[發明專利]一種環脫聚晶金剛石復合片及其加工方法

在審

• 申請號: 202110146734.0
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112981407A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 黎維明;陳思豪;楊磊
• 申請（專利權）人: 四川伽銳科技有限公司
• 主分類號: C23F1/44
• 分類號: C23F1/44;C23F1/02;C23C14/08
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 肖宇揚

本發明公開了一種環脫聚晶金剛石復合片及其加工方法，主要用于鉆探技術領域，環脫聚晶金剛石包括聚晶金剛石復合層和硬質合金基體，其中，所述聚晶金剛石復合層包括過渡金屬析出層和過渡金屬未析出層。本發明通過在聚晶金剛石復合片表面的指定位置設置保護層后利用溶劑將鉆探過程中聚晶金剛石復合片受溫度影響最高部位中的過渡金屬選擇性析出，從而顯著提高聚晶金剛石復合片受溫度影響最高部位的硬度、穩定性、抗沖擊性以及耐磨性，使聚晶金剛石具有更加長久的使用壽命；加工方法簡單有效，適合工業批量加工制造環脫聚晶金剛石復合片。

技術領域

本發明涉及超硬材料技術領域，尤其涉及一種環脫聚晶金剛石復合片及其加工方法。

背景技術

聚晶金剛石復合材料作為原油天然氣開采的關鍵工作部件，其重要程度相當于刀刃之于刀具，需要具備最優異的材料屬性，包括硬度，韌性以及熱穩定性。其中，熱穩定性可以通過復合片合成后期進行表面處理來改變，在聚晶金剛石復合材料合成的過程中，現有技術中，通常是在高溫高壓的條件下進行合成，其中，元素周期表中第八族的過渡金屬通常被用作催化劑來降低金剛石相成相所需的溫度和壓力，從而實現現有壓機能夠達到的技術指標水平，完成整個合成制備過程。

但聚晶金剛石材料中滲透的過渡金屬元素在實際鉆探應用中會由于熱膨脹系數與金剛石機體的差異造成局部應力集中，從而降低復合材料的熱穩定性；另外，過渡金屬元素在常壓狀態下會顯著降低金剛石相轉變為石墨相的溫度，通常只有700攝氏度，從而嚴重影響復合材料的應用溫度，并造成熱性能的降低。

現有技術中，本行業的整體表面處理共識還一直為無差別的處理整個復合層表面，僅對具體處理的深度和形貌做了不同程度的定義，出于技術和成本的考量，在無差別的處理整個復合層表面時并沒有對復合層的其他部分進行表面處理控制，從而進一步優化復合片的綜合性能。

當聚晶復合材料中的過渡金屬相被析出清除后，對復合材料的機械性能進行測試，其常溫下的硬度指標會降低接近30％，從韌性角度分析，斷裂韌性相應地大幅降低30％以上。可見表面處理并不是一項全面提升性能的技術，只是因為它在熱穩定性上的顯著提升(行業公認300％)，使得其他方面的降低被暫時忽略。

隨著鉆探技術的日益提高，鉆探過程中的鉆頭旋轉速度，扭矩和正向剪切力等機械參數都與日俱增，當然對熱穩定性的要求也同樣地提高。市場正在指向一個新的平衡點，將趨向于更精準的表面處理要求，在最大化熱穩定性的同時盡量更少地降低機械性能。

現有技術中，無差別處理整個復合層表面后的聚晶金剛石復合片無法滿足鉆探過程中的鉆探需求，造成聚晶金剛石復合片上受溫度影響最高的部位在鉆探過程中受損嚴重，因此需要頻繁更換聚晶金剛石，浪費資源的同時，增大了鉆探成本，還嚴重拖延了施工進度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種環脫聚晶金剛石復合片的加工方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將聚晶金剛石復合片試樣放入超聲清洗機中利用清洗液進行超聲清洗；S2、將超聲清洗機清洗后的聚晶金剛石復合片試樣放入風箱中干燥；S3、在聚晶金剛石復合片試樣表面的指定位置設置保護層；S4、使用溶劑將試樣中的過渡金屬析出；S5、將試樣再次超聲清洗后干燥，利用打磨拋光機進行機械打磨，去除設置在所述聚晶金剛石復合片試樣上的保護層。

優選地，所述聚晶金剛石復合片試樣的上部形狀為圓臺，下部形狀為圓柱；其中，設置所述保護層的位置包括所述圓臺的頂面以及圓柱的側面

優選地，所述圓臺頂面設有圓形的保護層，所述圓形保護層的圓心與所述圓臺頂面的圓心重合；所述圓形保護層的邊緣與圓柱側面的垂直距離為2-3mm；所述圓柱的側面上設有保護層，所述保護層3包覆距離圓臺底面超過一定距離后的整個圓柱形側面，其中，所述距離為0.5-1mm。