Aplicarea pe scară largă a sculelor PDC (Compozit de diamant policristalin) în forarea petrolului, explorarea geologică și prelucrarea cu rezistență ridicată la{0}}uzură-decurge din avantajele combinate ale durității ridicate, rezistenței ridicate la uzură și rezistenței bune la impact, determinate de structura lor unică compozită. Cu toate acestea, realizarea acestui avantaj depinde în primul rând de selecția științifică a materialelor. Compoziția materialului, caracteristicile fazei de lipire și microstructura stratului și matricei de suprafață a sculei determină în mod direct performanța și durata de viață a acestuia în diferite condiții de lucru. Prin urmare, potrivirea precisă a materialelor, bazată pe cerințele aplicației, este o condiție prealabilă pentru eliberarea potențialului instrumentelor PDC.
Structura de bază a unui instrument PDC constă dintr-un strat de diamant policristalin de suprafață (PCD) și o matrice de carbură cimentată inferioară. Proprietățile materialelor și efectele sinergice ale acestor două straturi determină performanța generală. Stratul PCD de suprafață îndeplinește principalele sarcini de tăiere și spargere-roci, iar nucleul selecției materialelor sale constă în calitatea și distribuția dimensiunii particulelor pulberii de diamant. Pulberea de diamant monocristal de-puritate ridicată- asigură formarea unei rețele puternice de legături covalente între boabe, obținând astfel duritate și rezistență la uzură apropiate de cea a diamantului natural. Distribuția granulometrică trebuie să echilibreze rezistența macroscopică și claritatea de tăiere microscopică; Straturile de diamant cu granulație-fină oferă o rezistență mai bună la uzură și sunt potrivite pentru prelucrarea formațiunilor sau materialelor foarte abrazive, în timp ce straturile de diamant cu granulație-grosară au avantaje în ceea ce privește rezistența la impact și sunt potrivite pentru condițiile care conțin particule dure sau impacturi intermitente.
Materialul fazei de lipire este un factor cheie care afectează stabilitatea termică și durabilitatea stratului de PCD. Instrumentele PCD convenționale folosesc adesea metale de tranziție, cum ar fi cobaltul și nichelul, ca catalizatori și lianți. Aceste metale catalizează conversia diamantului în grafit la temperaturi ridicate, limitând temperatura de funcționare și durata de viață a sculei. Pentru condiții de-temperatură ridicată, de-viteză mare sau de șoc termic puternic, ar trebui să se acorde prioritate fazelor de-cataliză-scăzută sau fazelor de legare ne-metalice (cum ar fi siliciuri, boruri și carburi). Aceste materiale pot inhiba eficient grafitizarea, ridicând temperatura de descompunere termică la peste 700 de grade, menținând în același timp o rezistență suficientă a lipirii granulelor, permițând sculei să mențină performanța de tăiere chiar și în medii extreme.
Alegerea materialului pentru matricea de carbură cimentată subiacentă acordă prioritate durității și fiabilității de prindere. Aliajele de tungsten-cobalt utilizate în mod obișnuit (cum ar fi WC-Co) oferă rezistență la impact, tenacitate și prelucrabilitate excelente, oferind un suport mecanic robust pentru stratul de PCD, absorbind și dispersând sarcinile de impact generate în timpul tăierii și împiedicând fracturarea stratului de diamant din cauza fragilității excesive. Conținutul de cobalt din matrice poate fi ajustat pentru a găsi un echilibru între duritate și tenacitate: conținutul ridicat de cobalt crește duritatea, dar reduce ușor duritatea, potrivit pentru aplicații cu-impact puternic; conținut scăzut de cobalt are ca rezultat o duritate mai mare, potrivită pentru rezistența la uzură la sarcini stabile. În plus, uniformitatea densității și densitatea de sinterizare a matricei afectează, de asemenea, rezistența generală și trebuie asigurate printr-un control strict al procesului de fabricație.
Selectarea materialelor necesită optimizare țintită pentru diferite scenarii de aplicație. De exemplu, în forajele de petrol și gaze care se confruntă cu formațiuni de gresie și calcar foarte abrazive, este de preferat un strat de diamant cu granulație-fină cu o fază de legare catalitică (PCD) scăzută{-, asociat cu o matrice de carbură cimentată cu conținut mediu de cobalt, pentru a echilibra rezistența la uzură și rezistența la impact. În operațiunile de carotare de explorare geologică, atunci când se întâlnesc impacturi cu pietriș sau strat intermediar, dimensiunea granulelor de diamant poate fi mărită în mod corespunzător și duritatea matricei îmbunătățită pentru a reduce riscul ruperii dinților. În aplicațiile de prelucrare de precizie, cum ar fi aliajele de aluminiu cu conținut ridicat de-siliciu, pe lângă rezistența la uzură, trebuie luate în considerare coeficientul scăzut de frecare și inerția chimică a materialului pentru a reduce aderența sculei și deteriorarea suprafeței.
În rezumat, selecția materialului pentru sculele PDC este o sarcină sistematică care integrează calitatea pulberii de diamant, caracteristicile fazei de legare și performanța matricei de carbură cimentată. Numai prin potrivirea științifică a parametrilor materiale și structurali ai fiecărui strat în funcție de duritatea, abrazivitatea, rezistența la impact și condițiile de temperatură ale condițiilor specifice de lucru, se poate asigura că unealta posedă o stabilitate și durabilitate excelentă, realizând în același timp tăierea eficientă și spargerea pietrei, oferind astfel suport tehnic de încredere pentru medii complexe de lucru.
