[實(shí)用新型]具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320113597.1
• 申請(qǐng)日: 2013-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203129964U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江雨明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江雨明
• 主分類號(hào): E21B10/46
• 分類號(hào): E21B10/46
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 霍彥偉

技術(shù)領(lǐng)域

?本實(shí)用新型涉及一種金剛石鉆齒，尤其涉及一種具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒。

背景技術(shù)

金剛石鉆齒是在5.5-7.5GPa和1450-1550℃的超高壓高溫條件下由聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體燒結(jié)而成，兼有金剛石高硬度和耐磨性，硬質(zhì)合金高抗沖擊性能，被廣泛用于石油、天然氣鉆頭。

工作時(shí)，金剛石鉆齒暴露在鉆頭的最外部，直接作用于堅(jiān)硬的巖層，對(duì)巖層進(jìn)行破碎，工作條件十分惡劣，不僅受到強(qiáng)烈的磨蝕作用，同時(shí)還要承受巨大的沖擊力。巨大的沖擊力可使金剛石鉆齒局部受損脫落，甚至使聚晶金剛石和與其結(jié)合的硬質(zhì)合金部分分離或全部分離，這將導(dǎo)致整個(gè)金剛石鉆頭過(guò)早失效。現(xiàn)有金剛石鉆齒中的硬質(zhì)合金基體為單一結(jié)構(gòu)，其鈷含量為一定值，一般為13%、14%、16%、18%不等，而該硬質(zhì)合金基體上所復(fù)合的聚晶金剛石層的鈷含量一般為5%~10%，兩者之間鈷含量差異較大，導(dǎo)致結(jié)合面存在較大的內(nèi)應(yīng)力，使得金剛石鉆齒的抗沖擊性能下降，進(jìn)而降低了金剛石鉆頭的使用壽命。在制造金剛石鉆頭過(guò)程中，整個(gè)金剛石鉆齒需在700℃高溫下焊接到鉆頭本體上，由于位于上部的聚晶金剛石層和位于下部作為襯底的硬質(zhì)合金基體各自的熱膨脹系數(shù)不同，此時(shí)上、下層中的鈷含量對(duì)各自的熱膨脹表現(xiàn)起著重要作用，兩者鈷含量差別越大，越容易產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重的會(huì)使聚晶金剛石層開(kāi)裂，使整個(gè)金剛石鉆齒失效。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就在于提供一種具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，它能減少金剛石鉆齒中聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體之間結(jié)合界面所殘存的內(nèi)應(yīng)力和硬質(zhì)合金基體內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力，使金剛石鉆齒的抗沖擊性能得以提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層，所述基體至少為兩層鈷含量梯度分布的硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體的一端面與聚晶金剛石層相鄰。

所述基體為硬質(zhì)合金基體Ⅰ、硬質(zhì)合金基體Ⅱ和硬質(zhì)合金基體Ⅲ三層，所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ的一端面與聚晶金剛石層相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ的另一端面與硬質(zhì)合金基體Ⅱ的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅱ的另一端面與硬質(zhì)合金基體Ⅲ的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ、硬質(zhì)合金基體Ⅱ和硬質(zhì)合金基體Ⅲ內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增高。

所述基體為硬質(zhì)合金基體Ⅰ、硬質(zhì)合金基體Ⅱ、硬質(zhì)合金基體Ⅲ和硬質(zhì)合金基體Ⅳ四層，所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ的一端面與聚晶金剛石層相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ的另一端面與硬質(zhì)合金基體Ⅱ的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅱ的另一端面與硬質(zhì)合金基體Ⅲ的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅲ的另一端面與所述硬質(zhì)合金基體Ⅳ的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ、硬質(zhì)合金基體Ⅱ、硬質(zhì)合金基體Ⅲ和硬質(zhì)合金基體Ⅳ內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增高。

所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層相結(jié)合的界面為平面。

所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層的結(jié)合界面為相吻合的曲面。

所述硬質(zhì)合金基體之間的結(jié)合界面為平面。

所述硬質(zhì)合金基體之間的結(jié)合界面為相吻合的曲面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述方案的本實(shí)用新型有如下特點(diǎn)：因金剛石鉆齒從聚晶金剛石層到硬質(zhì)合金基體中的鈷含量為均勻梯度變化，因此，此種設(shè)計(jì)降低了聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體之間結(jié)合界面的內(nèi)應(yīng)力，降低了硬質(zhì)合金基體內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，降低了整個(gè)金剛石鉆齒的內(nèi)應(yīng)力，提高了金剛石鉆齒的抗沖擊性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型中所述基體為三層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中所述基體為四層的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1?

如圖1所示，本實(shí)用新型包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層1，所述基體為硬質(zhì)合金基體Ⅰ2、硬質(zhì)合金基體Ⅱ3和硬質(zhì)合金基體Ⅲ4三層；所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ2的一端面與聚晶金剛石層1相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ2的另一端面與硬質(zhì)合金基體Ⅱ3的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體Ⅱ3的另一端面與硬質(zhì)合金基體Ⅲ4的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體Ⅰ2、硬質(zhì)合金基體Ⅱ3和硬質(zhì)合金基體Ⅲ4內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增高。