CN218293497U - 一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体一端的聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层背离所述硬质合金基体的一面为镜面抛光面，所述镜面抛光面设有微雕面，所述微雕面由凹槽分割开的若干个孤岛结构形成。本实用新型将所述聚晶金刚石层的表面采用微雕加工工艺，在不改变切入岩石的总切入面积的前提下，将金刚石表面通过微创伤工艺加工分区为多个独立的孤岛结构，独立孤岛结构的产生不但增大了PCD层的导热总面积，同时形成了独立的岛屿阻断裂纹的径向扩张，避免了PCD层因径向裂纹生长导致的聚晶金刚石复合片使用失效的发生。

Description

一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及金刚石复合片技术领域，尤其涉及一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片钻头在石油、天然气钻探方面有着广泛的应用，随着石油和天燃气的开采难度加大，复杂的地质对PCD钻头的要求也越来越高。

但是现有的聚晶金刚石复合片表面常采用平面设计，导热面积有限，无法在使用时得到快速有效地散热，影响钻头的使用寿命；同时，由于聚晶金刚石复合片采用一体化结构，即表面平滑连续，导致微裂纹的生长、扩张，最终导致PCD层使用失效。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，旨在解决现有的PCD层散热效果差、裂纹生长导致复合片使用失效的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体一端的聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层背离所述硬质合金基体的一面为镜面抛光面，所述镜面抛光面设有微雕面，所述微雕面由凹槽分割开的若干个孤岛结构形成。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，所述若干个孤岛结构为有序排列或无序排列。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，相邻两孤岛结构之间的间距为等距或非等距。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，相邻两孤岛结构之间的距离为0.01～0.5mm；所述凹槽的深度为0.05～1mm。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，所述微雕面的面积占所述镜面抛光面面积的至少20％。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，两孤岛结构之间的高度差小于或等于1mm。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，所述孤岛结构的横截面选自多边形、圆形、椭圆形、不规则几何图形中的一种或多种。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，所述多边形选自三角形、四边形、五边形、六边形中的一种或多种。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，所述若干个孤岛结构为线性排列或圆周排列。

所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其中，所述孤岛结构由横截面类型相同，面积不同的图形通过有序或无序排列组合构成。

有益效果：本实用新型提供一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体一端的聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层背离所述硬质合金基体的一面为镜面抛光面，所述镜面抛光面设有微雕面，所述微雕面由凹槽分割开的若干个孤岛结构形成。本实用新型将所述聚晶金刚石层的表面采用微雕加工工艺，在不改变切入岩石的总切入面积的前提下，将金刚石表面通过微创伤工艺加工分区为多个独立的孤岛结构，独立孤岛结构的产生不但增大了PCD层的导热总面积，同时形成了独立的岛屿阻断裂纹的径向扩张，避免了PCD层因径向裂纹生长导致的聚晶金刚石复合片使用失效的发生。

附图说明

图1为本实用新型一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为本实用新型中孤岛结构为三角形的示意图；

附图标记说明：硬质合金基体10、聚晶金刚石层20、凹槽21、孤岛结构22。

具体实施方式

本实用新型提供一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

请参考图1-2，本实用新型提供一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体10以及设置在所述硬质合金基体10一端的聚晶金刚石层20；所述聚晶金刚石层20背离所述硬质合金基体的一面为镜面抛光面，所述镜面抛光面设有微雕面，所述微雕面由凹槽21分割开的若干个孤岛结构22形成。

本实施方式中，先利用镜面抛光工艺处理所述聚晶金刚石层背离所述硬质合金基体的一面，然后使用微雕设备对镜面抛光面进行表面纹理雕刻加工且表面微雕面不覆盖聚晶金刚石倒角，从而实现在不改变切入岩石的总切入面积的前提下，将金刚石表面通过微创伤工艺加工分区为多个独立的孤岛结构22，所述孤岛结构22的产生不但可以增大PCD层的导热总面积，使得聚晶金刚石复合片的热量得到快速有效地散发，同时形成的孤岛结构22可以有效地阻断裂纹的径向扩张，从而降低PCD层因径向裂纹生长导致复合片使用失效的概率；并且，由于导热总面积的增大以及裂纹径向扩张的阻断，使得聚晶金刚石复合片具有高耐磨性能。

在一些实施方式中，所述若干个孤岛结构为有序排列或无序排列；所述孤岛结构为有序排列或无序排列均可以提高聚晶金刚石的导热总面积，以及阻断PCD层裂纹的径向扩张，从而提高聚晶金刚石复合片的耐磨性能，延长其使用寿命。

具体地，所述孤岛结构为金刚石密排微雕结构，排列可为有序排列或无序排列；其中，有序排列或无序排列的图形可为同一种图形，或为两种或两种以上图形的组合排列。

在一种优选地实施方式中，所述聚晶金刚石层表面的微雕图形为有序排列的几何图形密排结构，且微雕图形可改变或不改变聚晶金刚石复合片聚晶层的总高度。

在一些实施方式中，相邻两孤岛结构之间的间距为等距或非等距；作为优选地，所述孤岛结构之间的间距为等距排列，可以使得所述孤岛结构均匀地分布在所述聚晶金刚石层表面，导热较为均匀，提高散热效率。

