CN2738939Y - 金刚石/硬质合金复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型金刚石/硬质合金复合片是由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温下烧结而成，适合用作石油钻头上的钻齿。其特征是在硬质合金衬底(2)与金刚石层(1)的结合面上有一圆柱形凸台(3)，凸台(3)被垂直相交的沟槽(4)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，从而改善钻头的使用效果，扩大钻头的应用范围。

Description

金刚石/硬质合金复合片

所属技术领域

本实用新型涉及一种金刚石/硬质合金复合片，属于超硬材料制造领域。

背景技术

金刚石/硬质合金复合片是由金刚石层与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成的复合超硬材料，它兼有金刚石与硬质合金的优良性能，被广泛用作石油钻头上的钻削元件—钻齿。由于钻井时钻头上的钻齿要承受地层强大的切削阻力、摩擦阻力与冲击力，因此要求金刚石/硬质合金复合片具有很高的硬度、耐磨性、耐热性与抗冲性，否则复合片的金刚石层局部即钻削地层的刃口部位会产生强烈的磨损甚至破碎，从而影响钻头的钻井深度、钻井效率及使用范围。一般来说过去制造的金刚石/硬质合金复合片比较适合于软—中硬地层的钻井，其强度与抗磨损能力还不能完全满足中硬以上地层、研磨性强的地层、非均质破碎地层及三千米以下地层的钻井要求。为此近十年来各复合片生产厂家纷纷致力于研制具有更高物理机械性能的金刚石/硬质合金复合片以满足石油、天然气勘探与开采的需要，譬如为提高金刚石/硬质合金复合片的抗冲击强度，实用新型专利ZL942015363.3、ZL95209001.5、ZL96245178.9、ZL99216286.6以及ZL00203712.2分别提出了在硬质合金衬底结合面上开直槽、环形槽、环直槽、径向辐射状槽以及月牙形凹槽等若干种方案，使复合片的金刚石层与硬质合金衬底相互啮合，金刚石层深入硬质合金衬底的槽中，在两者之间形成一个具有金刚石和硬质合金的过渡层，这种结构相对于金刚石与硬质合金衬底单纯的平面接触而言，有利于降低因两层材料热膨胀系数(金刚石层为3.8×10^-6/℃，硬质合金层为6.3×10^-6/℃)显著差异而引起的残余应力，从而比较有效地提高了复合片的抗磨损与抗冲击性能，比较有效地提高了金刚石/硬质合金复合片钻头的钻井效果。然而根据进一步地分析表明，上述专利所设计制造的金刚石/硬质合金复合片仍然存在较大的残余应力，在使用中出现残余应力引起的裂纹，所以有必要对复合片介面的结合形状作进一步的改进。

发明内容

本实用新型之目的是通过改变金刚石/硬质合金复合片的金刚石层与硬质合金衬底结合面的形状，进一步增加金刚石层与衬底的接触面积，降低残余应力(单位面积上的内力)，提高抗冲击性能；以及增加复合片有效工作位置金刚石层边缘的厚度，提高抗磨损性能，为石油勘探与开采提供一种适合于中硬以上地层、强研磨性地层、非均质地层以及深井钻进钻头用的金刚石/硬质合金复合片。

上述目的是通过下列方案实现的：金刚石/硬质合金复合片(图1)系由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成。硬质合金衬底(2)上面有一圆柱形凸台(3)，凸台(3)被相互垂直的沟槽(4)分割成许多方形小突起，见图2。如图1、图2所示衬底(2)的凸台(3)完全埋入金刚石层(1)之中，凸台(3)上面的沟槽(4)及被其所分割形成的方形小突起与金刚石层啮合成一体，大大增加了金刚石层与衬底的接触面积，可进一步降低接触介面部位的残余应力。另外如图1所示金刚石层边缘即有效工作位置的厚度比其它位置要厚，从而可增加抗磨损性能。

所述的沟槽(4)相互垂直，其行距、宽度与深度的尺寸可根据需要而定，行距越小则沟槽(4)的数量越多，行距以小于2mm为宜。当凸台(3)的直径一定，沟槽(4)数量越多及深度越深时，衬底(2)与金刚石层(1)啮合面积也越大。

所述的沟槽(4)的断面形状有三角形、正方形、长方形、梯形、圆弧形或它们的组合形。

本金刚石/硬质合金复合片与已有技术相比，由于硬质合金衬底(2)的凸台(3)上布满纵横垂直的沟槽(4)，相对于过去单一方向排列的沟槽具有以下的优点：1、衬底(2)与金刚石层(1)的啮合接触面积增加近一倍，残余应力随着接触面积的增大而相应下降，复合片的抗冲击强度及耐热性随着残余应力的下降而提高；2、金刚石层边缘即有效工作位置的厚度增加了1mm以上，抗磨损能力大为提高；(3)按本专利制造的复合片焊接到钻头基体上时无需选择其方向，使焊接更为方便快捷，焊接效率提高。

附图说明

图1为本实用新型金刚石/硬质合金复合片的示意图。

图2为本实用新型金刚石/硬质合金复合片的硬质合金衬底示意图。

图中(1).金刚石层，(2).硬质合金衬底，(3).凸台，(4).沟槽。

具体实施方式

实施例1：一种金刚石/硬质合金复合片(图1)，由金刚石层(1)和硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成，其衬底(2)的圆柱形凸台(3)上均布着垂直相交的沟槽(4)，槽距为2mm，槽的断面形状为梯形，槽顶宽1mm，槽底宽0.8mm，槽深0.8mm，各平面相交处均有R0.1mm的圆弧过渡。

实施例2：如实施例1所述之金刚石/硬质合金复合片(图1)，衬底(2)的圆柱形凸台(3)上均布着垂直相交的沟槽(4)，不同的是槽距为1.6mm，槽的断面形状为圆弧形，圆弧半径R0.4mm，槽宽0.8mm，槽深0.4mm，圆弧面与平面相交处均有R0.1mm的圆弧过渡。

Claims (3)

1、一种金刚石/硬质合金复合片，系由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温下烧结而成，其特征是衬底(2)与金刚石层(1)的结合面上有一圆柱形凸台(3)，凸台(3)被垂直相交的沟槽(4)分割为许多方形小突起。

2、如权利要求1所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征是圆柱形凸台(3)被垂直相交的沟槽(4)所分割，沟槽(4)的行距小于2mm。

3、如权利要求1或2所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征是沟槽(4)的断面形状有三角形、正方形、长方形、梯形、圆弧形或它们的组合形。