一种聚晶金刚石复合片的制作方法

1.本实用新型属于钻探工程领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片。


背景技术：

2.聚晶金刚石复合片(pdc)是由金刚石微粉与硬质合金(wc
‑
co)基体片在高压高温条件下烧结而成，属于复合材料，既具有金刚石的高硬度、高耐磨与导热性，又具有硬质合金的冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头和其他耐磨工具的理想材料。
3.随着市场的发展，钻井范围的扩大，钻井效率越来越高，聚晶金刚石复合片工作的地层也越来越复杂，客户对产品的冲击韧性与稳定性要求也越来越高。提高产品的冲击韧性与稳定性一直是行业工作人员的目标。
4.对于聚晶金刚石复合片(pdc)来说，其冲击韧性的体现主要在于硬质合金(wc
‑
co)，硬质合金的冲击韧性主要在于其内部粘结剂钴(co)的含量。聚晶金刚石复合片的现有技术的生产制造就是金刚石微粉与某一钴(co)含量的硬质合金在高温高压下烧结，通过在高温高压条件下催动硬质合金内部的钴进入金刚石层，以此让金刚石层微粉在催化剂钴的作用下形成d
‑
d键从而形成聚晶金刚石层。
5.但是在高温高压合成过程中，由于聚晶金刚石复合片的热传递是由复合片外部至内部的，其对硬质合金内钴的催动是由复合片外部至内部的，也即在合成过程中，硬质合金外部钴的流失量要大于内部钴的流失量，很容易在与聚晶金刚石层交界处的外部形成贫钴区，导致产品在贫钴区产生应力缺陷，严重影响产品的冲击韧性和稳定性，导致其在实际工作过程中很容易出现片脱层、裂纹、崩片等现象。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片具有良好的冲击韧性和稳定性。
7.本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，为圆柱体型，包括依次接触的聚晶金刚石层、富钴硬质合金过渡层和硬质合金基体层；
8.所述富钴硬质合金过渡层的底面具有内凹；
9.所述硬质合金基体层的顶面具有与所述内凹相配合的凸起。
10.优选的，所述内凹的中心区域为平行于径向的圆平面。
11.优选的，所述圆平面与所述富钴硬质合金过渡层的底面边缘之间为弧面。
12.优选的，所述弧面朝向所述硬质合金基体层外凸。
13.优选的，所述富钴硬质合金过渡层的底面边缘距离所述富钴硬质合金过渡层顶面的高度为所述富钴硬质合金过渡层和硬质合金基体层总高度的30～50％。
14.优选的，所述圆平面距离所述富钴硬质合金过渡层顶面的高度为所述富钴硬质合金过渡层和硬质合金基体层总高度的15～35％。
15.优选的，所述圆平面的直径为所述聚晶金刚石复合片直径的30～60％。
16.优选的，所述聚晶金刚石复合片的直径为10～30mm。
17.优选的，所述富钴硬质合金过渡层和硬质合金基体层的总高度为6～16mm。
18.优选的，所述聚晶金刚石复合片的总高度为8～20mm。
19.与现有技术相比，本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片。本实用新型提供的聚晶金刚石复合片为圆柱体型，包括依次接触的聚晶金刚石层、富钴硬质合金过渡层和硬质合金基体层；所述富钴硬质合金过渡层的底面具有内凹；所述硬质合金基体层的顶面具有与所述内凹相配合的凸起。本实用新型提供的聚晶金刚石复合片在传统聚晶金刚石复合片基础上增加了内薄外厚的富钴硬质合金过渡层作为夹层，可以在很大程度上平衡复合片合成过程中硬质合金与聚晶金刚石层交界处附近硬质合金的钴流失量，避免在硬质合金与聚晶金刚石层的交界处出现贫钴区，从而大幅改善聚晶金刚石复合片的冲击韧性和稳定性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片的剖面结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，为圆柱体型，包括依次接触的聚晶金刚石层、富钴硬质合金过渡层和硬质合金基体层；所述富钴硬质合金过渡层的底面具有内凹；所述硬质合金基体层的顶面具有与所述内凹相配合的凸起。
24.参见图1，图1是本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片的剖面结构示意图，其中，1为聚晶金刚石层，2为富钴硬质合金过渡层，3为硬质合金基体层。
25.本实用新型提供的聚晶金刚石复合片为圆柱体型，其具体包括依次接触的聚晶金刚石层1、富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3。其中，富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3的材料为不同钴含量的硬质合金，富钴硬质合金过渡层2的钴含量高于硬质合金基体层3，富钴硬质合金过渡层2的钴含量一般控制为12～20wt％，硬质合金基体层3的钴含量一般控制为10～16wt％。在本实用新型中，所述不同钴含量的硬质合金均为现有市售材料，本实用新型并不涉及硬质合金材料组分的改进。