在一种实施方式中，所述聚晶金刚石表面可以全部通过表面纹理雕刻形成由凹槽21分割开的若干个孤岛结构22；或局部通过表面纹理雕刻形成由凹槽21分割开的若干个孤岛结构22，保留部分镜面抛光面。

在一种优选地实施方式中，所述微雕面的面积占所述镜面抛光面面积的至少20％。

在一些实施方式中，相邻两孤岛结构之间的距离为0.01～0.5mm；保证所述孤岛结构之间的距离在0.01～0.5mm之间，不但不影响聚晶金刚石复合片的犁削效果，还有效地阻断了裂纹的径向扩展，提高聚晶金刚石复合片的使用寿命。

在一些实施方式中，所述凹槽的深度为0.05～1mm；所述凹槽在该深度下，可以保证所述孤岛结构的强度；凹槽的深度太小，PCD层的导热总面积增大不明显，无法快速地散发聚晶金刚石复合片的热量；凹槽的深度太大，所述孤岛结构的强度较低，容易在犁削的过程中发生断裂，加快聚晶金刚石复合片的失效速度。

在一些实施方式中，两孤岛结构之间的高度差小于或等于1mm；所述孤岛结构之间微小的高度差可以提高聚晶金刚石复合片的犁削效果，而高度差过大会使部分孤岛结构的受力不均匀，容易发生断裂。即所述微雕面为不平整的表面，高低起伏，形成微雕面不等高的效果，提高犁削效果。

在一些实施方式中，所述孤岛结构的横截面选自多边形、圆形、椭圆形、不规则几何图形中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述多边形选自三角形、四边形、五边形、六边形中的一种或多种。

在一种优选地实施方式中，所述多边形为五边形。

在一些实施方式中，所述若干个孤岛结构为线性排列或圆周排列。

在一些实施方式中，所述孤岛结构的密集排列图形可为同一种图形，面积相等的两个及两个以上图形的排列；例如所述孤岛结构的横截面为四边形，其面积为16mm²，其可以由长×宽为8mm×2mm的长方形和由4mm×4mm的正方形进行排列组合形成。

在一些实施方式中，如图3所示，所述孤岛结构由横截面类型相同，面积不同的图形通过有序或无序排列组合构成。

下面进一步举例实施例以详细说明本实用新型。同样应理解，以下实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。

实施例1

聚晶金刚石层的表面微雕出多个四边形均布雕刻花纹，每个独立的孤岛结构之间的凹槽深度为0.5mm，并且金刚石小柱表面为镜面抛光，Ra＝0.05um。

实验室测试对比：

相同批次产品，利用实施例1有表面微雕，及无表面微雕两款产品均在相同条件下实施VTL干磨测试，并且使用相同大理石石材。实验结果表示，无表面微雕的聚晶金刚石复合片磨损面积为173.463mm²，57个单程磨损后失效；而具有微雕表面的聚晶金刚石复合片的磨损面积为8.597mm²，60个单程未失效，终止测试。

具体而言，具有微雕表面的聚晶金刚石复合片在VTL干磨下，耐磨性能有明显提升，60个单程磨削未失效，仍然可以继续使用。

综上所述，本实用新型提供的一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体一端的聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层背离所述硬质合金基体的一面为镜面抛光面，所述镜面抛光面经表面纹理雕刻形成由凹槽分割开的若干个孤岛结构。本实用新型将所述聚晶金刚石层的表面采用微雕加工工艺，在不改变切入岩石的总切入面积的前提下，将金刚石表面通过微创伤工艺加工分区为多个独立的孤岛结构，独立孤岛结构的产生不但增大了PCD层的导热总面积，同时形成了独立的岛屿阻断裂纹的径向扩张，避免了PCD层因径向裂纹生长导致的聚晶金刚石复合片使用失效的发生。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体一端的聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层背离所述硬质合金基体的一面为镜面抛光面，所述镜面抛光面设有微雕面，所述微雕面由凹槽分割开的若干个孤岛结构形成。

2.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述若干个孤岛结构为有序排列或无序排列。

3.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，相邻两孤岛结构的间距为等距或非等距。

4.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，相邻两孤岛结构之间的距离为0.01～0.5mm；所述凹槽的深度为0.05～1mm。

5.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述微雕面的面积占所述镜面抛光面面积的至少20％。

6.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，两孤岛结构之间的高度差小于或等于1mm。

7.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述孤岛结构的横截面选自多边形、圆形、椭圆形、不规则几何图形中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述多边形选自三角形、四边形、五边形、六边形中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述若干个孤岛结构为线性排列或圆周排列。

10.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述孤岛结构由横截面类型相同，面积不同的图形通过有序或无序排列组合构成。

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