金刚石轴承在成都研制成功

在2023年新年来临之际，四川省冶金材料行业传来佳音：烧结式金刚石轴承在国内首次研究成功。该金刚石轴承装配在螺杆钻具上，平均使用时间达到500小时以上，寿命比传统的硬质合金轴承提高3倍。

研制成功的金刚石轴承产品

金刚石轴承全称聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond）轴承，也称PCD轴承或PDC轴承，其重要组成材料是金刚石复合片（PDC）或聚晶金刚石（PCD），金刚石是至今为止世界上硬度Z高的材料，金刚石轴承中的金刚石复合材料采用精选金刚石微粉和硬质合金在高温高压下合成，因此金刚石轴承既具有金刚石的高硬度、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性、又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，适用于高温、含有腐蚀性化学物质、含有大量研磨性高的固相颗粒等恶劣工况条件。

金刚石轴承特点

高导热性：金刚石是热导率Z高的材料之一（常温时是铜的5倍），轴承启动和停机时产生的高热量不会对轴承造成损伤；

高耐热性：金刚石轴承可以在高温（200℃）环境下正常作业；

高耐磨性：金刚石轴承的摩擦副是金刚石面对金刚石面，金刚石材料具有极低的摩擦系数（0.01≤μ≤0.03），和超强的耐磨性，能够出色地抵御摩擦副及其他固相物质的磨损；

高断裂韧性：金刚石轴承是金刚石和轴承材料的复合体，其中轴承材料具有出色断裂韧性，能够降低冲击负荷对轴承体造成损坏的可能性，可在高负载下有效运行；

高耐腐蚀性：能够在含有腐蚀性化学物质、含有研磨性高的固相颗粒等恶劣工况条件下正产工作；

长寿命：由于金刚石轴承具有硬度高、耐磨性高，耐热性好的特点，其使用寿命比碳化钨轴承或其它硬质合金轴承高数倍（螺杆钻具用金刚石TC轴承寿命是传统轴承的5倍以上）；

实用性好：金刚石轴承无需专门为其设计润滑和密封系统，可极大的简化传动部件的结构和设计难度；

经济性高：金刚石轴承寿命长，应用环境要求低，可简化结构设计，使用维护保养成本低，综合性价比高。

金刚石轴承应用领域

金刚石轴承在包括石油天然气钻探、潮汐发电、风力发电、化工设备、污水处理、矿机等工况恶劣情况下得到广泛应用，目前新研制的金刚石轴承已经成功应用于螺杆钻具、泥浆泵、涡轮钻具等石油和天然气钻探工具中。

研发团队情况

指导人：

唐周元 正高级工程师、四川省先进刀具材料工程研究中心主任；

郭大萌 工学博士、广东省超硬复合材料工程技术研究中心主任；

项目主研人员：

苏益仁 高级工程师 成都惠灵丰金刚石钻头有限公司董事长；

程兴发 高级工程师 成都惠灵丰金刚石钻头有限公司技术总监；

项目参加人：黄伟成、秦宗森、马庆

主研人员程兴发介绍

程兴发，高级工程师，1980年12月出生于甘肃，2003年7月毕业于兰州理工大学机械设计制造及其自动化专业，从事机械产品设计开发工作19年，获得5项发明专利和7项实用新型专利。

一、国外学习交流情况

2015年程兴发到伊朗国家石油部做PDC钻头技术交流；

2016年程兴发到印度PARWEN公司交流PDC钻头；

2017年程兴发到乌克兰国家天然气公司交流PDC钻头；

2019年程兴发到美国Megadiamond和US Synthetic Corporation参观学习。

二、程兴发近几年主要设计开发工作

1、开发出川渝地区页岩气钻探用各规格型号PDC钻头。根据川渝页岩气区块地质情况进行针对性的设计，对现有的一些产品根据页岩气钻井技术特点改进设计，使得公司产品在川渝地区页岩气区块得到井队的肯定，机速、进尺等性能指标领先于国内其他同类钻头厂家，部分区块和井段优于贝克休斯、史密斯等进口钻头。

2、设计开发了国内只26?寸钢体PDC钻头，并在五探1井、足201-H1井、塔探1井成功使用。目前该型号钻头已经取代牙轮钻头，并在国内外大量使用，成为公司一款主打优势产品。

3、开发了具有减震和定心功能的PDC复合片钻头，并取得实用新型专利。这款钻头采用了中心锥齿定位结构，二排设有若干R齿，能够同时降低钻头的轴向和横向振动，实现平稳钻进，提高钻进效率和钻头寿命，目前这款钻头已经大批量生产，广泛使用。

4、研发了一种新型石油钻头用金刚石孕镶块切削齿，并取得实用新型专利。该金刚石孕镶块切削齿硬度高、寿命长，而且金刚石用量相对较少，成本低；切削齿焊接强度高，不易脱落，钻头寿命长。

5、研发了一种楔形PDC复合片的钻头，并取得实用新型专利。楔形PDC复合片的钻头易于对硬质岩层或者易泥包地层进行切削，同时可以减少单只PDC钻头上复合片的数量，从而降低钻头的制造成本。

6、研发了一种耐磨基体的制备方法及保径耐磨块，并取得发明专利。保径耐磨块耐磨强度高、成本仅为传统金刚石复合片保径齿的1/5，在使用损坏后，还能够方便的进行更换，更加延长了钻头使用寿命，降低了钻井工程的成本。

7、研发了一种PDC钢体钻头保径耐磨块的制造工艺及配方，并取得发明专利。该工艺烧结成新型耐磨块，镶嵌在钢体钻头保径壁上，耐磨性比堆焊耐磨材料的保径壁显著提高，成本低，磨损后可更换，经济效益高。

（来源：四川冶金工业，版权归原作者或机构所有）