PDC termiline kulumine ja koobalti eemaldamine

I. PDC termiline kulumine ja koobalti eemaldamine

PDC kõrgsurve paagutamisprotsessis toimib koobalt katalüsaatorina, soodustades teemandi ja teemandi otsest kombinatsiooni ning muutes teemantkihi ja volframkarbiidi maatriksi tervikuks, mille tulemuseks on PDC lõikehambad, mis sobivad naftaväljade geoloogiliseks puurimiseks, millel on kõrge sitkus ja suurepärane kulumiskindlus.

Teemantide kuumakindlus on üsna piiratud. Atmosfäärirõhu all võib teemandi pind muutuda temperatuuril umbes 900 ℃ või kõrgemal. Kasutamise ajal kipuvad traditsioonilised PDC-d lagunema umbes 750 ℃ juures. Kõvade ja abrasiivsete kivimikihtide puurimisel võivad PDC-d hõõrdesoojuse tõttu selle temperatuuri kergesti saavutada ning hetkeline temperatuur (st lokaliseeritud temperatuur mikroskoopilisel tasandil) võib olla isegi kõrgem, ületades kaugelt koobalti sulamistemperatuuri (1495 °C).

Võrreldes puhta teemandiga muutub teemant koobalti olemasolu tõttu madalamatel temperatuuridel grafiidiks. Selle tulemusena põhjustab teemandi kulumist lokaalse hõõrdesoojuse tagajärjel tekkiv grafitiseerumine. Lisaks on koobalti soojuspaisumistegur palju suurem kui teemandil, seega kuumutamise ajal võib koobalti paisumine teemantterade vahelise sideme katkestada.

1983. aastal viisid kaks teadlast standardsete PDC teemantkihtide pinnale teemantide eemaldamise töötluse, parandades oluliselt PDC hammaste jõudlust. See leiutis ei pälvinud aga väärilist tähelepanu. Alles pärast 2000. aastat, pärast PDC teemantkihtide sügavamat mõistmist, hakkasid puuritootjad seda tehnoloogiat rakendama kivimite puurimisel kasutatavate PDC hammaste puhul. Selle meetodiga töödeldud hambad sobivad väga abrasiivsete formatsioonide jaoks, millel on märkimisväärne termiline mehaaniline kulumine, ja neid nimetatakse tavaliselt "dekobalteeritud" hammasteks.

Nn dekoobalt valmistatakse traditsioonilisel viisil PDC valmistamiseks ja seejärel kastetakse selle teemantkihi pind tugevasse happesse, et eemaldada koobalti faas happe söövitamise teel. Koobalti eemaldamise sügavus võib ulatuda umbes 200 mikronini.

Kahel identsel PDC hambal (millest ühe teemantkihi pinnal oli koobaltit eemaldatud) viidi läbi intensiivne kulumiskatse. Pärast 5000 m graniidi lõikamist leiti, et koobaltit eemaldamata PDC kulumiskiirus hakkas järsult suurenema. Seevastu koobaltit eemaldatud PDC säilitas suhteliselt stabiilse lõikekiiruse umbes 15 000 m kivimi lõikamisel.

2. PDC tuvastamise meetod

PDC hammaste tuvastamiseks on kahte tüüpi meetodeid: destruktiivne testimine ja mittepurustav testimine.

1. Purustav testimine

Nende katsete eesmärk on simuleerida puuraugu tingimusi võimalikult realistlikult, et hinnata lõikehammaste toimivust sellistes tingimustes. Kaks peamist purustava katse vormi on kulumiskindluse katsed ja löögikindluse katsed.

(1) Kulumiskindluse katse

PDC kulumiskindluse testide tegemiseks kasutatakse kolme tüüpi seadmeid:

A. Vertikaalne treipink (VTL)

Katse ajal kinnitatakse PDC-puur kõigepealt VTL-treipingile ja asetatakse selle kõrvale kivimiproov (tavaliselt graniit). Seejärel pööratakse kivimiproovi treipingi telje ümber teatud kiirusel. PDC-puur lõikab kivimiproovi kindla sügavusega. Graniidi testimisel on see lõikesügavus üldiselt alla 1 mm. Katse võib olla kas kuiv või märg. „Kuiva VTL-testimise“ puhul, kui PDC-puur lõikab läbi kivimi, jahutust ei rakendata; kogu tekkiv hõõrdesoojus siseneb PDC-sse, kiirendades teemandi grafitiseerumisprotsessi. See katsemeetod annab suurepäraseid tulemusi PDC-puurte hindamisel tingimustes, mis nõuavad suurt puurimisrõhku või suurt pöörlemiskiirust.

„Märg-VTL-test“ mõõdab PDC eluiga mõõdukate kuumutustingimuste korral, jahutades PDC hambaid testimise ajal vee või õhuga. Seega on selle testi peamine kulumisallikas kivimiproovi peenestamine, mitte kuumutamistegur.

B, horisontaalne treipink

Seda testi tehakse ka graniidiga ja testi põhimõte on põhimõtteliselt sama mis VTL-il. Testiaeg on vaid paar minutit ja graniidi ning PDC hammaste vaheline termiline šokk on väga piiratud.

PDC hammasrataste tarnijate kasutatavad graniidist katseparameetrid on erinevad. Näiteks ei ole Ameerika Ühendriikides Synthetic Corporationi ja DI Company poolt kasutatavad katseparameetrid täpselt samad, kuid nad kasutavad oma katsetes sama graniitmaterjali – jämedat kuni keskmise teralisusega polükristallilist tardkivimit, millel on väga väike poorsus ja survetugevus 190 MPa.

C. Kulumissuhte mõõtmise vahend

Määratud tingimustel kasutatakse ränikarbiidist lihvketta trimmimiseks PDC teemantkihti ning lihvketta kulumiskiiruse ja PDC kulumiskiiruse suhet võetakse PDC kulumisindeksina, mida nimetatakse kulumissuhteks.

(2) Löögikindluse katse

Löögikatse meetod hõlmab PDC hammaste paigaldamist 15–25-kraadise nurga all ja seejärel eseme langetamist teatud kõrguselt, et see vertikaalselt PDC hammaste teemantkihti tabaks. Langeva eseme kaal ja kõrgus näitavad katsehamba löögienergia taset, mis võib järk-järgult suureneda kuni 100 džaulini. Iga hammast saab lüüa 3–7 korda, kuni seda enam ei testida. Üldiselt testitakse igal energiatasemel vähemalt 10 näidist igast hambatüübist. Kuna hammaste löögikindlus on erinev, on iga energiataseme testi tulemused iga hamba keskmine teemantide killustumise pindala pärast lööki.

2. Mittepurustav katsetamine

Kõige laialdasemalt kasutatav mittepurustav katsemeetod (lisaks visuaalsele ja mikroskoopilisele kontrollile) on ultraheli skaneerimine (Cscan).

C-skaneerimise tehnoloogia suudab tuvastada väikseid defekte ning määrata nende asukoha ja suuruse. Selle testi tegemisel asetatakse PDC-hammas esmalt veepaaki ja seejärel skaneeritakse ultrahelisondiga;

See artikkel on kordustrükk allikast „Rahvusvaheline metallitöötlemisvõrgustik„