PDC刀具的深冷处理

PDC刀具是采用高温高压（HTHP）技术将金刚石粉末与硬质合金基体烧结而成的一种性能优异的复合材料。

PDC刀具具有良好的导热性、超高硬度和耐磨性，以及高强度、高冲击韧性、易于焊接等优点。

聚晶金刚石层由硬质合金基体支撑，可以吸收较大的冲击载荷，避免工作过程中的严重损坏。因此，PDC被广泛用于制造切削工具、地质钻头和油气井钻头以及其他耐磨工具。

在石油天然气钻井领域，总钻井进尺的90%以上是由PDC钻头完成的。 PDC钻头通常用于软至中硬岩层钻探。深井钻进还存在寿命短、机械钻速低的问题。

在深层复杂地层中，PDC钻头的工作条件非常恶劣。复合件的失效形式主要有钻头受到较大冲击载荷时产生的断齿、崩刃等宏观断裂，以及井底温度过高导致复合件等。片材耐磨性降低导致PDC复合片材热磨损。 PDC复合片的上述失效将极大地影响其使用寿命和钻井效率。

什么是低温处理？

深冷处理是传统加热的延伸。它采用液氮等制冷剂作为冷却介质，将物料冷却至远低于室温（-100~-196℃）的温度，以增强其性能。

现有的许多研究表明，深冷处理可以大大提高钢、铝合金等材料的力学性能。经过深冷处理后，这些材料会发生沉淀强化现象。深冷处理可以提高硬质合金刀具的抗弯强度、耐磨性和切削性能，同时有效提高使用寿命。相关研究也表明，深冷处理可以提高金刚石颗粒的静态抗压强度，强度提高的主要原因是残余应力状态的改变。

但是，我们能否通过深冷处理来提高PDC刀具的性能呢？目前相关研究还很少。

深冷处理方法

一种PDC刀具的深冷处理方法，操作步骤为：

(1)将室温下的PDC刀具放入深冷处理炉中；

(2)开启深冷处理炉，通入液氮，利用温度控制，以-3℃/min的速率将深冷处理炉内温度降至-30℃；当温度达到-30℃时，则降至-1℃/min。降至-120℃；温度达到-120℃后，以-0.1℃/min的速度降温至-196℃；

(3)-196℃保存24小时；

(4)然后以0.1℃/min的速率升温至-120℃，再以1℃/min的速率降温至-30℃，最后以1℃/min的速率降温至室温3℃/分钟；

(5)重复上述操作两次，完成PDC刀具的深冷处理。

对深冷处理的PDC刀具和未处理的PDC刀具进行砂轮磨损率测试。测试结果显示，磨损率分别为338万次和480万次。测试结果表明，经过深冷处理的PDC刀具的磨损率明显低于未经深冷处理的PDC刀具。

此外，将深冷处理和未处理的PDC复合片焊接到基体上，并在相邻井的同一段以相同的钻井参数钻探200m。使用深冷处理的PDC钻头的机械钻进速度比未使用深冷处理的PDC刀具的钻头机械钻进速度提高27.8%。

您对PDC刀具的深冷处理有何看法？欢迎给我们留下您的意见。

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