一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，属于油气钻井领域，在金刚石止推轴承上下摩擦副中的每一片脱钴聚晶金刚石复合片表面形成有由相交的第一沟槽和第二沟槽构成仿贝壳条纹表面织构；将脱钴与表面仿生织构在金刚石止推轴承表面相结合，从而使金刚石止推轴承具有减阻润滑的低摩擦系数和低磨损率的特性，在复杂钻井工况下具有容纳和排除磨屑及岩屑、增加润滑液膜厚度以避免摩擦副直接接触、降低表面温度、提高耐热性和润滑的作用，减缓了金刚石止推轴承的聚晶金刚石复合片表面因机械磨损和热磨损而造成的金刚石止推轴承失效，提高了金刚石止推轴承的寿命，提高了钻具工作的可靠性。提高了钻具工作的可靠性。提高了钻具工作的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承


[0001]本专利技术属于油气钻井领域，具体地，涉及一种油气钻井钻具用具有表面织构的金刚石止推轴承。

技术介绍

[0002]金刚石止推轴承用于螺杆钻具、涡轮钻具和旋转导向钻具，是井下钻具的关键部件之一。在高荷载、高转速以及钻井液中岩屑颗粒的多重作用下，金刚石止推轴承容易因发生机械磨损和热磨损而导致失效，由此钻井行业面临金刚石止推轴承寿命低，钻井时需要频繁起下钻具以更换金刚石止推轴承，以及金刚石止推轴承故障导致的振动、效率低、断轴、轴机械密封损坏等不利影响。金刚石止推轴承的可靠性和寿命已经成为制约井下钻具发展的关键所在。

