一种聚晶金刚石复合片及其硬质合金基体制造技术

本实用新型专利技术涉及一种聚晶金刚石复合片及其硬质合金基体。其中硬质合金基体包括圆柱状基体，圆柱状基体的结合端端面上成型有大量点状的凸起结构，凸起结构在结合端端面上的一特定区域内均匀密布，特定区域与结合端同心布置，且特定区域的边缘靠近结合端的外边缘设置。本实用新型专利技术的硬质合金基体通过在结合端上设置均匀密布的凸起结构，改变了现有的聚晶金刚石复合片的硬质合金基体端部凸起的形状、尺寸以及分布方式，提高了两者之间的结合力，而且两者之间的结合强度分布较为均匀；此外，点状凸起结构的均匀密布设置，也提高了硬质合金基体中Co元素的扩散，极大的提高了两者之间的界面结合力，显著提高了聚晶金刚石复合片的抗冲击性能。冲击性能。冲击性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石复合片及其硬质合金基体


[0001]本技术涉及钻头领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片及其硬质合金基体。

技术介绍

[0002]随着油井钻探的深入，深层地下的工况环境变得越来越复杂，这就对钻头的抗冲击能力以及耐磨性提出了更好的要求，而钻头主要通过其上镶嵌的聚晶金刚石复合片对地下岩层进行切削，因此，聚晶金刚石复合片的耐磨性和抗冲击性对于钻头的切削能力和寿命起着决定性作用。目前市场上应用的聚晶金刚石复合片在实际工作中因钻头的高速运转和冲击，易出现因抗冲击能力不足导致的崩齿、断齿等问题，导致钻探效率大大降低。
[0003]聚晶金刚石复合片包括柱状硬质合金基体以及处于硬质合金基体端面的聚晶金刚石层，硬质合金基体用于固定在钻头胎体上，聚晶金刚石层用于进行破岩切削。硬质合金基体与聚晶金刚石在高温高压经过烧结而成，两种材料的差异直接导致了其不同的热膨胀系数，选用合适的烧结温度曲线以及合适形状的结合界面可以有效地解决两者在高温高压状态下的界面结合问题，进而提升聚晶金刚石复合片的抗冲击性能。
[0004]结构界面的形状和结构能够影响高温高压烧结条件下硬质合金基体与聚晶金刚石的界面应力，直接影响硬质合金基体与聚晶金刚石层的结合效果和结合力，进而影响聚晶金刚石复合片的抗冲击性能。因此，目前也有不少厂家对硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合界面做出不同的设计。如授权公告号为CN214616377U的中国技术专利所公开的高抗脱层聚晶金刚石复合片，其硬质合金基体的端面上设有同心的多道凸起环筋，凸起环筋的中心设有凸点，每道凸起环筋上均设有V形槽，如此在硬质合金基体与金刚石层结合时，增大了两者之间的接触面积，进而提高了两者之间的结合强度。
[0005]但是这种复合片聚晶金刚石层与硬质合金基体之间从中部到边缘的结合强度并不均匀，而且仅通过提高聚晶金刚石层与硬质合金基体之间的接触面积，对于结合强度的提升比较有限。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片，用以解决现有的聚晶金刚石复合片的硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合强度分布不均、结合强度有限的问题；同时，本技术还提供了一种硬质合金基体，用以解决现有的硬质合金基体制得的聚晶金刚石复合片中，硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合强度分布不均、结合强度有限的问题。
[0007]硬质合金基体包括圆柱状基体，圆柱状基体的一端为用于与聚晶金刚石层结合的结合端，结合端端面上成型有大量点状的凸起结构，所述凸起结构在结合端端面上的一特定区域内均匀密布，所述特定区域与结合端同心布置，特定区域的形状为中心对称形状，所述特定区域的边缘靠近结合端的外边缘设置。
[0008]本技术的硬质合金基体通过在结合端上设置均匀密布的凸起结构，改变了现
有的聚晶金刚石复合片的硬质合金基体端部凸起的形状、尺寸以及分布方式，不仅进一步增大了硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的接触面积，提高了两者之间的结合力，而且两者之间的结合强度分布较为均匀；此外，预料不到的是，点状凸起结构的均匀密布设置，也提高了硬质合金基体中Co元素的扩散，进而使得聚晶金刚石层与硬质合金基体更加有效的结合在一起，极大的提高了两者之间的界面结合力，显著提高了聚晶金刚石复合片的抗冲击性能。
[0009]进一步的，凸起结构顶端的径向尺寸小于其底部的径向尺寸。这种结构能够便于聚晶金刚石层充分伸入到相邻凸起结构之间的间隙内，保证两者之间紧密结合不留间隙，进而提高两者之间的结合力。
[0010]进一步的，所述凸起结构在所述特定区域内呈网格状分布，所述凸起结构截面形状为矩形，凸起结构的外侧面为从结合端端面向上倾斜延伸的斜面。这种结构形式的凸起结构形状规则，分布规则，不仅保证了聚晶金刚石层与硬质合金基体之间结合强度比较均匀，而且硬质合金基体的制造加工也较为方便。
