[發明專利]抗沖擊金剛石硬質合金復合片

有效

• 申請號: 201410290940.9
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104131786B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 肖湘平
• 申請（專利權）人: 武漢玖石超硬材料有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明屬于石油鉆井、工程掘進技術領域，具體涉及一種新型結構的金剛石硬質合金復合片。

背景技術

金剛石硬質合金復合片(以下簡稱“復合片”)由金剛石粉末與硬質合金基體在超高壓高溫條件下燒結而成，其中聚晶金剛石層為耐磨工作層，硬質合金基體起支撐作用。復合片既具有金剛石的高硬度、高耐磨等特性，又具有硬質合金的高強度、抗沖擊韌性和良好的可焊性等特性，在石油天然氣鉆探、地質鉆探、工程鉆探、煤炭開采等領域得到廣泛應用。

隨著鉆探開采行業的發展，對鉆探開采工具的耐用度、鉆進效率、作業成本等提出了更高的要求。復合片作為鉆探開采工具的主要切削部件，需要不斷改進提高其耐磨性、抗沖擊性、耐熱性等性能指標，以滿足市場需求。其中，金剛石層和硬質合金層的界面結構改進是提高復合片抗沖擊性的重要方法之一。

在早期，金剛石硬質合金復合片的兩種材料之間的結合界面是平面結構。隨著研究試驗的深入，平面界面結構的復合片在邊緣部位應力過大的問題得到了重視，在界面結構方面出現了很多專利性的設計，如在硬質合金結合面上設計凹槽、凸起、凸臺等各種幾何結構，統稱為非平面界面。非平面界面有利于加大聚晶金剛石層和硬質合金層的結合面積，增強結合強度，改善殘余應力的分布，進而提高金剛石硬質合金復合片的抗沖擊性。

雖然非平面界面改善了殘余應力的分布，但實際使用過程中仍然會遇到極端的鉆井條件，復合片徑向抗沖擊能力仍然不足。典型的改善措施是在硬質合金基體端面設計各種凸臺，這樣復合片金剛石層的邊緣厚、中間薄，以降低金剛石層與基體之間的殘余應力水平。但這種圓臺凸起仍然存在一些值得改進之處，特別是在外力的沖擊作用下，圓臺凸起邊緣的應力擴展問題仍然存在。

發明內容

本發明的目的在于通過增大聚晶金剛石層與硬質合金基體間的徑向結合面積和改進結合方式，從而提高復合片整體的徑向抗沖擊能力和抗沖擊性，使復合片可應用于更復雜惡劣的工作環境。

為達到上述目的，采用的具體方案如下：

一種金剛石硬質合金復合片，包括聚晶金剛石層和硬質合金基體，采用金剛石粉末與硬質合金基體在高壓高溫條件下燒結而成；

其中，所述硬質合金基體的結合面上有柱狀凸臺，凸臺頂端面有呈點陣狀的凸起；

所述柱狀凸臺的環形邊沿呈波浪形，下沿比上沿大。

按上述方案，所述凸臺頂端面的凸起為半球形。

按上述方案，所述的環形邊沿呈波浪形階梯結構。

按上述方案，所述的波浪形階梯結構的階梯為1～3層。

按上述方案，所述凸臺的上沿與下沿連接連接線與復合片中央軸線的夾角為5-30°。

按上述方案，所述上沿和下沿的波浪形階梯結構采用圓滑過渡。

按上述方案，所述的柱狀凸臺上端還有凹坑或溝槽。

本發明的技術效果在于：

本發明復合片界面的凸臺面積比常規的圓柱凸臺面積進一步增加，聚晶金剛石與硬質合金的結合力也隨之增強。

凸臺側面的連續波浪形結構緩解了徑向沖擊帶來的應力擴展，使復合片的抗沖擊性得到改善。

在硬質合金基體界面、柱狀凸臺與相交面之間均圓滑過渡，降低了殘余應力集中的問題。

附圖說明

圖1：本發明金剛石硬質合金復合片的外形圖；

圖2：本發明硬質合金基體界面結構外形立體圖；

圖3：本發明硬質合金基體的俯視圖；

圖4：實施例1周向壓應力分布圖；

1-聚晶金剛石；2-硬質合金基體；3-柱狀凸臺；31-凸臺頂端面；32-環形面；33-半球形凸起。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

參照附圖1、2、3，一種金剛石硬質合金復合片，包括聚晶金剛石1和硬質合金基體2，采用金剛石粉末與硬質合金基體2裝配在一起，在高壓高溫條件下金剛石粉末燒結形成聚晶金剛石層1并與硬質合金基體2燒結形成金剛石硬質合金復合片；其中，所述硬質合金基體的結合面上有柱狀凸臺3，凸臺頂端面31有呈點陣狀分布的凸起33；所述柱狀凸臺3的環形邊沿呈波浪形，下沿比上沿大，且下沿與復合片的外徑之間為環形面32。采用此構造的凸臺面積比常規的圓柱凸臺面積進一步增加，聚晶金剛石與硬質合金的結合力也隨之增強。且凸臺側面連續波浪形結構緩解了徑向沖擊帶來的應力擴展，使復合片的抗沖擊性得到改善。

優化地，凸臺頂端面31的凸起33為半球形。進一步增大了結合面的接觸面積。