CN201202408Y - 表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片 - Google Patents

表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，由聚晶金刚石层和硬质合金层在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面有沟槽，其中，沟槽与相邻沟槽之间形成封闭或不封闭的平台。沟槽可为辐射状、网格状或其它形状；沟槽的槽长可相同或不同，槽深可以小于、等于或大于聚晶金刚石层厚度；沟槽与相邻沟槽可相连，形成呈U型、半圆型或半椭圆型的平台。沟槽使聚晶金刚石层表面形成多个平台，阻止了裂纹在整个聚晶金刚石层的扩展，在经受冲击时，聚晶金刚石层脱落面积大幅度减少，大大增加了聚晶金刚石硬质合金复合片的使用寿命，同时，沟槽与沟槽间的平台释放了复合片中的内应力，防止聚晶金刚石层与硬质合金层出现分层。

Description

表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片
技术领域：
本实用新型涉及超硬材料领域，尤其涉及一种石油钻井等钻探用的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片。
背景技术：
聚晶金刚石硬质合金复合片由表层的聚晶金刚石层和底层的金属碳化物/钴硬质合金层通过高温高压复合而成。聚晶金刚石层具有硬度高，耐磨性好的特点，而硬质合金又从整体上提高了复合材料的柔韧性和可焊性。这种材料被大量用于制造石油地质钻头的切削齿。由于在井下使用时，硬质合金总是先于聚晶金刚石层磨损，所以聚晶金刚石硬质合金复合片始终保持良好的自锐性，施加很低的钻压力就能得到较高的机械钻速。但是在使用中，由于复杂地质条件对聚晶金刚石硬质合金复合片的影响，聚晶金刚石硬质合金复合片有时会开裂，大大降低复合片的使用寿命，这种开裂可能发生在硬质合金层，硬质合金层与聚晶金刚石层的界面，也可能发生在聚晶金刚石层。
硬质合金层的开裂可通过增加硬质合金的强韧化等方法来解决。硬质合金层与聚晶金刚石层的界面的开裂问题，主要是由于硬质合金与聚晶金刚石的热膨胀系数相差较大，存在较大的内应力以及硬质合金层与聚晶金刚石层结合力较小等原因造成。解决方法包括在硬质合金层上刻槽以便增加与聚晶金刚石层的结合力调节硬质合金层与聚晶金刚石层的厚度比例等等。而聚晶金刚石层的破裂，则是由微裂纹开始，钻头在掘进过程中，由于地质结构变化，掘进面聚晶金刚层会不断受到不均衡的冲击力，这会导致在聚晶金刚石层，特别是聚晶金刚石层边界出现微小的裂纹。这些裂纹会不断扩展，直到贯穿整个聚晶金刚石层，或者裂纹延伸到聚晶金刚石层表面或硬质合金层中，造成大面积的聚晶金刚石层或者连接有硬质合金层的聚晶金刚石层从聚晶金刚石硬质合金复合片脱落，使之失效。
实用新型内容：
本实用新型的目的是针对现有聚晶金刚石硬质合金复合片的缺点，提供一种表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，可有效阻断裂纹扩展，防止聚晶金刚石层大面积脱落，提高聚晶金刚石硬质合金复合片的使用寿命。
本实用新型的技术方案是以下述方法实现的：
一种表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，由硬质合金层和聚晶金刚石层在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面有沟槽，其中，所述的沟槽与相邻沟槽之间形成封闭或不封闭的平台。
所述的沟槽可为辐射状、网格状或其他形状。
所述的沟槽为径向辐射状沟槽。
所述的沟槽与相邻沟槽之间形成均等的封闭或不封闭的平台。
所述的沟槽的槽深可以小于、等于或大于聚晶金刚石层。
所述的沟槽与相邻沟槽的槽长可相同或不同。
所述的沟槽与相邻沟槽可相连，形成呈U型、半圆型或半椭圆型的平台。
本实用新型的积极效果是：
本表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，由于在聚晶金刚石层表面刻有一定深度的沟槽，使聚晶金刚石层表面分成多个平台，这些沟槽阻止了裂纹在整个聚晶金刚石层扩展，在经受相同大小的冲击时，聚晶金刚石层脱落面积大幅度减少，大大增加了聚晶金刚石硬质合金复合片的使用寿命，同时，沟槽与沟槽间的平台释放了复合片中的内应力，防止聚晶金刚石层与硬质合金层出现分层。
附图说明：
图1为本实用新型以圆心为中心的辐射状沟槽结构示意图。
图2为本实用新型与以圆心为中心的辐射状沟槽成一定角度的沟槽的结构示意图。
图3为本实用新型的网格状沟槽结构示意图。
图4为本实用新型的以圆心为中心的长短交错排列的辐射状沟槽结构示意图。
图5为本实用新型的U型沟槽结构示意图。
图6为本实用新型深度与金刚石层厚度相等的沟槽结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：
实施例1、
由图1、图2可以看出，本表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片由硬质合金层1和聚晶金刚石层2在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面刻有十八条沟槽4，沟槽4以聚晶金刚石层2表面的圆心为中心，呈径向辐射状均匀分布；也可相对于圆心以15°角呈辐射状均匀分布在聚晶金刚石层2表面，沟槽4与相邻沟槽之间至少为一均等面积的平台3，沟槽4与相邻沟槽的槽深与槽长均相同。
实施例2、
由图3可以看出，本表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片由硬质合金层1和聚晶金刚石层2在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面刻有沟槽4，沟槽4为均匀分布的纵向与横向沟槽交叉构成的网格状沟槽。
实施例3、
由图4可以看出，本表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片由硬质合金层1和聚晶金刚石层2在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面刻有十八条沟槽4，沟槽4为以聚晶金刚石层2表面的圆心为中心，长短交替排列，呈径向辐射状均匀分布。
实施例4、
由图5可以看出，本表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片由硬质合金层1和聚晶金刚石层2在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面，以聚晶金刚石层2表面的圆心为中心，呈辐射状等角度刻划十八组沟槽4，而每组沟槽4呈倒“U”型，形成十八个近似梯形的平台3。
实施例5、
由图6可以看出，本表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片由硬质合金层1和聚晶金刚石层2在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层刻有沟槽4，沟槽4为均匀分布的纵向与横向沟槽交叉构成的网格状沟槽，沟槽4的槽深与聚晶金刚石层2的厚度相同。

Claims (7)

1、一种表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，由硬质合金层(1)和聚晶金刚石层(2)在高温高压下复合而成，聚晶金刚石层表面有沟槽(4)，其特征在于：所述的沟槽与相邻沟槽之间形成封闭或不封闭的平台(3)。
2、根据权利要求1所述的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述的沟槽(4)可为辐射状、网格状。
3、根据权利要求1所述的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述的沟槽(4)为径向辐射状沟槽。
4、根据权利要求1所述的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述的沟槽(4)与相邻沟槽之间形成均等的封闭或不封闭的平台(3)。
5、根据权利要求1所述的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述的沟槽(4)的槽深可以小于、等于或大于聚晶金刚石层(2)。
6、根据权利要求1所述的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述的沟槽(4)与相邻沟槽的槽长可相同或不同。
7、根据权利要求1所述的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述的沟槽(4)与相邻沟槽可相连，形成呈U型、半圆型或半椭圆型的平台(3)。
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