[發明專利]一種單齒頭硬質合金復合柱齒及其制備方法

有效

• 申請號: 202010570707.1
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111558721B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 徐純芳;黃慶明;羅蒙;楊漢民;余立新
• 申請（專利權）人: 蘇州新銳合金工具股份有限公司
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F1/00;B22F3/22;B22F7/06;C22C29/08;E21B10/46
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 馬明渡

一種單齒頭硬質合金復合柱齒及其制備方法，將單齒頭硬質合金復合柱齒在高度方向上設計成一個齒頭和一個齒身，包括以下步驟：步驟一.制備齒身原料和齒頭原料；齒頭包括10~20wt%的碳化后的球形鑄造碳化鎢顆粒、1~7wt%的蠟基復合成型劑，余量為齒身原料。步驟二.將齒頭原料和齒身原料通過共注射成型方法或者分次裝料模壓成型方法分別加入模具，獲得復合結構的柱齒軟坯。步驟三.在惰性氣體氣氛下，對步驟二制得的復合結構的柱齒軟坯進行高溫低壓燒結，齒頭和齒身的結合界面發生冶金反應形成過渡層，齒頭和齒身一體成型得單齒頭硬質合金復合柱齒。解決了現有硬質合金柱齒不能同時兼顧耐磨性和韌性的技術問題。

技術領域

本發明涉及硬質合金材料領域，特別涉及一種單齒頭硬質合金復合柱齒及其制備方法。

背景技術

硬質合金柱齒廣泛用于各種規格沖擊和潛孔鉆頭、油用牙輪鉆頭、礦用牙輪鉆頭。硬質合金柱齒包括齒頭和齒身，其按齒頭狀劃分，主要有球型齒、錐型齒、彈型齒、楔型齒、翼型齒、平頭齒、鋸形齒等，柱齒的齒身一般呈圓柱形。

硬質合金柱齒一般采用難熔的碳化鎢為硬質相，金屬鈷為粘結相的硬質合金材料，雖然硬質合金具有很高的硬度、韌性、耐磨性和耐腐蝕性，但是硬質合金柱齒在使用時，不僅受沖擊載荷和扭轉載荷的作用，還需要承受來自巖石的嚴重磨損，據統計，目前市場上硬質合金柱齒失效原因主要是不耐磨，特別是在硬質層地區，硬質合金柱齒很容易過早磨損，導致鉆頭壽命短、鉆進效率低、掘進費用高。

為解決此問題目前主要有兩種方法，一種是對其齒頭表面進行梯度處理使齒頭表面具有更低鈷含量的高硬度層，從而提高表層的耐磨性，齒身的鈷含量高于齒頭，維持韌性。因傳統的硬質合金在耐磨性與強韌性之間存在一種矛盾，即鈷含量低則硬度和耐磨性高而韌性低，反之鈷含量高則韌性高而硬度和耐磨性差。在相同鈷含量的條件下，碳化鎢的粒度對硬度與韌性會帶來一定影響，碳化鎢粒度越細硬度越高，韌性則越低。所以目前功能梯度硬質合金是一個研究方向，如中國專利CN 110453128 A齒冠表層部位采用中粗晶粒WC，利用中粗晶粒WC的高韌性提高錐形齒冠表層的抗沖擊能力，球冠部分采用細晶粒WC，利用細晶粒WC的高硬度以提高整個球冠齒芯部的耐磨性。但是這種梯度結構柱齒的齒頭韌性還是低于傳統的硬質合金齒頭，所以其厚度也有限制，耐磨性仍然難以保證。因此，如果只是采用調整WC粒度和Co含量的方法進行合金的耐磨性提高，調整范圍有限，且在效果上也有限。

另一種方法是將金剛石和硬質合金相復合，得金剛石-硬質合金復合柱齒，如附圖1所示，硬質合金作為基體，增強整體的韌性，在硬質合金基體5上復合一層金剛石復合片1，發揮金剛石硬度高、耐磨性高的優點。如中國專利CN 104439248 A采用在硬質合金基體上復合金剛石與立方碳化硼構成的過渡層和多晶金剛石層，得具有很高的耐磨性和韌性的金剛石硬質合金復合球齒。以及中國專利CN 202467663 U和CN 205330546 U均是在硬質合金基體上復合金剛石。雖然金剛石硬度和耐磨性都較高，但是韌性低，耐沖擊性差，且金剛石復合層與硬質合金基體結合強度低，影響韌性，所以金剛石的厚度通常較薄。另外金剛石層厚度較薄，工作壽命短，如果依靠增加厚度來延長其使用壽命，則將進一步減弱金剛石復合片的耐沖擊能力。

綜上所述，現有硬質合金柱齒主要存在的問題包括：1.現有硬質合金柱齒耐磨性不高，容易過早磨損，導致鉆頭壽命短、鉆進效率低、掘進費用高。2.現有的硬質合金復合柱齒，無論是鈷含量或者碳化鎢粒度梯度結構的，還是在硬質合金基體復合金剛石等復合片的，都難以同時兼顧柱齒的耐磨性和韌性。

有鑒于此，如何設計一種同時具有高耐磨性和高韌性的硬質合金復合柱齒是本發明研究的課題。

發明內容

本發明目的是提供一種單齒頭硬質合金復合柱齒及其制備方法，其目的是要解決現有硬質合金柱齒不能同時兼顧耐磨性和韌性的技術問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：