CN220955469U - 低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，包括硬质合金基体和设置在所述硬质合金基体顶部的多晶金刚石层，所述硬质合金基体包括底座，所述底座的上表面设置有中心凸台，所述中心凸台的圆心设置在底座的轴线上，所述中心凸台的外周共轴且间隔设置有多圈环状凸台，所述中心凸台与环状凸台之间以及相邻两个环状凸台之间均形成有环形凹槽，所述环状凸台向轴心方向倾斜或者向外周方向倾斜，所有环状凸台的倾斜方向一致，所述环状凸台的上表面为弧面，最外圈环状凸台的外径小于所述底座的直径。本方案多晶金刚石层与硬质合金基体之间的，分散了二者结合面的应力，确保结合面受力均匀。

Description

低内应力的多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制造领域，尤其涉及一种低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片。

背景技术

金刚石复合片（简称PDC）是将金刚石微粉与硬质合金基体组装在一起后，在六面顶压机上在高温高压条件下烧结而成的超硬复合材料。它由聚晶金刚石和硬质合金基体构成，兼顾了聚晶金刚石高硬度、高耐磨性和硬质合金基体良好的抗冲击韧性、可焊性的优点，因此被广泛使用于石油（气）钻探、地质勘探、煤田钻采等行业领域。

为提高抗冲击性能，增加金刚石和硬质合金基体之间的结合力，现有的金刚石复合片，如授权公告号为CN2738939Y，专利名称为《金刚石/硬质合金复合片》的实用新型专利，在硬质合金衬底与金刚石层的结合面上有一圆柱形凸台,凸台被垂直相交的沟槽分割为许多方形小突起,可增加金刚石层与衬底的接触面积,提高复合片钻齿的抗冲击能力,以及增加金刚石层边缘的厚度,提高复合片钻齿的抗磨损能力。然而，上述结构还存在一些问题：其中，金刚石的膨胀系数小，硬质合金基体的膨胀系数大，金刚石和硬质合金基体间由于热膨胀系数的差异，经高温高压合成的复合片在冷却过程中，会导致金刚石层中存在残余压应力，基体中存在残余拉应力，因此会在二者的结合界面处产生较大的应力集中，上述实用新型中的凸台被垂直相交的沟槽分割为许多方形小突起,因此，每个方形小突起的外周均存在尖角，在高温高压后冷却过程中，应力会在尖角处集中，严重的情况下会导致金刚石层和硬质合金层间产生裂纹甚至分层，严重影响钻头的钻井效率。在使用过程中，由于外部载荷和工作过程中产生的高温，造成金刚石层的崩刃甚至从基体剥离，导致金刚石复合片失效。

实用新型内容

因此，为解决上述问题，本实用新型提供了一种低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，包括硬质合金基体和设置在所述硬质合金基体顶部的多晶金刚石层，所述硬质合金基体包括底座，所述底座的上表面设置有中心凸台，所述中心凸台的圆心设置在底座的轴线上，所述中心凸台的外周共轴且间隔设置有多圈环状凸台，所述中心凸台与环状凸台之间以及相邻两个环状凸台之间均形成有环形凹槽，所述环状凸台向轴心方向倾斜或者向外周方向倾斜，所有环状凸台的倾斜方向一致，所述环状凸台的上表面为弧面，最外圈环状凸台的外径小于所述底座的直径。

优选的，所述中心凸台的上表面为弧面。

优选的，所述中心凸台外周间隔设置有3-5个环状凸台。

优选的，所述环状凸台的倾斜角度为40°-50°。

优选的，每个环状凸台之间的倾斜角度不同。

优选的，每圈所述环状凸台的高度不同，且每个环状凸台的高度均大于所述中心凸台的高度。

优选的，所述中心凸台的外周由内向外依次间隔设置有第一环状凸台、第二环状凸台以及第三环状凸台，所述中心凸台的高度为0.3mm-0.7mm，所述第一环状凸台的高度为0.5mm-1.0mm，所述第二环状凸台的高度为0.4 mm-0.9mm，所述第三环状凸台的高度为0.3mm-0.8mm。

优选的，相邻两个环状凸台的最高点的间距为1.0mm-2.0mm。

优选的，每一环状凸台的R角为0.2mm-0.5mm。

本实用新型技术方案的有益效果主要体现在：

1、硬质合金基体的底座的上表面设置有中心凸台和多圈环状凸台，一方面，凸出设置于底座上表面的中心凸台和环状凸台增加了硬质合金基体和多晶金刚石层之间的接触面积，另一方面，中心凸台和环状凸台伸入多晶金刚石层内增加二者间的附着力，在高温高压烧结后，凸台内的化学物质渗入到多晶金刚石中，可进一步增加结合力。

2、底座的上表面凸出设置中心凸台和环状凸台，中心凸台和环状凸台之间以及相邻两圈环状凸台之间形成环形凹槽，凹凸结构使硬质合金基体与多晶金刚石层之间相互嵌入，中心凸台和环状凸台间隔设置且高度不一，相较于平面，本实用新型中硬质合金基体和多晶金刚石层的结合面处所受的应力呈无特定方向性的分布，因此有效分散了内应力，同时，环状结构可以确保硬质合金基体与多晶金刚石层的结合面上的各区域受力均匀。

3、中心凸台和环状凸台的高度不一且环状凸台向轴心或外周方向倾斜设置，变化分布的纵向结构，使得内应力不会在多晶金刚石层的同一层面上集中，更有利于内部内应力的分散，以及外部应力的分散传递，同时，环状凸台的高度不一且倾斜角度不同，可增加多晶金刚石层与硬质合金基体之间的啮合力。

