CN210483546U - 一种抗冲击聚晶金刚石复合齿 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体和表层金刚石层，所述表层金刚石层固设在硬质合金基体的上端，与所述表层金刚石层结合的硬质合金基体的结合面上均匀设置若干个凹陷，所述凹陷内填充结合金刚石层。本实用新型针对复合齿在使用过程中因金刚石层冲击破碎或疲劳失效剥落而过早失效的问题，以硬质合金作为基础框架，以聚晶金刚石作为工作元件，使复合齿既具有硬质合金的抗冲击性能优势，又具有金刚石耐磨性。即使表层金刚石层被磨削掉或疲劳失效剥掉，露出金刚石和硬质合金的结合体，此时金刚石复合齿依然可以继续工作，大幅提升了复合齿的使用寿命，达到耐磨和冲击匹配性更佳的目的。

Description

一种抗冲击聚晶金刚石复合齿

技术领域

本实用新型属于超硬复合材料技术领域，更具体地，涉及一种抗冲击聚晶金刚石复合齿。

背景技术

金刚石复合齿是经高温超高压烧结工艺制成的由金刚石层和硬质合金基体组成的复合材料。由于它既具有天然金刚石的硬度与耐磨性，同时又兼具硬质合金的强度，故金刚石复合齿在石油、地质勘探开采中获得广泛应用。

在地下资源钻探工程中，最常见的钻井钻头有三牙轮钻头和聚晶金刚石复合片钻头两种，由于金刚石复合齿单价较高，因此在三牙轮钻头或混合钻头上使用时，是和硬质合金齿混合布齿，只在关键部位布上一定比例的金刚石复合齿，以提高钻头耐磨性；由于金刚石材料特性，常规复合齿抗冲击性能低于硬质合金。金刚石复合齿用在矿山开采、巷道掘进以及“打炮眼”等方面，目前存在的主要问题仍是抗冲击性能不足的问题，失效的主要形式为金刚石层崩块、碎齿为主，如能进一步提高复合齿的抗冲击性能，在矿用领域的应用范围将更广，使用寿命将更久。

现有技术公开了申请号为：201721121217.3的一种抗冲击型金刚石复合片，包括金刚石层和硬质合金基体，其中，与金刚石层结合的所述硬质合金基体的结合面具有至少3个同心圆台面，同心圆台面由所述结合面的中心向结合面的边缘依次形成台阶，除直径最小的同心圆台面之外的其他同心圆台面的表面设置有从结合面的中心向边缘延伸的凹槽，金刚石层和硬质合金基体之间还设置有缓冲层。该方法通过在结合面设置同心圆台面以及同心圆台面上的凹槽，提高金刚石层和硬质合金基体之间的结合力并减小金刚石层和硬质合金基体之间的残余应力，同时，在金刚石层和硬质合金基体之间设置缓冲层使得金刚石层和硬质合金基体之间的残余应力最小化，从而使得金刚石复合片具有优异的抗冲击性能。虽然此复合片结构复杂，抗冲击性得到一定程度的提高，但是仍然存在金刚石层崩片的风险，从而使整个复合片失效。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，该复合齿在保持金刚石耐磨性的同时，能进一步提升复合齿的抗冲击性能，达到耐磨和冲击匹配性更佳的目的，大幅提升复合齿的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体和表层金刚石层，所述表层金刚石层固设在硬质合金基体的上端，与所述表层金刚石层结合的所述硬质合金基体的结合面上均匀设置若干个凹陷，所述凹陷内填充结合金刚石层。

进一步地，所述表层金刚石层厚度为0.1-5mm。

进一步地，所述凹陷为圆孔或条形凹槽。

更进一步地，所述圆孔的深度为0.1-5mm，直径为1-5mm。

更进一步地，所述条形凹槽的深度为0.1-5mm，宽度为1-5mm。

进一步地，所述硬质合金基体和表层金刚石层均为圆柱体，所述表层金刚石层的上端外缘设置有凸形曲面的切削刃，所述表层金刚石层的凸形曲面分别与表层金刚石层上端面和下端外壁光滑过渡连接。

进一步地，所述表层金刚石层与硬质合金基体的结合面为圆锥面，所述表层金刚石层的上端面为圆锥面，所述表层金刚石层的下端与硬质合金基体的上端面光滑过渡连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本实用新型提供的抗冲击聚晶金刚石复合齿，解决了复合齿在使用过程中因金刚石层冲击破碎或疲劳失效剥落而过早失效的问题，在保持金刚石耐磨性的同时，进一步提升复合齿的冲击性能，达到耐磨和冲击匹配性更佳的目的。

(2)本实用新型的金刚石复合齿采用硬质合金作为基础框架，聚金金刚石作为工作元件，既具有硬质合金的抗冲击性能优势，又具有金刚石耐磨性。该复合齿表层金刚石层表面被磨削掉或疲劳失效剥掉时，露出金刚石和硬质合金的结合体，此时金刚石复合齿可以继续工作，大幅提升复合齿的使用寿命。

(3)本实用新型的金刚石复合齿在表层金刚石层的上端外缘设置有凸形曲面的切削刃，并且表层金刚石层的凸形曲面分别与表层金刚石层上端面和下端外壁光滑过渡连接，更有效的分散复合片切削刃在在刮削过程中应力，避免应力集中，还有更强的钝化补偿能力和特殊地层适应能力，克服了现有技术中在聚晶金刚石复合层工作表面的倒角处或钝角处容易出现聚晶金刚石复合层崩片的缺陷。

