HFCVD金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置的制作方法

hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置
技术领域
1.本实用新型涉及钻齿制备技术领域。具体地说是hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置。


背景技术：

2.滚压机械破岩广泛的应用于煤矿、水电、冶金等领域的竖井钻机、竖井掘进机、反井钻机等设备。中硬岩的滚压破岩刀具为镶齿滚刀，滚刀刀壳外圈所镶的钻齿是破岩的直接作用点，其使用寿命关系着整个刀具的寿命和破岩效率。目前国内主要的镶齿为硬质合金钻齿。在钻进过程中如果钻齿磨损失效，会引起刀具损坏，从而导致频繁更换刀具，更换刀具费时费力，尤其在竖井掘进机和反井钻机的施工过程中。在井下更换刀具存在很多安全隐患，更换刀具还会造成钻井过程中频繁下钻提钻，这一操作既浪费工期，又增加了钻井成本，因此增加钻齿的耐磨性从而延长钻齿的使用寿命已成为井筒施工过程中的迫切需求。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种在钻齿上涂覆金刚石以提高钻齿使用寿命的hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，包括制备箱、热丝和基片台，所述制备箱的内顶壁上安装有均流环，所述热丝通过丝架固定安装在制备箱的中部，所述基片台安装在所述制备箱的内底壁上；所述均流环的进气口上流体导通有进气管，所述进气管的进气端穿出所述制备箱的底部并流体导通有制备气源，所述进气管上沿其长度方向缠绕有螺旋管，所述螺旋管的一端与所述制备箱内流体导通，所述螺旋管的另一端穿出所述制备箱并流体导通有真空泵；所述基片台上设置有钻齿安放结构。
5.上述hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，所述制备气源包括氢气气源、甲烷气源和氩气气源，所述氢气气源、所述甲烷气源和所述氩气气源的出气端均通过管路与输气管的进气端流体导通，所述输气管的出气端与所述进气管的进气端流体导通，所述氢气气源、所述甲烷气源和所述氩气气源的管路上均安装有流量控制器和阀门，所述输气管上也安装有阀门。
6.上述hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，所述基片台的底部固定安装有支撑台，所述支撑台内沿其高度方向开设有水冷孔道，所述水冷孔道的两端均穿出所述支撑台的底部。
7.上述hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，所述热丝的两端电连接有加热电源，所述基片台上电连接有偏压电源。
8.上述hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，所述制备箱的底部固定安装有支架。
9.上述hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，所述钻齿安放结构包括固定杆，所述基片台的顶部上开设有放置孔，所述基片台上位于所述放置孔的周围开设有安装孔，所述安装孔沿所述放置孔的径向设置，所述安装孔内安装有固定杆，所述固定杆远离所述放置孔的一端与所述安装孔的孔底固定连接，所述固定杆的另一端靠近所述放置孔的孔壁，所述固定杆的直径小于所述安装孔的直径。
10.本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
11.1、通过在钻齿的与地层接触的表面沉积金刚石涂层，将井筒施工过程中刀具的寿命提高一半以上，减少破岩刀具的损坏，提高钻进效率，降低钻进成本和安全风险。
12.2、通过设置钻齿安放结构，能够便于安装和拆卸钻齿，且能够在制备过程中，保证钻齿的固定效果。
13.3、通过设置螺旋管，能够利用抽出气体的温度对气源进行预热，同时能够利用气源对抽出气体进行冷却，提高能源的利用率并提高真空泵运行的稳定性。
附图说明
14.图1本实用新型的正视结构示意图；
15.图2本实用新型中基片台的俯视结构示意图；
16.图3本实用新型固定杆安装的局部示意图。
17.图中附图标记表示为：1-氢气气源；2-甲烷气源；3-氩气气源；4-流量控制器；5-输气管；6-阀门；7-进气管；8-制备箱；9-均流环；10-螺旋管；11-真空泵；12-支架；13-丝架；14-热丝；15-基片台；16-支撑台；17-水冷孔道；18-加热电源；19-偏压电源；20-放置孔；21-安装孔；22-固定杆。
具体实施方式
18.本实施例中的hfcvd金刚石涂层滚压破岩钻齿制备装置，请参阅图1，包括制备箱8、热丝14和基片台15上，所述制备箱8的底部固定安装有支架12，所述制备箱8的内顶壁上安装有均流环9，所述热丝14通过丝架13固定安装在制备箱8的中部，所述热丝14的两端电连接有加热电源18，所述基片台15上电连接有偏压电源19，所述基片台15安装在所述制备箱8的内底壁上，所述基片台15的底部固定安装有支撑台16，所述支撑台16内沿其高度方向开设有水冷孔道17，所述水冷孔道17的两端均穿出所述支撑台16的底部；所述均流环9的进气口上流体导通有进气管7，所述进气管7的进气端穿出所述制备箱8的底部并流体导通有制备气源，所述进气管7上沿其长度方向缠绕有螺旋管10，所述螺旋管10的一端与所述制备箱8内流体导通，所述螺旋管10的另一端穿出所述制备箱8并流体导通有真空泵11；所述基片台15上设置有钻齿安放结构，通过设置螺旋管，能够利用抽出气体的温度对气源进行预热，同时能够利用气源对抽出气体进行冷却，提高能源的利用率并提高真空泵运行的稳定性。
19.所述制备气源包括氢气气源1、甲烷气源2和氩气气源3，所述氢气气源1、所述甲烷气源2和所述氩气气源3的出气端均通过管路与输气管5的进气端流体导通，所述输气管5的出气端与所述进气管7的进气端流体导通，与所述氢气气源1、所述甲烷气源2和所述氩气气源3的连接的管路上均安装有流量控制器4和阀门6，所述输气管5上也安装有阀门6。
20.如图2、图3所示，所述钻齿安放结构包括固定杆22，所述基片台15的顶部上开设有放置孔20，所述基片台15上位于所述放置孔20的周围开设有安装孔21，所述安装孔21沿所述放置孔20的径向设置，所述安装孔21内安装有固定杆22，所述固定杆22远离所述放置孔20的一端与所述安装孔21的孔底固定连接，所述固定杆22的另一端靠近所述放置孔20的孔壁，所述固定杆22的直径小于所述安装孔21的直径，通过设置钻齿安放结构，能够便于安装和拆卸钻齿，且能够在制备过程中，保证钻齿的固定效果。
21.工作原理：制备时，先对yg10硬质合金钻齿的表面进行预处理，预处理后对钻齿的表面进行粗糙度检测，根据检测结果制备厚度为20μm，晶粒尺寸为5μm的金刚石薄膜；热丝14采用钽丝作为热源，氢气与甲烷为反应气体，氩气作为辅助气体，甲烷、氢气和氩气通过进气管7供入均流环9内混合后流出，甲烷和氢气流经2200℃热丝及其附近区域，会裂解成为氢原子、甲基等多种基团，经过复杂的气相化学反应、输运过程和表面化学反应在800℃衬底表面沉积金刚石薄膜；将预处理后的钻齿放置在基片台15，距离热丝14的距离为4-10
㎜
，制备时间为20小时；温度升高后，固定杆22受热胀作用伸长并顶紧钻齿侧壁面，对钻齿进行固定。
22.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。