4、中心凸台和环状凸台的上表面均为弧面，确保硬质合金基体和多晶金刚石层的结合面处的各结构间平滑过渡，避免硬质合金基体与聚金刚石层的结合面上出现尖角，进一步分散硬质合金基体与聚金刚石层的结合面的应力。

附图说明

图1是硬质合金基体其中一个实施例的剖视图（此时环状凸台向外周方向倾斜且环状凸台的高度由内向外递增）；

图2是硬质合金基体其中一个实施例的剖视图（此时环状凸台向外周方向倾斜且相邻两个环状凸台间的高度大小交错设置）；

图3是硬质合金基体其中一个实施例的剖视图（此时环状凸台向轴心方向倾斜且相邻两个环状凸台间的高度大小交错设置）；

图4是硬质合金基体其中一个实施例的剖视图（此时环状凸台向轴心方向倾斜且环状凸台的高度由内向外递减）；

图5是硬质合金基体的俯视图；

图6是低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片的剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特点能够更加清楚、详细地展示，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。该实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

同时声明，在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，本方案中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示对重要性的排序，或者隐含指明所示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型中，“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型揭示了一种低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，如图6所示，包括硬质合金基体和设置在所述硬质合金基体顶部的多晶金刚石层5，所述硬质合金基体包括底座1，所述底座1的上表面为硬质合金基体和多晶金刚石层5的结合面。

如图1-图5所示，所述底座1的上表面设置有中心凸台2，所述中心凸台2的圆心设置在底座1的轴线上，所述中心凸台2的外周共轴且间隔设置有多圈环状凸台3，所述中心凸台2与环状凸台3之间以及相邻两个环状凸台3之间均形成有环形凹槽4，其中，所述环形凹槽4表面与中心凸台2以及环状凸台3之间平滑过渡，所述环状凸台3的上表面为弧面，如图1所示，在一优选实施例中，每一环状凸台3的R角G为0.2mm-0.5mm，环状凸台3的弧面设置，可进一步分散硬质合金基体和多晶金刚石层5的结合面的应力。

其中最外圈环状凸台3的外径小于所述底座1的直径，避免最外圈的环状凸台3延伸至底座1的外周，同时可增加位于多晶金刚石层5外周的有效工作位置的厚度。

其中，所有环状凸台3的倾斜方向一致，在一些实施例中，所述环状凸台3向轴心方向倾斜，在另一些实施例中，所述环状凸台3向外周方向倾斜。

在一优选实施例中，所述中心凸台2的上表面为弧面，避免应力集中。

如图1所示，在一些实施例中，所述环状凸台3的倾斜角度∠F为40°-50°。

其中，每个环状凸台3之间的倾斜角度不同，根据环状凸台3间的倾斜角度的设置，可提供多个实施例，在一实施例中，所述环状凸台3的倾斜角度由内向外递增；在一实施例中，所述环状凸台3的倾斜角度由内向外递减。

其中，每圈所述环状凸台3的高度不同，且每个环状凸台3的高度均大于所述中心凸台2的高度，如图1所示，在一些实施例中，所述环状凸台3的高度由内向外递增；如图4所示，在一些实施例中，所述环状凸台3的高度由内向外递减；如图2、图3所示，在其他一些实施例中，相邻两圈环状凸台3之间的高度大小交错设置。

在一些实施例中，所述中心凸台2外周间隔设置有3-5个环状凸台3。

在一优选实施例中，所述中心凸台2的外周由内向外依次间隔设置有第一环状凸台3、第二环状凸台3以及第三环状凸台3，如图1所示，所述中心凸台2的高度D为0.3mm-0.7mm，所述第一环状凸台3的高度C为0.3mm-0.8mm，所述第二环状凸台3的高度B为0.4 mm-0.9mm，所述第三环状凸台3的高度A为0.5mm-1.0mm。

如图1所示，在一优选实施例中，相邻两个环状凸台3的最高点的间距E为1.0mm-2.0mm。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，包括硬质合金基体和设置在所述硬质合金基体顶部的多晶金刚石层，其特征在于：所述硬质合金基体包括底座，所述底座的上表面设置有中心凸台，所述中心凸台的圆心设置在底座的轴线上，所述中心凸台的外周共轴且间隔设置有多圈环状凸台，所述中心凸台与环状凸台之间以及相邻两个环状凸台之间均形成有环形凹槽，所述环状凸台向轴心方向倾斜或者向外周方向倾斜，所有环状凸台的倾斜方向一致，所述环状凸台的上表面为弧面，最外圈环状凸台的外径小于所述底座的直径，每圈所述环状凸台的高度不同，且每个环状凸台的高度均大于所述中心凸台的高度。

2.根据权利要求1所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述中心凸台的上表面为弧面。

3.根据权利要求1所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述中心凸台外周间隔设置有3-5个环状凸台。

4.根据权利要求1所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述环状凸台的倾斜角度为40°-50°。

5.根据权利要求4所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：每个环状凸台之间的倾斜角度不同。

6.根据权利要求3所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：所述中心凸台的外周由内向外依次间隔设置有第一环状凸台、第二环状凸台以及第三环状凸台，所述中心凸台的高度为0.3mm-0.7mm，所述第一环状凸台的高度为0.5mm-1.0mm，所述第二环状凸台的高度为0.4 mm-0.9mm，所述第三环状凸台的高度为0.3mm-0.8mm。

7.根据权利要求1所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：相邻两个环状凸台的最高点的间距为1.0mm-2.0mm。

8.根据权利要求1所述的低内应力的多晶金刚石硬质合金复合片，其特征在于：每一环状凸台的R角为0.2mm-0.5mm。