CN2906032Y - 一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片 - Google Patents

一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种用于石油钻探、尤其是用于石油钻头领域的具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片。该复合片包括有硬质合金基体和相复合的聚晶金刚石层，其不同之处在于所述的硬质合金基体由2～4层不同粒度梯度的硬质合金烧结层构成，且与聚晶金刚石层结合的硬质合金烧结层粒度最细，其余离聚晶金刚石层越远的硬质合金烧结层粒度逐层加粗。本实用新型的有益效果在于采用多层不同粒度和硬度梯度结构的硬质合金基体，在物理性能上形成了与聚晶金刚石层的良好过渡，能够降低聚晶金刚石复合片中复合界面所存在的残余内应力，使聚晶金刚石复合片抗冲击性能和热稳定性的得到改善和提高，从而进一步提高聚晶金刚石复合片的使用性能和有效使用寿命。

Description

一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片
技术领域
本实用新型涉及一种用于石油、地质钻探、尤其是用于石油钻头领域的具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片。
背景技术
聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石层和硬质合金基体复合而成，聚晶金刚石复合片由于具有硬度高、热稳定性强的特点而被广泛应用于石油、地质钻头领域。聚晶金刚石复合片中硬质合金基体是作为金刚石层的基托，由于其与金刚石之间在硬度、弹性模量、热膨胀系数等物理性能上的差异，而导致二者结合部位存在一定的残余内应力，残余内应力的大小和分布将直接影响复合片的抗冲击性能和热稳定性。现有聚晶金刚石复合片的硬质合金基体仅为一层结构，其与复合的聚晶金刚石层之间的粒度和硬度差异较大，因而使复合片产生较大的残余内应力，导致聚晶金刚石复合片抗冲击性能和热稳定性的下降。国内外的相关研究人员一直致力于改善此类残余应力方面的工作，但成效不尽理想。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片，它能够减少聚晶金刚石复合片中复合界面所存在的残余内应力，使聚晶金刚石复合片抗冲击性能和热稳定性能得到改善和提高。
本实用新型为解决上述提出的问题所提出的技术方案为：包括有硬质合金基体和相复合的聚晶金刚石层，其不同之处在于所述的硬质合金基体由2～4层不同粒度结构的硬质合金烧结层构成，且与聚晶金刚石层结合的硬质合金烧结层粒度最细，其余离聚晶金刚石层越远的硬质合金烧结层粒度逐层加粗。
本实用新型的有益效果在于针对复合片中硬质合金基体与聚晶金刚石层之间存在的材料物理性能差异过大的问题，采用不同粒度的硬质合金粉末颗粒，压制烧结成具多层不同粒度和硬度梯度结构的硬质合金基体，这种具有粒度梯度的硬质合金基体的钴含量是相等的，在物理性能上形成了与聚晶金刚石层的良好过渡，对金刚石层提供更好的支撑，而且聚晶金刚石层与基体部分是整体烧结，因而能够降低聚晶金刚石复合片中复合界面所存在的残余内应力，使聚晶金刚石复合片抗冲击性能和热稳定性的得到改善和提高，从而进一步提高聚晶金刚石复合片的使用性能和有效使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的剖层结构图。
图2为本实用新型另一个实施例的剖层结构图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
第一个实施例如图1所示，包括有硬质合金基体和相复合的聚晶金刚石层1，硬质合金基体与聚晶金刚石相复合的界面为平面或凹凸面，所述的硬质合金基体由2层不同粒度梯度的硬质合金烧结层构成，与聚晶金刚石层复合的第一层硬质合金烧结层2粒度最细，颗粒粒度为1～3微米，硬度为HRA88.4，远离聚晶金刚石层的第二层硬质合金烧结层3粒度较粗，颗粒粒度为3～6微米，硬度为HRA86.2。室内试验证明，同现有常规的聚晶金刚石复合片相比，本实施例性能检测结果显示复合片抗冲击性比单一粒度的复合片提高20～30％以上，热稳定温度由750℃提高到800℃。
第二个实施例如图2所示，它与上一个实施例的不同之处在于硬质合金基体由3层不同粒度梯度的硬质合金烧结层构成，与聚晶金刚石层复合的第一层硬质合金烧结层2的颗粒粒度为1～2微米，硬度为HRA88.8，基体中间的第二层硬质合金烧结层3的颗粒粒度为2～4微米，硬度为HRA87.5，远离聚晶金刚石层的第三层硬质合金烧结层4颗粒粒度为4～8微米，硬度为HRA85.8，硬质合金基体与聚晶金刚石层复合的界面设有凸块，为凹凸面界面，性能检测结果显示复合片抗冲击性比单一粒度的复合片提高30％以上，热稳定温度由750℃提高到825℃。
第三个实施例的硬质合金基体由4层不同粒度梯度的硬质合金烧结层构成，它与第二个实施例的不同之处在于在第二层硬质合金烧结层3和第三层硬质合金烧结层4之间再设置一个过渡硬质合金烧结层，过渡硬质合金烧结层颗粒粒度为3～6微米，其余结构与第二个实施例相同。

Claims (5)

1、一种具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片，包括有硬质合金基体和相复合的聚晶金刚石层，其特征在于所述的硬质合金基体由2～4层不同粒度结构的硬质合金烧结层构成，且与聚晶金刚石层结合的硬质合金烧结层粒度最细，其余离聚晶金刚石层越远的硬质合金烧结层粒度逐层加粗。
2、根据权利要求1所述的具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片，其特征在于硬质合金基体与聚晶金刚石相复合的界面为平面或凹凸面。
3、根据权利要求1或2所述的具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片，其特征在于所述的硬质合金基体由2层不同粒度梯度的硬质合金烧结层构成，与聚晶金刚石层复合的第一层硬质合金烧结层粒度较细，颗粒粒度为1～3微米，远离聚晶金刚石层的第二层硬质合金烧结层粒度较粗，颗粒粒度为3～6微米。
4、根据权利要求1或2所述的具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片，其特征在于硬质合金基体由3层不同粒度梯度的硬质合金烧结层构成，与聚晶金刚石层复合的第一层硬质合金烧结层的颗粒粒度为1～2微米，基体中间的第二层硬质合金烧结层的颗粒粒度为2～4微米，远离聚晶金刚石层的第三层硬质合金烧结层颗粒粒度为4～8微米。
5、根据权利要求4所述的具有粒度梯度的聚晶金刚石复合片，其特征在于在第二层硬质合金烧结层和第三层硬质合金烧结层之间再设置一个过渡硬质合金烧结层，过渡硬质合金烧结层颗粒粒度为3～6微米。
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