Estudo da molhabilidade de ligas de adição à base de prata sobre insertos cerâmicos para aplicação em brocas perfuração de poços de petróleo

Metal-ceramic interfaces are present in tricone drill bits with hard ceramic inserts for oil well drilling operations. The combination of actions of cutting, crushing and breaking up of rocks results in the degradation of tricone drill bits by wear, total or partial rupture of the drill bit body or the ceramic inserts, thermal shock and corrosion. Also the improper pressfitting of the ceramic inserts on the bit body may cause its total detachment, and promote serious damages to the drill bit. The improvement on the production process of metal-ceramic interfaces can eliminate or minimize some of above-mentioned failures presented in tricone drill bits, optimizing their lifetime and so reducing drilling metric cost. Brazing is a widely established technique to join metal-ceramic materials, and may be an excellent alternative to the common mechanical press fitting process of hard ceramic inserts on the steel bit body for tricone drill bit. Wetting phenomena plays an essential role in the production of metal/ceramic interfaces when a liquid phase is present in the process. In this work, 72Silver-28Copper eutectic based brazing alloys were melted onto zirconia, silicon nitride and tungsten carbide/Co substrates under high vacuum. Contact angle evolution was measured and graphically plotted, and the interfaces produced were analysed by SEM-EDX. The AgCu eutectic alloy did not wet any ceramic substrates, showing high contact angles, and so without chemical interaction between the materials. Better results were found for the systemns containing 3%wt of titanium in the AgCu alloy. The presence os titanium as a solute in the alloy produces wettable cand termodinamically stable compounds, increasing the ceramics wetting beahviour

Interfaces Metal-Cerâmica estão presentes em brocas tricônicas de insertos cerâmicos duros para utilização em perfuração de poços de petróleo. A ação combinada de corte, esmagamento e desagregação de rochas causa degradação e falhas nas brocas, as quais estão relacionadas ao desgaste, à fratura total ou parcial do corpo da broca ou dos insertos, choque térmico, corrosão. Também o deficiente encaixe mecânico dos insertos cerâmicos nos cones da broca pode dar origem ao seu destacamento e provocando uma série de danos à broca. O aprimoramento no processo de produção de interfaces metal-cerâmica pode eliminar ou minimizar algumas das falhas acima mencionadas nas brocas tricônicas, otimizando o seu tempo de vida útil, e portanto, reduzindo o custo métrico de perfuração. A brasagem é uma técnica bastante conhecida para união de metais e cerâmicos, podendo ser uma excelente alternativa ao processo comum de encaixe mecânico dos insertos cerâmicos no corpo de aço da broca. O fenómeno da molhabilidade tem um papel fundamental na produção de uniões metal-cerâmica quando uma fase líquida está presente no processo. Neste trabalho, ligas de adição com base no eutético 72Prata-28Cobre foram fundidas sobre substratos de zircônia, nitreto de silício e carbeto de tungsténio/Co, em alto vácuo. A evolução do ângulo de contato foi registrada graficamente, e as interfaces geradas analisadas por MEV-EDX. A liga eutética AgCu não molhou qualquer um dos substratos cerâmicos, revelando elevados ângulos de contato e sem qualquer interação química entre os materiais. Os melhores resultados foram encontrados para os sistemas contendo 3%wt titânio na liga AgCu. A presença de titânio na forma de soluto favorece a formação de compostos molháveis termodinamicamente estáveis, aumentando significativamente a condição de molhabilidade das cerâmicas