CN102606083A - 一种金刚石切削刀具及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种金刚石切削刀具及其制作方法，由圆柱形合金基座和聚晶层组成，合金基座上端一侧开设一个斜面，斜面与水平面的夹角α为55～75°，斜面高度h为3～15mm，合金基座的顶面和斜面设置聚晶层，聚晶层直径与合金基座的直径相同，聚晶层的厚度H为2～3mm。其制作方法为：切削—表面处理—加压烧结。本发明所述的切削刀具能够有效抵抗泥砂和石块的冲蚀磨损作用，保证合金基座的支撑作用，耐磨性增加，是普通切削刀具寿命的5～10倍，避免频繁的更换切削刀具；钻速能够提高20～40%,节约成本10～30%。在制备过程中，合成压力较低、合成温度较低、工艺加工时间缩短，降低生产成本，提高工作效率，适应大批量规模化生产。

Description

一种金刚石切削刀具及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种超硬材料领域，确切的说是一种金刚石切削刀具及其制作方法。

背景技术

深井钻探的金刚石切削刀具是作用在开采石油或天然气的切削钻头的核心部件，要求具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击性以及良好的自锐性。合金基座的后角在切削刀具中起到支撑作用。钻探过程中由于合金基座的后角受到泥砂和石块的冲蚀磨损，导致使用时间较短，耐磨性差，切削刀具更换频繁，并且钻速较低，影响工程的进展效率，生产成本较高。目前，聚晶层与合金基座在烧结过程中，要达到深井钻探使用的要求，合成压力一般在6.5GPa 左右，合成温度一般在1500℃以上，时间一般在20～50min，合成压力大、合成温度高、工艺加工时间长，生产效率低，成本高，直接影响大批量规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石切削刀具及其制作方法，能够增加切削刀具的耐磨性、增加钻速，并且降低生产条件，节约成本。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种金刚石切削刀具，由圆柱形合金基座和聚晶层组成，合金基座上端一侧开设一个斜面，斜面与水平面的夹角α为55～75°，斜面高度h为3～15mm，合金基座的顶面和斜面设置聚晶层，聚晶层直径与合金基座的直径相同，聚晶层的厚度H为2～3mm；聚晶层是采用下述重量比的原料制成：硅粉2～3%、钴粉6～11%、铬粉2～4%、铜粉2～3%、锡粉2～3%、铁粉5～7%、锰粉1.5～2%、镍粉1.5～2%、余量为金刚石微粉。

聚晶层是采用下述重量比的原料制成:硅粉2%、钴粉8%、铬粉3%、铜粉3%、锡粉3%、铁粉6%、锰粉1.5%、镍粉1.5%、余量为金刚石微粉；斜面与水平面的夹角α为60°，斜面高度h为10mm。

一种金刚石切削刀具的制作方法，包括以下步骤：

①选取圆柱形合金基座，在合金基座上端一侧用金刚石车刀切削一个斜面，斜面与水平面的夹角α为55～75°，斜面高度h为3～15mm；     

②将步骤①制备的合金基座进行表面清洁处理：用自来水进行冲洗5min；再放置于盛有75%乙醇溶液的容器中，将容器放置于超声波清洗机中进行清洗，清洗时间为20～30min；     

③将步骤②表面清洁处理后的合金基座放置于金属杯中，金属杯内径与合金基座外径紧密配合，金属杯高度比合金基座高度高2～3mm，然后向合金基座的上表面及斜面置入混合均匀的聚晶层粉末，聚晶层粉末按照下述重量比组成：硅粉2～3%、钴粉6～11%、铬粉2～4%、铜粉2～3%、锡粉2～3%、铁粉5～7%、锰粉1.5～2%、镍粉1.5～2%、余量为金刚石微粉，合金基座上部的聚晶层粉末上平面与金属杯高度相同，盖上金属盖得到含有合金基座的金属杯；     

④将步骤③制得的含有合金基座的金属杯放置在石墨管合成腔体内加压烧结，合成压力为2.0～5.0GPa,合成温度为1000～1200℃,时间为2～8min，制得增强耐用性的金刚石切削刀具。

本发明的优点在于：本发明所述的切削刀具的合金基座的后角位置为聚晶层，聚晶层能够有效抵抗泥砂和石块的冲蚀磨损作用，保证合金基座的支撑作用，耐磨性增加，延长使用寿命，是普通切削刀具寿命的5～10倍，避免频繁的更换切削刀具，节约成本；钻速能够提高20～40%,节约成本10～30%。在制备过程中，合成压力较低、合成温度较低、工艺加工时间缩短，降低生产成本，提高工作效率，适应大批量规模化生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记：1聚晶层 2合金基座 3斜面。 

具体实施方式

一种金刚石切削刀具，由圆柱形合金基座2和聚晶层1组成，合金基座2上端一侧开设一个斜面3，斜面3与水平面的夹角α为60°，斜面3高度h为10mm，合金基座2的顶面和斜面3设置聚晶层1，聚晶层1直径与合金基座2的直径相同，聚晶层1的厚度H为3mm；聚晶层1是采用下述重量比的原料制成：硅粉2%、钴粉8%、铬粉3%、铜粉3%、锡粉3%、铁粉6%、锰粉1.5%、镍粉1.5%、余量为金刚石微粉。

