CN108051445B - 一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，所述金刚石复合片包括聚晶金刚石和金刚石复合片基体，所述金刚石复合片基体中含有钴，将所述金刚石复合片完全浸泡在浓度为0.001g/L～120g/L的铜盐溶液中，浸泡30秒至5小时后取出，用水简单地轻微冲洗。本发明方法不仅可以检测出金刚石复合片内部是否存在裂纹，并且可以准确检测出内部裂纹的位置。本发明方法对金刚石复合片几乎无损伤，检测之后的金刚石复合片可以像检测之前一样继续使用，并且操作简单、方便快速、准确性高、重复性好。

Description

一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法
技术领域
本发明属于金刚石复合片质量诊断技术领域，具体涉及一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact，PDC)是一种由聚晶金刚石层覆盖在硬质合金基体表面所组成的复合材料，由金刚石微粉和硬质合金基体在超高压高温条件下合成，结合了耐磨性、韧性和可焊接性。聚晶金刚石复合片兼有聚晶金刚石极高的耐磨性以及硬质合金的高抗冲击性。金刚石层刃口锋利而且具有自锐性，能够始终保持切削刃的锐利，因此非常适用于石油和地质钻探中的软地层直至中硬地层的勘探，效果非常好。聚晶金刚石复合片中的金刚石含量高达99％，故金刚石层硬度极高、耐磨性极好，其努氏硬度为6.5×104～7.0×104MPa，甚至更高。硬质合金基体克服了聚晶金刚石硬而脆的不足，大大提高了产品整体的抗冲击韧性。硬质合金的易焊接性则解决了聚晶金刚石很难通过焊接方法与其他材料结合的难题，可以使聚晶金刚石复合片竖直镶焊在钻头上。聚晶金刚石复合片因自身性能优越，在诸多应用领域的卓越表现证明，无疑是材料科学领域具有划时代意义的发明。
通常，由碳化钨硬质合金基体与聚晶金刚石组成的聚晶金刚石复合片，兼具了聚晶金刚石的硬度、耐磨性以及硬质合金的冲击韧性，因此被广泛应用于石油钻井、地质勘探、煤田开采和木材等机械加工领域。但是金刚石复合片需要焊接到钻头胎体上才能使用，在焊接过程中需要加热到能使钎焊料熔融的高温，所以金刚石复合片基体耐热性能的好坏是衡量金刚石复合片质量的重要指标。金刚石复合片表面的裂纹可以通过肉眼观察出来，但是其内部的裂纹却无法通过肉眼观察出来。一直以来，金刚石复合片的耐热测试都是将其在空气中加热到一定温度，例如820℃，然后自然冷却到室温，再通过荧光缺陷检测(或者通过超声检测)的方法确定其内部裂纹位置，之后统计出其裂纹的分布规律。这些测试方法不仅繁琐，并且测试后的金刚石复合片不能继续使用，也就是说，通过现有的这些方法检测之后的金刚石复合片已经报废。本发明专利针对上述问题提出了有效的解决方法，可以直观的判断出金刚石复合片内部是否存在裂纹，以及裂纹出现的位置，并且检测之后的金刚石复合片可以像检测之前一样继续使用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法。预测金刚石复合片(PDC)在焊接过程中基体内部裂纹产生的位置，焊接温度为750～850℃。
本发明采用以下技术方案：
一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，所述金刚石复合片包括聚晶金刚石和金刚石复合片基体，所述金刚石复合片基体中含有钴，将所述金刚石复合片或金刚石复合片基体完全浸泡在浓度为0.001g/L～120g/L的铜盐溶液中，浸泡30秒至5小时后取出，用水简单地轻微冲洗。
如果金刚石复合片内部存在裂纹，则金刚石复合片表面会出现镀铜和未镀铜的区域，它们之间的交界处就是内部裂纹的位置，通过肉眼即可明显的观察出来，并分辨出两个区域及其交界线。如果金刚石复合片内部不存在裂纹，则金刚石复合片表面不会同时出现镀铜和未镀铜的区域，也就不会出现两个区域的交界线，只会出现镀铜的区域。
本发明提出的方法，可以预测金刚石复合片(PDC)在焊接过程中基体内部裂纹产生位置，该方法的特点在于操作简单、方便快速，并且对金刚石复合片几乎无损伤，检测之后的金刚石复合片可以继续使用。将待测金刚石复合片浸泡在铜盐水溶液中一段时间，取出后可看到金刚石复合片基体上分为镀铜和未镀铜的区域，两个区域的分界线即为金刚石复合片在焊接过程中基体裂纹产生的位置。
在本发明测试结果中镀铜区域显示为红色、浅红色、红棕色或浅红棕色，未镀铜的区域显示为其它颜色(或金刚石复合片基体本身的颜色，如亮银色、暗银色、银白色)。
进一步地，所述铜盐溶液的溶剂为水。
进一步地，所述铜盐溶液为硫酸铜溶液、氯化铜溶液、硝酸铜溶液、高氯酸铜溶液中的一种或多种。
进一步地，所述金刚石复合片基体中含有质量分数为5％～15％的钴；进一步地，所述金刚石复合片基体中含有质量分数为7％～13％的钴。
