金剛石軸承在成都研制成功

在2023年新年來臨之際，四川省冶金材料行業(yè)傳來佳音：燒結(jié)式金剛石軸承在國內(nèi)首次研究成功。該金剛石軸承裝配在螺桿鉆具上，平均使用時間達(dá)到500小時以上，壽命比傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金軸承提高3倍。

研制成功的金剛石軸承產(chǎn)品

金剛石軸承全稱聚晶金剛石（Polycrystalline Diamond）軸承，也稱PCD軸承或PDC軸承，其重要組成材料是金剛石復(fù)合片（PDC）或聚晶金剛石（PCD），金剛石是至今為止世界上硬度Z高的材料，金剛石軸承中的金剛石復(fù)合材料采用精選金剛石微粉和硬質(zhì)合金在高溫高壓下合成，因此金剛石軸承既具有金剛石的高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性，適用于高溫、含有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、含有大量研磨性高的固相顆粒等惡劣工況條件。

金剛石軸承特點(diǎn)

高導(dǎo)熱性：金剛石是熱導(dǎo)率Z高的材料之一（常溫時是銅的5倍），軸承啟動和停機(jī)時產(chǎn)生的高熱量不會對軸承造成損傷；

高耐熱性：金剛石軸承可以在高溫（200℃）環(huán)境下正常作業(yè)；

高耐磨性：金剛石軸承的摩擦副是金剛石面對金剛石面，金剛石材料具有極低的摩擦系數(shù)（0.01≤μ≤0.03），和超強(qiáng)的耐磨性，能夠出色地抵御摩擦副及其他固相物質(zhì)的磨損；

高斷裂韌性：金剛石軸承是金剛石和軸承材料的復(fù)合體，其中軸承材料具有出色斷裂韌性，能夠降低沖擊負(fù)荷對軸承體造成損壞的可能性，可在高負(fù)載下有效運(yùn)行；

高耐腐蝕性：能夠在含有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、含有研磨性高的固相顆粒等惡劣工況條件下正產(chǎn)工作；

長壽命：由于金剛石軸承具有硬度高、耐磨性高，耐熱性好的特點(diǎn)，其使用壽命比碳化鎢軸承或其它硬質(zhì)合金軸承高數(shù)倍（螺桿鉆具用金剛石TC軸承壽命是傳統(tǒng)軸承的5倍以上）；

實(shí)用性好：金剛石軸承無需專門為其設(shè)計(jì)潤滑和密封系統(tǒng)，可極大的簡化傳動部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)難度；

經(jīng)濟(jì)性高：金剛石軸承壽命長，應(yīng)用環(huán)境要求低，可簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用維護(hù)保養(yǎng)成本低，綜合性價(jià)比高。

金剛石軸承應(yīng)用領(lǐng)域

金剛石軸承在包括石油天然氣鉆探、潮汐發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、化工設(shè)備、污水處理、礦機(jī)等工況惡劣情況下得到廣泛應(yīng)用，目前新研制的金剛石軸承已經(jīng)成功應(yīng)用于螺桿鉆具、泥漿泵、渦輪鉆具等石油和天然氣鉆探工具中。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)情況

指導(dǎo)人：

唐周元 正高級工程師、四川省先進(jìn)刀具材料工程研究中心主任；

郭大萌 工學(xué)博士、廣東省超硬復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心主任；

項(xiàng)目主研人員：

蘇益仁 高級工程師 成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司董事長；

程興發(fā) 高級工程師 成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司技術(shù)總監(jiān)；

項(xiàng)目參加人：黃偉成、秦宗森、馬慶

主研人員程興發(fā)介紹

程興發(fā)，高級工程師，1980年12月出生于甘肅，2003年7月畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)，從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)工作19年，獲得5項(xiàng)發(fā)明專利和7項(xiàng)實(shí)用新型專利。

一、國外學(xué)習(xí)交流情況

2015年程興發(fā)到伊朗國家石油部做PDC鉆頭技術(shù)交流；

2016年程興發(fā)到印度PARWEN公司交流PDC鉆頭；

2017年程興發(fā)到烏克蘭國家天然氣公司交流PDC鉆頭；

2019年程興發(fā)到美國Megadiamond和US Synthetic Corporation參觀學(xué)習(xí)。

二、程興發(fā)近幾年主要設(shè)計(jì)開發(fā)工作

1、開發(fā)出川渝地區(qū)頁巖氣鉆探用各規(guī)格型號PDC鉆頭。根據(jù)川渝頁巖氣區(qū)塊地質(zhì)情況進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)，對現(xiàn)有的一些產(chǎn)品根據(jù)頁巖氣鉆井技術(shù)特點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)，使得公司產(chǎn)品在川渝地區(qū)頁巖氣區(qū)塊得到井隊(duì)的肯定，機(jī)速、進(jìn)尺等性能指標(biāo)領(lǐng)先于國內(nèi)其他同類鉆頭廠家，部分區(qū)塊和井段優(yōu)于貝克休斯、史密斯等進(jìn)口鉆頭。

2、設(shè)計(jì)開發(fā)了國內(nèi)只26?寸鋼體PDC鉆頭，并在五探1井、足201-H1井、塔探1井成功使用。目前該型號鉆頭已經(jīng)取代牙輪鉆頭，并在國內(nèi)外大量使用，成為公司一款主打優(yōu)勢產(chǎn)品。

3、開發(fā)了具有減震和定心功能的PDC復(fù)合片鉆頭，并取得實(shí)用新型專利。這款鉆頭采用了中心錐齒定位結(jié)構(gòu)，二排設(shè)有若干R齒，能夠同時降低鉆頭的軸向和橫向振動，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命，目前這款鉆頭已經(jīng)大批量生產(chǎn)，廣泛使用。

4、研發(fā)了一種新型石油鉆頭用金剛石孕鑲塊切削齒，并取得實(shí)用新型專利。該金剛石孕鑲塊切削齒硬度高、壽命長，而且金剛石用量相對較少，成本低；切削齒焊接強(qiáng)度高，不易脫落，鉆頭壽命長。

5、研發(fā)了一種楔形PDC復(fù)合片的鉆頭，并取得實(shí)用新型專利。楔形PDC復(fù)合片的鉆頭易于對硬質(zhì)巖層或者易泥包地層進(jìn)行切削，同時可以減少單只PDC鉆頭上復(fù)合片的數(shù)量，從而降低鉆頭的制造成本。

6、研發(fā)了一種耐磨基體的制備方法及保徑耐磨塊，并取得發(fā)明專利。保徑耐磨塊耐磨強(qiáng)度高、成本僅為傳統(tǒng)金剛石復(fù)合片保徑齒的1/5，在使用損壞后，還能夠方便的進(jìn)行更換，更加延長了鉆頭使用壽命，降低了鉆井工程的成本。

7、研發(fā)了一種PDC鋼體鉆頭保徑耐磨塊的制造工藝及配方，并取得發(fā)明專利。該工藝燒結(jié)成新型耐磨塊，鑲嵌在鋼體鉆頭保徑壁上，耐磨性比堆焊耐磨材料的保徑壁顯著提高，成本低，磨損后可更換，經(jīng)濟(jì)效益高。

（來源：四川冶金工業(yè)，版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）