Al_2O_3/WC-Co纳米/微米复合材料试验研究

冲击旋转钻井技术是目前解决硬地层段和软硬交错地层段钻速低、大斜度地层段井眼易斜等问题最有效的方法之一,而冲旋钻头则是其关键设备。由于钻头牙齿材料自身性能不能满足复杂情况条件的需要,钻头牙齿的磨损和断裂成为冲旋钻头失效的主要形式。依据纳米技术的最新研究成果,应用纳米粒子Al2O3的掺杂改性技术,采用烧结工艺制备了Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料,并对该复合材料进行了力学性能测试,完成了烧结试样、耐磨试样以及断口表面形貌的电镜组织观察、分析和耐磨性、耐冲击性能试验研究。试验结果表明,掺杂纳米粒子的Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料具有良好的组织结构,耐磨性能、抗冲击性能等得到了显著提高,断口呈明显的韧性断裂,研究成果为该复合材料在钻井钻头上的应用奠定了基础。

Al_2O_3/WC-8Co纳米/微米复合材料显微结构与力学性能

为研究纳米Al2O3粒子对WC-8Co组织结构与力学性能的影响,在微米WC-8Co中掺杂纳米Al2O3粒子制备了Al2O3/WC-8Co纳米/微米复合材料,进行了烧结密度、抗弯强度、显微硬度、冲击韧性以及耐磨性等常温力学性能测试,应用SEM进行了显微结构分析。结果表明:掺杂3%纳米Al2O3及0.8%RE的Al2O3/WC-8Co纳米/微米复合材料的力学性能显著提高,特别是磨损失重较WC-8Co降低了约10/11,组织得到明显细化,断口呈韧性断裂特征,断裂机理为微孔聚集型。