进一步地，所述金刚石复合片基体为碳化钨硬质合金基体。
优选地，浸泡时间与铜盐溶液的浓度相对应。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为30g/L～120g/L，则浸泡时间为30秒至90秒。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为5g/L～30g/L，则浸泡时间为90秒至5分钟。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为0.1g/L～5g/L，则浸泡时间为5分钟至1小时。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为0.001g/L～0.1g/L，则浸泡时间为1小时至5小时。
进一步地，所述聚晶金刚石通过超高压高温烧结在所述金刚石复合片基体上。其中，超高压高温烧结的条件可以是：压力5.0～5.5GPa、温度1300～1500℃。
进一步地，所述金刚石复合片基体含有碳化钨和钴。
优选地，浸泡时间和金刚石复合片基体中钴含量与铜盐溶液的浓度相对应。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为30g/L～120g/L，金刚石复合片基体中钴含量为5％～8％，则浸泡时间为30秒至90秒。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为5g/L～30g/L，金刚石复合片基体中钴含量为8％～10％，则浸泡时间为90秒至5分钟。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为0.1g/L～5g/L，金刚石复合片基体中钴含量为10％～12％，则浸泡时间为5分钟至1小时。
进一步地，所述铜盐溶液的浓度为0.001g/L～0.1g/L，金刚石复合片基体中钴含量为12％～15％，则浸泡时间为1小时至5小时。
本发明提出的方法，可以预测金刚石复合片(PDC)在热处理之后出现裂纹位置，将待测金刚石复合片清洗干净后浸泡在铜盐水溶液中一段时间。组织结构正常的基体(或者结构内部无裂纹的基体)中的钴和碳化钨会形成原电池，发生电化学反应，即钴作为牺牲阳极溶解在溶液中，同时将溶液中置换出的铜镀附在碳化钨的表面，而组织结构异常的基体(或者结构内部有裂纹的基体)中则不会发生。从溶液中取出金刚石复合片后可看到金刚石复合片基体上分为镀铜和未镀铜的区域。两种组织结构在高温下的膨胀系数有所差异，是基体在热处理后产生裂纹的主要原因。并且两个区域的分界线就是金刚石复合片在焊接过程中基体裂纹产生的位置。如果金刚石复合片内部没有裂纹缺陷，则不会出现镀铜和未镀铜的交界线。
本发明方法经过实际测试，在大量事先未知内部是否有缺陷的金刚石复合片中，先通过本发明方法检测，鉴别出内部有裂纹缺陷的金刚石复合片(并且识别出裂纹出现的位置)和内部无裂纹缺陷的金刚石复合片，然后再通过现有公认的荧光缺陷检测方法确定裂纹位置，结果发现本发明方法检测到的内部裂纹位置与荧光缺陷检测方法确定的裂纹位置一致，通过大量的实际测试发现本发明方法的准确性为百分之百，检测裂纹出现的位置也非常准确。
本发明的有益效果：
(1)本发明方法不仅可以检测出金刚石复合片内部是否存在裂纹，并且可以准确检测出内部裂纹的位置；
(2)本发明方法对金刚石复合片几乎无损伤，检测之后的金刚石复合片可以像检测之前一样继续使用；
(3)本发明方法操作简单、方便快速；
(4)本发明方法准确性高，重复性好。
附图说明
图1为本发明实施例1的检测结果，其中图1a为浸泡过硫酸铜溶液的金刚石复合片(1和2是镀铜和未镀铜区域的交界处)，图1b为进行耐热测试(使用荧光缺陷检测法)后的金刚石复合片(3和4为金刚石复合片内部裂纹产生的位置)。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例做进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
实施例1
一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，所述金刚石复合片包括聚晶金刚石和金刚石复合片基体，其中，所述聚晶金刚石通过高温高压烧结在所述金刚石复合片基体上。
所述金刚石复合片基体为碳化钨硬质合金基体，所述金刚石复合片基体中含有质量分数为8％～10％的钴，将所述金刚石复合片完全浸泡在浓度为10g/L的硫酸铜溶液中，浸泡2分钟后取出，用水简单地轻微冲洗，可看到金刚石复合片基体上分为镀铜和未镀铜的区域，两个区域的分界线即为金刚石复合片在焊接过程中基体内部裂纹产生的位置。
