm sürtünme ısısı PDC'ye girer ve elmasın grafitizasyon sürecini hızlandırır. Bu test yöntemi, yüksek delme basıncı veya yüksek dönüş hızı gerektiren koşullar altında PDC uçlarını değerlendirirken mükemmel sonuçlar verir.

"Islak VTL testi", test sırasında PDC dişlerini su veya hava ile soğutarak, orta derecede ısıtma koşulları altında PDC'nin ömrünü tespit eder. Bu nedenle, bu testin ana aşınma kaynağı ısıtma faktöründen ziyade kaya numunesinin aşınmasıdır.

B, yatay torna tezgahı

Bu test de granit ile gerçekleştirilir ve testin prensibi temelde VTL ile aynıdır. Test süresi sadece birkaç dakikadır ve granit ile PDC dişleri arasındaki termal şok çok sınırlıdır.

PDC dişli tedarikçileri tarafından kullanılan granit test parametreleri değişiklik gösterebilir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Synthetic Corporation ve DI Company tarafından kullanılan test parametreleri tam olarak aynı değildir, ancak testlerinde aynı granit malzemesini kullanırlar: çok az gözenekliliğe ve 190 MPa basınç dayanımına sahip, kaba ila orta dereceli polikristalin magmatik bir kayaç.

C. Aşınma oranı ölçüm cihazı

Belirtilen koşullar altında, PDC'nin elmas tabakası silisyum karbür taşlama tekerleğini düzeltmek için kullanılır ve taşlama tekerleğinin aşınma oranı ile PDC'nin aşınma oranı arasındaki oran, PDC'nin aşınma indeksi olarak alınır ve bu orana aşınma oranı denir.

(2) Darbe dayanımı testi

Darbe testi yöntemi, PDC dişlerinin 15-25 derecelik bir açıyla yerleştirilmesini ve ardından belirli bir yükseklikten bir cismin düşürülerek PDC dişlerindeki elmas tabakasına dikey olarak vurulmasını içerir. Düşen cismin ağırlığı ve yüksekliği, test edilen dişin maruz kaldığı darbe enerjisi seviyesini gösterir ve bu seviye kademeli olarak 100 joule'e kadar artabilir. Her diş, daha fazla test edilemeyene kadar 3-7 kez darbe alabilir. Genellikle, her enerji seviyesinde her diş tipinden en az 10 örnek test edilir. Dişlerin darbelere karşı direncinde bir aralık olduğundan, her enerji seviyesindeki test sonuçları, her diş için darbe sonrası elmasın ortalama dökülme alanını gösterir.

2. Tahribatsız muayene

Görsel ve mikroskobik inceleme dışında en yaygın kullanılan tahribatsız test tekniği ultrasonik taramadır (Cscan).

C tarama teknolojisi, küçük kusurları tespit edebilir ve kusurların yerini ve boyutunu belirleyebilir. Bu testi yaparken, önce PDC dişi bir su tankına yerleştirin ve ardından ultrasonik bir prob ile tarayın;

Bu makale, "Uluslararası Metal İşleme Ağı“