一种金刚石切削刀具的制作方法，包括以下步骤：

①选取圆柱形合金基座2，在合金基座2上端一侧用金刚石车刀切削一个斜面3，斜面3与水平面的夹角α为60°，斜面3高度h为10mm；     

②将步骤①制备的合金基座2进行表面清洁处理：用自来水进行冲洗5min；再放置于盛有75%乙醇溶液的容器中，将容器放置于超声波清洗机中进行清洗，清洗时间为25min；     

③将步骤②表面清洁处理后的合金基座2放置于金属杯中，金属杯内径与合金基座2外径紧密配合，金属杯高度比合金基座高度高3mm，然后向合金基座2的上表面及斜面置入混合均匀的聚晶层粉末，聚晶层粉末按照下述重量比组成：硅粉2%、钴粉8%、铬粉3%、铜粉3%、锡粉33%、铁粉5%、锰粉1.5%、镍粉1.5%、余量为金刚石微粉，合金基座2上部的聚晶层粉末上平面与金属杯高度相同，盖上金属盖得到含有合金基座2的金属杯；     

④将步骤③制得的含有合金基座2的金属杯放置在石墨管合成腔体内加压烧结，合成压力为4.0GPa,合成温度为1500℃,时间为5min，制得增强耐用性的金刚石切削刀具。

斜面3与水平面的夹角α还可以是55°或75°。

斜面3高度h还可以是3mm或15mm。

聚晶层1的厚度H还可以是2mm或1.5mm。

聚晶层1是还可以采用下述重量比的原料制成：

（1）硅粉3%、钴粉11%、铬粉2%、铜粉2.5%、锡粉2%、铁粉5%、锰粉1.7%、镍粉1.7%、余量为金刚石微粉；     

（2）硅粉2.5%、钴粉9%、铬粉4%、铜粉2%、锡粉2.5%、铁粉7%、锰粉2%、镍粉2%、余量为金刚石微粉；     

或（3）硅粉2%、钴粉6%、铬粉3%、铜粉2.5%、锡粉2.7%、铁粉6.5%、锰粉1.5%、镍粉1.5%、余量为金刚石微粉。

上述步骤④的合成压力还可以为2.0GPa、3.0GPa或5.0GPa,合成温度还可以为1000℃、1100℃或1200℃,时间为2min、6min或8min。

本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (4)

1.一种金刚石切削刀具，由圆柱形合金基座（2）和聚晶层（1）组成，其特征在于：合金基座（2）上端一侧开设一个斜面（3），斜面（3）与水平面的夹角α为55～75°，斜面（3）高度h为3～15mm，合金基座（2）的顶面和斜面（3）设置聚晶层（1），聚晶层（1）直径与合金基座（2）的直径相同，聚晶层（1）的厚度H为2～3mm。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石切削刀具，其特征在于：聚晶层（1）是采用下述重量比的原料制成：硅粉2～3%、钴粉6～11%、铬粉2～4%、铜粉2～3%、锡粉2～3%、铁粉5～7%、锰粉1.5～2%、镍粉1.5～2%、余量为金刚石微粉。

3.根据权利要求2所述的一种金刚石切削刀具，其特征在于：聚晶层（1）是采用下述重量比的原料制成:硅粉2%、钴粉8%、铬粉3%、铜粉3%、锡粉3%、铁粉6%、锰粉1.5%、镍粉1.5%、余量为金刚石微粉；斜面（3）与水平面的夹角α为60°，斜面（3)高度h为10mm。

4.权利要求2所述的一种金刚石切削刀具的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：    

 ①选取圆柱形合金基座（2），在合金基座（2）上端一侧用金刚石车刀切削一个斜面（3），斜面（3）与水平面的夹角α为55～75°，斜面（3）高度h为3～15mm；     

②将步骤①制备的合金基座（2）进行表面清洁处理：用自来水进行冲洗5min；再放置于盛有75%乙醇溶液的容器中，将容器放置于超声波清洗机中进行清洗，清洗时间为20～30min；     

③将步骤②表面清洁处理后的合金基座（2）放置于金属杯中，金属杯内径与合金基座（2）外径紧密配合，金属杯高度比合金基座高度高2～3mm，然后向合金基座（2）的上表面及斜面置入混合均匀的聚晶层粉末，聚晶层粉末按照下述重量比组成：硅粉2～3%、钴粉6～11%、铬粉2～4%、铜粉2～3%、锡粉2～3%、铁粉5～7%、锰粉1.5～2%、镍粉1.5～2%、余量为金刚石微粉，合金基座（2）上部的聚晶层粉末上平面与金属杯高度相同，盖上金属盖得到含有合金基座（2）的金属杯；     

④将步骤③制得的含有合金基座（2）的金属杯放置在石墨管合成腔体内加压烧结，合成压力为2.0～5.0GPa,合成温度为1000～1200℃,时间为2～8min，制得增强耐用性的金刚石切削刀具。