技术实现思路

[0003]针对现有金刚石止推轴承存在的问题，本专利技术的目的是提供了一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，在降低机械磨损和热磨损失效的同时，还能够使金刚石止推轴承具有减阻润滑的能力，从而提高金刚石止推轴承的寿命和可靠性。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：本专利技术提出了一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，在金刚石止推轴承上下摩擦副中的每一片脱钴聚晶金刚石复合片表面形成有仿贝壳条纹表面织构；所述仿贝壳条纹表面织构由相交的第一沟槽和第二沟槽形成，第一沟槽为以同心圆的形式等间隔排列的圆形沟槽，且该间隔等于靠近脱钴聚晶金刚石复合片圆心的第一个圆形沟槽的半径；第二沟槽呈放射状布置。
[0005]所述的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，包括：不锈钢轴承体及脱钴聚晶金刚石复合片，所述脱钴聚晶金刚石复合片由作为工作层的聚晶金刚石表层和作为支撑层的硬质合金衬底组成，对聚晶金刚石表层进行脱钴处理，聚晶金刚石表层的表面具有脱钴层，并在脱钴层表面形成有仿贝壳条纹表面织构。
[0006]进一步，所述不锈钢轴承体表面设有周向分布的圆孔，圆孔直径大于脱钴聚晶金刚石复合片的直径，所述圆孔的深度小于脱钴聚晶金刚石复合片的高度，以使聚晶金刚石表层凸出于不锈钢轴承体表面。
[0007]进一步，所述脱钴聚晶金刚石复合片嵌入并固定在所述圆孔内，并且所有聚晶金刚石表层凸出于不锈钢轴承体表面的高度相同。
[0008]进一步，所述脱钴聚晶金刚石复合片的中心脱钴深度为500μm～1000μm，边缘脱钴深度为800μm～1700μm。
[0009]进一步，所述第一沟槽的宽度L1取值范围是50μm～150μm、深度h1取值范围是50μm～400μm，且仿贝壳条纹表面织构中所有第一沟槽的宽度相同、深度相同。
[0010]进一步，所述第二沟槽的宽度L2与第一沟槽的宽度L1相同，第二沟槽的深度h2分为两种情况，第一种情况是第二沟槽的深度h2与第一沟槽的深度h1相同，第二种情况是第二沟
槽的底部具有坡度，沿着脱钴聚晶金刚石复合片的径向方向从内向外深度逐渐加深，坡度为i，i=1%～6%，第二沟槽的最浅深度S1的取值范围是50μm～400μm、最深深度S2的取值范围是400μm～800μm；且第二沟槽的最浅深度S1和最深深度S2需满足所述坡度的计算范围。底部具有坡度的第二沟槽，更有利于在金刚石止推轴承工作时将残留的磨屑和岩屑及时排出，以减少聚晶金刚石复合片表面的磨粒磨损所造成的机械损伤。
[0011]进一步，最靠近脱钴聚晶金刚石复合片圆心的第一沟槽的半径R1=500μm～2000μm，且沿着脱钴聚晶金刚石复合片的径向方向从内向外，相邻两个第一沟槽中后一个第一沟槽比前一个第一沟槽的半径大500μm～2000μm；即第n+1个第一沟槽的内径为R
n+1
，R
n+1
=R1+ΔR*n，n为正整数，ΔR取值范围为500μm～2000μm。
[0012]进一步，相邻两个第二沟槽之间的夹角≤90
°
。
[0013]进一步，所述仿贝壳条纹表面织构的织构面积率=脱钴聚晶金刚石复合片表面织构沟槽的表面积/脱钴聚晶金刚石复合片总表面积，所述金刚石止推轴承中仿贝壳条纹表面织构的织构面积率为3%～32%。
[0014]通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术选用合理脱钴深度的脱钴聚晶金刚石复合片，通过在金刚石止推轴承上下摩擦副的脱钴聚晶金刚石复合片表面制备微米级仿贝壳条纹织构化形貌，将脱钴与表面仿生织构在金刚石止推轴承表面相结合，充分发挥表面织构的减少阻力特性和脱钴处理之后的聚晶金刚石复合片增加耐磨性的效果。从而使金刚石止推轴承具有减阻润滑的低摩擦系数和低磨损率的特性，在复杂钻井工况下具有容纳和排除磨屑及岩屑、增加润滑液膜厚度以避免摩擦副直接接触、降低表面温度、提高耐热性和润滑的作用，减缓了金刚石止推轴承的聚晶金刚石复合片表面因机械磨损和热磨损而造成的金刚石止推轴承失效，提高了金刚石止推轴承的寿命，提高了钻具工作的可靠性。
附图说明
[0015]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术提出的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承的示意图；图2为本专利技术提出的金刚石止推轴承上具有仿贝壳条纹表面织构的脱钴金刚石复合片示意图；图3为本专利技术提出的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承的剖视图；图4为本专利技术实施例一中仿贝壳条纹表面织构在脱钴聚晶金刚石复合片表面分布的示意图；图5为本专利技术实施例一中仿贝壳条纹表面织构中单个第一沟槽截面示意图；图6为本专利技术实施例一与表面未织构未脱钴金刚石止推轴承之间的摩擦系数对比图；图7为本专利技术实施例二的仿贝壳条纹表面织构在脱钴聚晶金刚石复合片表面分布的示意图；图8为本专利技术实施例二的底部具有坡度的第二沟槽截面图；图9为本专利技术实施例二的底部具有坡度的第二沟槽左视图；
图10为根据本专利技术实施例二提供的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承与表面未织构未脱钴金刚石止推轴承之间的摩擦系数对比图；图中各标记如下：1为不锈钢轴承体；2为圆孔；3为聚晶金刚石表层；4为硬质合金衬底；5为第一沟槽；6
‑
第二沟槽。
实施方式
[0016]为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程和元件并没有详细叙述。
[0017]实施例一：本实施例提供了一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，如图1和图3所示。于金刚石止推轴承上下摩擦副中的每一片脱钴聚晶金刚石复合片表面形成仿贝壳条纹表面织构，所述仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承包括不锈钢轴承体1及脱钴聚晶金刚石复合片，如图2所示，所述脱钴聚晶金刚石复合片由作为工作层的聚晶金刚石表层3和作为支撑层的硬质合金衬底4组成，对聚晶金刚石表层3进行脱钴处理，聚晶金刚石表层3的表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，其特征在于，在金刚石止推轴承上下摩擦副中的每一片脱钴聚晶金刚石复合片表面形成有仿贝壳条纹表面织构；所述仿贝壳条纹表面织构由相交的第一沟槽和第二沟槽形成，第一沟槽为以同心圆的形式等间隔排列的圆形沟槽，且该间隔等于靠近脱钴聚晶金刚石复合片圆心的第一个圆形沟槽的半径；第二沟槽呈放射状布置。2.根据权利要求1所述的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，其特征在于，包括：不锈钢轴承体（1）及脱钴聚晶金刚石复合片，所述脱钴聚晶金刚石复合片由作为工作层的聚晶金刚石表层（3）和作为支撑层的硬质合金衬底（4）组成，聚晶金刚石表层（3）的表面具有脱钴层，并在脱钴层表面形成有仿贝壳条纹表面织构。3.根据权利要求2所述的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，其特征在于，所述不锈钢轴承体（1）表面设有周向分布的圆孔（2），圆孔（2）直径大于脱钴聚晶金刚石复合片的直径，所述圆孔（2）的深度小于脱钴聚晶金刚石复合片的高度，以使聚晶金刚石表层（3）凸出于不锈钢轴承体（1）表面。4.根据权利要求3所述的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，其特征在于，所述脱钴聚晶金刚石复合片嵌入并固定在所述圆孔（2）内，并且所有聚晶金刚石表层（3）凸出于不锈钢轴承体（1）表面的高度相同。5.根据权利要求1所述的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，其特征在于，所述脱钴聚晶金刚石复合片的中心脱钴深度为500μm～1000μm，边缘脱钴深度为800μm～1700μm。6.根据权利要求1所述的仿贝壳条纹的表面织构脱钴金刚石止推轴承，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝昌，云佳琪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：