26.在本实用新型中，富钴硬质合金过渡层2的底面具有内凹，硬质合金基体层3的顶面具有与所述内凹相配合的凸起；所述内凹的中心区域优选为平行于径向的圆平面；所述圆平面与富钴硬质合金过渡层2的底面边缘之间优选为弧面；所述弧面优选为朝向硬质合金基体层3外凸。
27.在本实用新型中，富钴硬质合金过渡层2的底面边缘距离富钴硬质合金过渡层2顶面的高度优选为富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3总高度的30～50％，具体可为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％；当富钴硬质合金过渡层2的底面内凹中心区域为圆平面时，所述圆平面距离富钴硬质合金过渡层2顶面的高度优选为富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3总高度的15～35％，具体可为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。
28.在本实用新型中，当富钴硬质合金过渡层2的底面内凹中心区域为圆平面时，所述圆平面的直径优选为聚晶金刚石复合片直径的30～60％，具体可为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％。
29.在本实用新型中，所述聚晶金刚石复合片的总高度优选为8～20mm，具体可为8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm、15mm、15.5mm、16mm、16.5mm、17mm、17.5mm、18mm、18.5mm、19mm、19.5mm或20mm。
30.在本实用新型中，富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3的总高度优选为6～16mm，具体可为6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm、15mm、15.5mm或16mm；
31.在本实用新型中，所述聚晶金刚石复合片的直径优选为10～30mm，具体可为10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm。
32.本实用新型提供的聚晶金刚石复合片在传统聚晶金刚石复合片基础上增加了内薄外厚的富钴硬质合金过渡层作为夹层，可以在很大程度上平衡复合片合成过程中硬质合金与聚晶金刚石层交界处附近硬质合金的钴流失量，避免在硬质合金与聚晶金刚石层的交界处出现贫钴区，从而大幅改善聚晶金刚石复合片的冲击韧性和稳定性。
33.为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
34.实施例1
35.本实施例提供了一种如图1所示结构的聚晶金刚石复合片，产品编号为1613；该复合片为圆柱体型，包括依次接触的聚晶金刚石层1、富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3，富钴硬质合金过渡层2的底面具有内凹，内凹的中心区域为平行于径向的圆平面，圆平面与富钴硬质合金过渡层2的底面边缘之间为弧面，弧面朝向硬质合金基体层3外凸；
36.在本实施例中，聚晶金刚石复合片的总高度为13.2
±
0.04mm，聚晶金刚石层1的高度为2.0
±
0.2mm，富钴硬质合金过渡层2和硬质合金基体层3的合计高度为11.2mm，富钴硬质合金过渡层2的底面边缘距离富钴硬质合金过渡层2顶面的高度为5mm，富钴硬质合金过渡层2底面内凹中心区域的圆平面距离富钴硬质合金过渡层2顶面的高度为2mm；
37.在本实施例中，聚晶金刚石复合片的外径为15.88
±
0.03mm，富钴硬质合金过渡层2底面内凹中心区域的圆平面的直径为7mm；
38.在本实施例中，富钴硬质合金过渡层2的钴含量为16wt％，硬质合金基体层3的钴含量为13wt％。
39.本实施例提供的聚晶金刚石复合片在传统聚晶金刚石复合片基础上增加了内薄
外厚的富钴硬质合金过渡层2作为夹层，可以在很大程度上平衡复合片合成过程中硬质合金与聚晶金刚石层交界处附近硬质合金的钴流失量，避免在硬质合金与聚晶金刚石层的交界处出现贫钴区，从而大幅改善聚晶金刚石复合片的冲击韧性和稳定性。
40.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。