CN201209404Y - 内置过渡层金刚石复合片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型内置过渡层金刚石复合片，由金刚石层、过渡层与硬质合金基体在高温高压条件下烧结而成。过渡层内置在硬质合金基体与金刚石层之间，金刚石层既与过渡层紧密结合，又与硬质合金基体搭接。本实用新型通过设置内置型过渡层及改进金刚石层、过渡层与合金基体三者之间结合面的结构，有效降低了复合片内部热残余应力，提高了其抗冲击韧性和耐磨性。本复合片生产合格率高，承载能力不受方向限制，适用于石油、地质钻头的切削元件。
Description
技术领域：本实用新型属钻探切削用金刚石复合片制造领域，涉及一种抗冲击力、高耐磨的金刚石复合片。
背景技术：金刚石复合片是由细颗粒金刚石层与硬质合金基体在高温超高压条件下烧结而成。金刚石复合片因具有高硬度、高耐磨性以及良好的抗冲击韧性和可焊接性，在油田钻探和机加工领域得到了广泛的应用。但是由于金刚石与硬质合金基体的物性差异，使得普通平界面金刚石复合片生产合格率低，容易开裂，其使用寿命受到了限制。PDC的残余应力是造成PDC非正常失效的主要原因。对钻头失效形式的调查显示，由于热残余应力引起断裂及金刚石与硬质合金基体结合不牢固，造成金刚石层脱落的占到了33％。当前对普通聚晶金刚石复合片的改进主要有非平面连接技术及梯度过渡技术。目前市场上已有较多异形界面的复合片，如沟槽状的、锯齿形的、正弦波形等等。虽然这些措施一定程度上能通过增大PCD层与硬质合金的接触面积来达到提高机械结合强度的目的，同时也在一定程度上能缓和了由于两种材料的热膨胀系数、弹性模量等物理性能参数差异造成的应力集中，但是，由于大都是凭经验设计界面形状，往往只注重某一单方面力学性能的优化，忽略了界面中局部高应力区的存在，从而限制了PDC产品耐久性的大幅度提高。我们的初步研究表明，复杂的界面形状虽然可以提高界面的结合力，但也不可避免的存在拉应力集中现象，在冲击试验中，这些区域因张应力高度集中而常常发生界面分离或断裂。另外，目前的梯度结构复合片多限于平面界面结构的分层梯度，虽然增加过渡层层数可以降低界面热残余应力，但是大大增加了生产工艺的复杂程度，各层界面的结合强度也不理想。
发明内容：本实用新型目的在于通过改进金刚石复合片的结构，降低复合片内部热残余应力，提供一种抗冲击能力强、高耐磨性、承受应力能力不受方向限制和成品合格率高的金刚石复合片。
本实用新型的技术方案是：金刚石复合片由金刚石层、过渡层和硬质合金基体组成，硬质合金基体圆台上有一同体同轴的圆形凸台，在凸台与金刚石层中间有一与凸台直径相同的过渡层，金刚石层带有向下将过渡层和硬质合金基体凸台内置其中的帽沿。
硬质合金基体凸台高度为0.8-3mm，直径比金刚石复合片小1-5mm；过渡层厚度为0.8-2mm；金刚石层最小厚度不低于0.8mm，帽沿高度为2-4mm。
附图说明：图1为本实用新型金刚石复合片剖面图；
图2为本实用新型金刚石复合片硬质合金基体的俯视图。
图中标号：1-硬质合金基体2-过渡层3-金刚石层
具体实施实例：如图1所示的金刚石复合片，由金刚石层3、过渡层2与硬质合金基体1在高温高压下烧结而成，硬质合金基体1与过渡层2和金刚石层3的结合面如图2所示。硬质合金基体1凸台高度为1mm，直径比金刚石复合片直径小2mm；金刚石层帽沿(边缘)高度为3mm，过渡层2厚度为1mm，金刚石层3最小厚度为1mm，复合片工作层金刚石厚度为3mm。
本实用新型金刚石复合片与已有技术相比具有以下优点：
1.过渡层的设置有效的缓解了由于金刚石与硬质合金基体间热胀系数差异引起的热残余应力，通过对过渡层材料作最优化的配比，可以使降低热残余应力的效果达到最好。计算和实验表明，这种结构的复合片金刚石层的最大拉应力只有普通平界面金刚石复合片的1/5，金刚石层自由面最大拉应力只有普通平界面金刚石复合片的1/10。
2.由于帽沿的存在，边缘部分金刚石厚度可达3.0mm，且避免了过渡层与外界的接触，使复合片更加耐磨，大大延长了钻头的使用寿命。
3.简单的界面结构形状避免了复杂界面容易引起的应力集中，帽沿与凸台的有效搭接使金刚石层、过渡层与合金基体三者之间环环相扣，在降低热残余应力的同时有效保证了各界面的结合强度。实验表明：采用这种结构的复合片，其合成合格率可提高20％。
Claims (4)
1.一种内置过渡层金刚石复合片，由金刚石层和硬质合金基体组成，其特征在于：硬质合金基体(1)圆台上有一同体同轴的圆形凸台，在凸台与金刚石层(3)的接合面间置有过渡层(2)，金刚石层(3)带有向下将过渡层(2)和硬质合金基体(1)凸台内置其中的帽沿。
2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：硬质合金基体(1)凸台高度为0.8-3mm，直径比金刚石复合片小1-5mm。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：过渡层(2)厚度为0.8-2mm。
4.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：金刚石层(3)最小厚度不低于0.8mm，帽沿高度为2-4mm。
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