附图说明

图1为实施例1中聚晶金刚石复合齿分解结构示意图。

图2为实施例1中聚晶金刚石复合齿整体结构示意图。

图3为实施例2中聚晶金刚石复合齿整体结构示意图。

图4为实施例2中硬质合金基体的上表面截面示意图。

图5为实施例3中硬质合金基体的结构示意图。

具体实施方式

展示一下实例来具体说明本实用新型的某些实施例，且不应解释为限制本实用新型的范围。对本实用新型公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本实用新型的的精神和范围之内。

实施例1

如图1所示的聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体1和表层金刚石层2，表层金刚石层2固设在硬质合金基体1的上端。其中硬质合金基体1下部为圆柱体，上部为圆锥体，表层金刚石层2与硬质合金基体1的结合面为圆锥面，表层金刚石层2的上端面为圆锥面，表层金刚石层2的下端与硬质合金基体1的上端面光滑过渡连接。与表层金刚石层2结合的硬质合金基体1的结合面上均匀设置若12个圆孔3-1，所述圆孔3-1内填充结合金刚石层4。本实施例中圆孔的深度为2mm，直径为3-5mm。

本实施例的复合齿，首先在硬质合金基体1上加工出12个圆孔3-1，见图1；再在图1的基础上通过高温高压合成，把金刚石(包含表层金刚石层2和结合金刚石层4)与硬质合金基体1烧结在一起，形成抗冲击聚晶金刚石复合齿，见图2。

本实施例的复合齿表层金刚石层表面被磨削掉或疲劳失效剥掉时，露出金刚石和硬质合金的结合体，此时金刚石复合齿可以继续工作，大幅提升复合齿的使用寿命。

实施例2：

如图3所示的聚晶金刚石复合齿，包括圆柱形的硬质合金基体1和圆柱形的表层金刚石层2，表层金刚石层2固设在硬质合金基体1的上端。与表层金刚石层2结合的硬质合金基体1的结合面上均匀设置若5个圆孔3-1，所述圆孔3-1内填充结合金刚石层4。本实施例中圆孔的深度为5mm，直径为1-3mm。本实施例中，表层金刚石层2的上端外缘设置有凸形曲面的切削刃5，表层金刚石层2的凸形曲面分别与表层金刚石层2上端面和下端外壁光滑过渡连接。

本实施例的复合齿的制备方法同实施例1。

本实施例的复合齿设置凸形曲面的切削刃，更有效的分散复合片切削刃在刮削过程中应力，避免应力集中，还有更强的钝化补偿能力和特殊地层适应能力，所以复合片的切削刃为曲面时比切削刃为平面时综合性能要好；即使表层金刚石层崩片，露出金刚石和硬质合金的结合体，此时金刚石复合齿可以继续工作，大幅提升复合齿的使用寿命。

实施例3：

一种聚晶金刚石复合齿，包括如图5所示的硬质合金基体1和表层金刚石层，表层金刚石层固设在硬质合金基体1的上端。其中硬质合金基体1下部为圆柱体，上部为圆锥体，表层金刚石层与硬质合金基体的结合面为圆锥面，表层金刚石层的上端面为圆锥面，表层金刚石层的下端与硬质合金基体1的上端面光滑过渡连接。与表层金刚石层结合的硬质合金基体1的结合面上均匀设置3条条形沟槽3-2，所述条形沟槽3-2内填充结合金刚石层。条形凹槽的深度为0.1-5mm，宽度为1-5mm。

本实施例的复合齿，首先在硬质合金基体1上加工出3条条形沟槽3-2，见图5；本发明在图5的基础上通过高温高压合成，把金刚石(包含表层金刚石层和结合金刚石层)与硬质合金基体1烧结在一起，形成抗冲击聚晶金刚石复合齿，见图2。

本实施例的复合齿表层金刚石层表面被磨削掉或疲劳失效剥掉时，露出金刚石和硬质合金的结合体，此时金刚石复合齿可以继续工作，大幅提升复合齿的使用寿命。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，包括硬质合金基体(1)和表层金刚石层(2)，所述表层金刚石层(2)固设在硬质合金基体(1)的上端，与所述表层金刚石层(2)结合的所述硬质合金基体(1)的结合面上均匀设置若干个凹陷，所述凹陷内填充结合金刚石层(4)。

2.根据权利要求1所述的一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，所述表层金刚石层(2)厚度为0.1-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，所述凹陷为圆孔(3-1)或条形凹槽(3-2)。

4.根据权利要求3所述的一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，所述圆孔(3-1)的深度为0.1-5mm，直径为1-5mm。

5.根据权利要求3所述的一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，所述条形凹槽(3-2)的深度为0.1-5mm，宽度为1-5mm。

6.根据权利要求1所述的一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，所述硬质合金基体(1)和表层金刚石层(2)均为圆柱体，所述表层金刚石层(2)的上端外缘设置有凸形曲面的切削刃(5)，所述表层金刚石层(2)的凸形曲面分别与表层金刚石层(2)上端面和下端外壁光滑过渡连接。

7.根据权利要求1所述的一种抗冲击聚晶金刚石复合齿，其特征在于，所述表层金刚石层(2)与硬质合金基体(1)的结合面为圆锥面，所述表层金刚石层(2)的上端面为圆锥面，所述表层金刚石层(2)的下端与硬质合金基体(1)的上端面光滑过渡连接。

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