在本发明中镀铜区域显示为红色、浅红色、红棕色或浅红棕色，未镀铜的区域显示为其它颜色(或金刚石复合片基体本身的颜色，如亮银色、银白色)。
如图1所示，先将金刚石复合片通过本实施例的方法进行处理，结果见图1a，接着对该金刚石复合片进行耐热测试(使用荧光缺陷检测法)，结果见图1b。图1a为本实施例浸泡过硫酸铜溶液的金刚石复合片，其中1和2是镀铜和未镀铜区域的交界处，图1b为进行耐热测试(使用荧光缺陷检测法)后的金刚石复合片，3和4为金刚石复合片内部裂纹产生的位置。结果发现，通过本发明的方法检测到金刚石复合片基体内部有两条裂纹1和2，且检测出的内部裂纹的位置和通过耐热测试(荧光缺陷检测法)检测到的内部裂纹的位置是一致的(1准确地对应3，2准确地对应4)，由此可见，本发明的检测方法不仅可以检测出内部裂纹，并且检测到的内部裂纹位置准确。
实施例2
一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，条件与实施例1一样，不同的是将所述金刚石复合片浸泡在浓度为50g/L的硝酸铜溶液中，浸泡50秒，所述金刚石复合片基体中含有质量分数为5％～8％的钴。结果发现，通过本发明的方法检测出的内部裂纹的位置和通过耐热测试(荧光缺陷检测法)检测到的内部裂纹的位置是一致的，由此可见，本发明检测方法准确。
实施例3
一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，条件与实施例1一样，不同的是将所述金刚石复合片浸泡在浓度为1g/L的氯化铜溶液中，浸泡30分钟，所述金刚石复合片基体中含有质量分数为10％～12％的钴。结果发现，通过本发明的方法检测出的内部裂纹的位置和通过耐热测试(荧光缺陷检测法)检测到的内部裂纹的位置是一致的，由此可见，本发明检测方法准确。
实施例4
一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，条件与实施例1一样，不同的是将所述金刚石复合片浸泡在浓度为0.05g/L的高氯酸铜溶液中，浸泡1.5小时，所述金刚石复合片基体中含有质量分数为12％～15％的钴。结果发现，通过本发明的方法检测出的内部裂纹的位置和通过耐热测试(荧光缺陷检测法)检测到的内部裂纹的位置是一致的，由此可见，本发明检测方法准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。

Claims (9)

1.一种检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述金刚石复合片包括聚晶金刚石和金刚石复合片基体，所述金刚石复合片基体中含有钴，将所述金刚石复合片或金刚石复合片基体完全浸泡在浓度为0.001g/L～120g/L的铜盐溶液中，浸泡30秒至5小时后取出；其中所述金刚石复合片基体为碳化钨硬质合金基体。
2.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述铜盐溶液的溶剂为水；所述铜盐溶液的溶质为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、高氯酸铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述金刚石复合片基体含有质量分数为5％～15％的钴。
4.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述铜盐溶液的浓度为30g/L～120g/L，则浸泡时间为30秒至90秒。
5.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述铜盐溶液的浓度为5g/L～30g/L，则浸泡时间为90秒至5分钟。
6.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述铜盐溶液的浓度为0.1g/L～5g/L，则浸泡时间为5分钟至1小时。
7.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述铜盐溶液的浓度为0.001g/L～0.1g/L，则浸泡时间为1小时至5小时。
8.根据权利要求1所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述聚晶金刚石通过超高压高温烧结在所述金刚石复合片基体上。
9.根据权利要求8所述的检测金刚石复合片内部裂纹位置的方法，其特征在于，所述超高压高温烧结的压力为5.0～5.5GPa，温度为1300～1500℃。
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