[0011]进一步的，相邻两个凸起结构的相对侧面之间的夹角为30
°‑
90
°
。这样的夹角范围，既能够便于硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的紧密结合，又能够降低硬质合金基体端部的制造，兼顾了硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合强度以及加工制造成本。
[0012]进一步的，所述凸起结构在所述特定区域内呈网格状分布。这样的分布形式，便于硬质合金基体的加工制造，而且能够使硬质合金基体与聚晶金刚石层之间各部分的结合状态保持一致，能够提高两者之间各处结合强度的均匀性。
[0013]进一步的，相邻两个凸起结构的相对的两外侧面的底部通过底部圆角圆滑过渡连接。这样能够在硬质合金基体和聚晶金刚石层结合后，两者之间的传力更加均匀分散，避免出现严重的应力集中，提高复合片的抗冲击性能。
[0014]进一步的，所述所述底部圆角的半径处于0.5
‑
1.0mm之间。底部圆角处于该范围内，保证凸起结构具有较高的密度，保证了聚晶金刚石层与硬质合金基体之间具有较大的结合面积，而且也提升了Co元素的扩散效果，提高了两者之间的结合力。
[0015]进一步的，所述凸起结构具有顶部平面，所述顶部平面与外侧面之间通过顶部圆角圆滑过渡连接。凸起结构通过设置顶部平面以及顶部圆角，消除了顶部尖角结构，避免聚晶金刚石层与硬质合金基体结合后出现应力集中，提高了复合片的抗冲击性能。
[0016]进一步的，所述顶部圆角的半径处于0.5
‑
1.0mm之间。将顶部圆角设置在该范围，既不会因为半径过小而在凸起结构的顶部边缘形成棱角，也不会因为半径过大而弱化结合面之间的凹凸配合，使硬质合金基体与聚晶金刚石层之间结合效果较好。
[0017]进一步的，所述凸起结构的顶部与结合端端面之间的距离处于0.5
‑
1.0mm之间。这样既不会使凸起结构的长径比较大而削弱凸起结构的强度，也不会因为凸起结构的长径比较小而弱化结合面之间的凹凸配合，使硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的结合效果较好。
[0018]进一步的，所述特定区域为圆形区域，这样与圆柱状基体的外形相匹配，在圆周方向，聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合强度保持一致。
[0019]一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及处于硬质合金基体端部的聚晶金刚石层，所述硬质合金基体包括圆柱状基体，圆柱状基体的一端为用于与聚晶金刚石层结
合的结合端，结合端端面上成型有大量点状的凸起结构，所述凸起结构在结合端端面上的一特定区域内均匀密布，所述特定区域与结合端同心布置，且所述特定区域的边缘靠近结合端的外边缘设置。
[0020]本技术的复合片的硬质合金基体通过在结合端上设置均匀密布的凸起结构，改变了现有的聚晶金刚石复合片的硬质合金基体端部凸起的形状、尺寸以及分布方式，不仅进一步增大了硬质合金基体与聚晶金刚石层之间的接触面积，提高了两者之间的结合力，而且两者之间的结合强度分布较为均匀；此外，预料不到的是，点状凸起结构的均匀密布设置，也提高了硬质合金基体中Co元素的扩散，进而使得聚晶金刚石层与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金基体，包括圆柱状基体（1），圆柱状基体（1）的一端为用于与聚晶金刚石层结合的结合端，其特征是，结合端端面（10）上成型有大量点状的凸起结构（11），所述凸起结构（11）在结合端端面（10）上的一特定区域内均匀密布，所述特定区域与结合端同心布置，特定区域的形状为中心对称形状，所述特定区域的边缘靠近结合端的外边缘设置，所述凸起结构（11）的顶部与结合端端面（10）之间的距离处于0.5
‑
1.0mm之间。2.根据权利要求1所述的硬质合金基体，其特征是，凸起结构（11）顶端的径向尺寸小于其底部的径向尺寸。3.根据权利要求2所述的硬质合金基体，其特征是，所述凸起结构（11）在所述特定区域内呈网格状分布，所述凸起结构（11）截面形状为矩形，凸起结构（11）的外侧面为从结合端端面（10）向上倾斜延伸的斜面。4.根据权利要求3所述的硬质合金基体，其特征是，相邻两个凸起结构（11）的相对侧面之间的夹角为30
°
~90
°
。5.根据权利要求1所述的硬质合金基体，其特征是，所述凸起结构（11）在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦程，高上攀，赵东鹏，方海江，高华，
申请(专利权)人：河南四方达超硬材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：