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傳來佳音：燒結式金剛石軸承在國內首次研究成功。該金剛石軸承裝配在螺桿鉆具上，平均使用時間達到500小時以上，壽命比傳統的硬質合金軸承提高3倍。

研制成功的金剛石軸承產品

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合材料采用精選金剛石微粉和硬質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、高導熱性、耐腐蝕性、又具有硬質合金的強度與抗沖擊韌性，適用于高溫、含有腐蝕性化學物質、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

高導熱性：金剛石是熱導率Z高的材料之一（常溫時是銅的5倍），軸承啟動和停機時產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℃）環境下正常作業；

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（0.01≤μ≤0.03），和超強的耐磨性，能夠出色地抵御摩擦副及其他固相物質的磨損；

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

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

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，其使用壽命比碳化鎢軸承或其它硬質合金軸承高數倍（螺桿鉆具用金剛石TC軸承壽命是傳統軸承的5倍以上）；

實用性好：金剛石軸承無需專門為其設計潤滑和密封系統，可極大的簡化傳動部件的結構和設計難度；

經濟性高：金剛石軸承壽命長，應用環境要求低，可簡化結構設計，使用維護保養成本低，綜合性價比高。

金剛石軸承應用領域

金剛石軸承在包括石油天然氣鉆探、潮汐發電、風力發電、化工設備、污水處理、礦機等工況惡劣情況下得到廣泛應用，目前新研制的金剛石軸承已經成功應用于螺桿鉆具、泥漿泵、渦輪鉆具等石油和天然氣鉆探工具中。

研發團隊情況

指導人：

唐周元 正高級工程師、四川省先進刀具材料工程研究中心主任；

郭大萌 工學博士、廣東省超硬復合材料工程技術研究中心主任；

項目主研人員：

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 高級工程師 成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司技術總監；

項目參加人：黃偉成、秦宗森、馬慶

主研人員程興發介紹

程興發，高級工程師，1980年12月出生于甘肅，2003年7月畢業于蘭州理工大學機械設計制造及其自動化專業，從事機械產品設計開發工作19年，獲得5項發明專利和7項實用新型專利。

一、國外學習交流情況

2015年程興發到伊朗國家石油部做PDC鉆頭技術交流；

2016年程興發到印度PARWEN公司交流PDC鉆頭；

2017年程興發到烏克蘭國家天然氣公司交流PDC鉆頭；

2019年程興發到美國Megadiamond和US Synthetic Corporation參觀學習。

二、程興發近幾年主要設計開發工作

1、開發出川渝地區頁巖氣鉆探用各規格型號PDC鉆頭。根據川渝頁巖氣區塊地質情況進行針對性的設計，對現有的一些產品根據頁巖氣鉆井技術特點改進設計，使得公司產品在川渝地區頁巖氣區塊得到井隊的肯定，機速、進尺等性能指標領先于國內其他同類鉆頭廠家，部分區塊和井段優于貝克休斯、史密斯等進口鉆頭。

2、設計開發了國內只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取代牙輪鉆頭，并在國內外大量使用，成為公司一款主打優勢產品。

3、開發了具有減震和定心功能的PDC復合片鉆頭，并取得實用新型專利。這款鉆頭采用了中心錐齒定位結構，二排設有若干R齒，能夠同時降低鉆頭的軸向和橫向振動，實現平穩鉆進，提高鉆進效率和鉆頭壽命，目前這款鉆頭已經大批量生產，廣泛使用。

4、研發了一種新型石油鉆頭用金剛石孕鑲塊切削齒，并取得實用新型專利。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；切削齒焊接強度高，不易脫落，鉆頭壽命長。

5、研發了一種楔形PDC復合片的鉆頭，并取得實用新型專利。楔形PDC復合片的鉆頭易于對硬質巖層或者易泥包地層進行切削，同時可以減少單只PDC鉆頭上復合片的數量，從而降低鉆頭的制造成本。

6、研發了一種耐磨基體的制備方法及保徑耐磨塊，并取得發明專利。保徑耐磨塊耐磨強度高、成本僅為傳統金剛石復合片保徑齒的1/5，在使用損壞后，還能夠方便的進行更換，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，并取得發明專利。該工藝燒結成新型耐磨塊，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，經濟效益高。

（來源：四川冶金工業，版權歸原作者或機構所有）