Fraise diamantée polycristalline thermiquement stable

Les trépans en diamant polycristallin thermiquement stables ont été introduits lorsqu'il a été constaté que les trépans PDC étaient parfois ébréchés pendant le forage. Cette défaillance était due à des contraintes internes causées par la dilatation différentielle du diamant et du matériau liant.

Le cobalt est le liant le plus largement utilisé dans les produits PCD frittés. Ce matériau a un coefficient de dilatation thermique de 1,2 x 10 ^-5 deg. C contre 2,7 x 10 ^-6 pour le diamant. Par conséquent, le cobalt se dilate plus rapidement que le diamant. Lorsque la température globale de l'outil de coupe dépasse 730 °C, les contraintes internes causées par les différents taux d'expansion entraînent une fissuration intergranulaire sévère, un macro-écaillage et une défaillance rapide de l'outil de coupe.

Ces températures sont bien supérieures aux températures que l'on retrouve au fond du forage (typiquement 100°C à 8000 pieds). Ils proviennent du frottement généré par l'action de cisaillement par laquelle ces taillants coupent la roche.

Cette barrière de température de 730 degrés C présentait de sérieux obstacles à l'amélioration des performances des mèches de coupe PCD.

Les fabricants ont expérimenté l'amélioration de la stabilité thermique des fraises et des fraises en diamant polycristallin thermiquement stables ont été développées.

Ces fraises sont plus stables à des températures plus élevées car le liant de cobalt a été retiré, ce qui élimine les contraintes internes causées par la dilatation différentielle. Étant donné que la majeure partie du liant est interconnectée, un traitement prolongé avec des acides peut en lixivier la majeure partie. Les liaisons entre les particules de diamant adjacentes ne sont pas affectées, conservant 50 à 80 % de la résistance des compacts. Le PCD lixivié est thermiquement stable dans une atmosphère inerte ou réductrice jusqu'à 1200 degrés C mais se dégradera à 875 degrés C en présence d'oxygène.

Il a été prouvé que si le matériau en cobalt peut être retiré de l'espace entre les grains, la stabilité thermique des dents PDC sera considérablement améliorée, de sorte que le trépan peut mieux forer dans des formations plus dures et plus abrasives. Cette technologie d'élimination du cobalt améliore la résistance à l'usure des dents PDC dans les formations rocheuses dures hautement abrasives et élargit encore la gamme d'applications des trépans PDC.

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