耐熱型金剛石切削齒的製作方法

2023-05-28 11:31:11

專利名稱：耐熱型金剛石切削齒的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於石油、地質鑽頭的切削齒，具體說是涉及一種耐熱型金剛石切削齒。
背景技術：
金剛石切削齒是在超高壓高溫條件下由金剛石燒結體層與硬質合金基材層(硬質合金襯底)燒結而成，兼有金剛石和硬質合金的優異性能，被廣泛用於石油、天然氣鑽頭。工作時，金剛石切削齒暴露在鑽頭的最外部，在地表以下數十米至數千米的深層工作，直接作用於巖層，對巖層進行破碎，工作條件十分惡劣，不僅要承受巨大的衝擊力，同時還會受到強烈的磨蝕作用。在金剛石層與巖層的實際接觸的很小區域會產生瞬間的高溫，在這種微小的高溫區，金剛石會因過熱而遭破壞，反映在宏觀上表現為金剛石層的過快磨損，使金剛石切削齒失去應有的鋒利性，不僅會導致鑽進速度的降低同時也會影響鑽頭的使用壽命。
為改進金剛石燒結體——硬質合金鑽齒的結構，中國專利ZL02290359.3的實用新型專利公開了一種非平面結合結構的金剛石複合片，該專利技術通過改進硬質合金結合面的幾何形狀，雖使金剛石切削齒的抗衝擊性有所提高，但仍不能滿足既要抗衝擊，又要適應強烈磨蝕的惡劣工況下的使用要求。
上述實用新型專利技術所製造的金剛石切削齒如圖1所示，其工作層為單一結構的金剛石燒結體，這種普通型金剛石燒結體的耐熱程度一般不超過700℃。在實際鑽井過程中，最上層的金剛石由於直接與地下深處的巖石相摩擦，其瞬間高溫會使金剛石層產生龜裂，進而破壞了金剛石晶粒間的結合，使金剛石層逐漸剝離、磨損。

發明內容
本實用新型的目的正是針對上述現有技術中所存在的不足之處而提供一種既具備普通型金剛石燒結體所具有的抗衝擊性能和耐磨蝕性能，又能承受瞬間的切削高溫的新型耐熱型金剛石切削齒。
本實用新型的目的可通過下述技術措施來實現本實用新型的耐熱型金剛石切削齒包括硬質合金基材層和附著在硬質合金基材層(硬質合金襯底)上的金剛石材料工作層，其中所述金剛石材料工作層包括附著在硬質合金基材層上的耐熱度＜700℃的普通型金剛石燒結體層(抗衝擊型)和附著在普通型金剛石燒結體層上的耐熱度＞700℃的耐熱型金剛石燒結體層。
本實用新型中所述耐熱型金剛石燒結體層與普通型金剛石燒結體層之間的結合面為平面結構；所述普通型金剛石燒結體層與硬質合金基材層之間的結合面為平面結構或凹凸相間的結構面。
本實用新型中所述耐熱型金剛石燒結體層的厚度為0.1～0.3mm，普通型金剛石燒結體層的厚度為0.7～3mm。
本實用新型中所述的普通型金剛石燒結體層和耐熱型金剛石燒結體層均為現有技術的產品，其中普通型金剛石燒結體層是由88-94wt％的金剛石粉末和金屬Ni或Fe或Co在超高溫高壓下燒結而成；耐熱型金剛石燒結體層由86-92wt％的金剛石粉末和金屬Ni或Fe或Si在超高溫高壓下燒結而成，或由98wt％以上的純金剛石構成。
本實用新型與現有技術相比具有以下特性位於中間層的普通型金剛石燒結體層的設置可使整個金剛石材料工作層具備一般金剛石燒結體所具備的抗衝擊性和耐磨性，而位於最上層的切削齒的上工作部分——即耐熱型金剛石燒結體層的設置又可使整個金剛石材料工作層具有了超強耐熱的能力，使得金剛石材料工作層同時兼備抗衝擊、耐磨蝕和耐熱的能力，在不降低抗衝擊性能的情況下，能使切削齒的耐熱性能得以提高，進而使得切削齒的整體耐用度——使用壽命得以大幅度提高。


圖1為現有技術的結構圖。
圖中1′是金剛石材料層頂面，2′是金剛石材料工作層，3′是硬質合金基材層。
圖2是本實用新型的第一種實施方式的結構示意圖。
圖3是本實用新型的第二種實施方式的結構示意圖。
圖中1是金剛石材料層頂面，2是耐熱型金剛石燒結體層，3是普通型金剛石燒結體層，4是硬質合金基材層，5是耐熱型金剛石燒結體層和普通型金剛石燒結體層共同構成的金剛石材料工作層。
具體實施方式
本實用新型以下將結合實施例(附圖)做進一步描述實施例1如圖2所示，本實施例的耐熱型金剛石切削齒包括通過在超高壓高溫條件下以燒結的方式附著在硬質合金基材層4(硬質合金襯底)上的金剛石材料工作層5，所述金剛石材料工作層5包括附著在硬質合金基材層4上的耐熱度＜700℃的普通型金剛石燒結體層(抗衝擊型)3和附著在普通型金剛石燒結體層3上的耐熱度＞700℃的耐熱型金剛石燒結體層2；所述普通型金剛石燒結體層3是由88-94wt％的金剛石粉末和金屬Ni或Fe或Co在超高溫高壓下燒結而成；耐熱型金剛石燒結體層2由86-92wt％的金剛石粉末和金屬Ni或Fe或Si在超高溫高壓下與普通型金剛石燒結體層一同燒結而成，或由98wt％以上的純金剛石構成；所述耐熱型金剛石燒結體層2的厚度為0.1～0.3mm，普通型金剛石燒結體層3的厚度為0.7～3mm；且所述耐熱型金剛石燒結體層2與普通型金剛石燒結體層3之間、普通型金剛石燒結體層3與硬質合金基材層4之間的結合面均為平面結構。
實施例2如圖3所示，本實施例的耐熱型金剛石切削齒與實施例1的不同之處在於所述普通型金剛石燒結體層(抗衝擊型)3與硬質合金基材層4之間的結合面為凹凸相間的結構面。
權利要求1.一種耐熱型金剛石切削齒，它包括硬質合金基材層(4)和附著在硬質合金基材層(4)上的金剛石材料工作層(5)，其特徵在於所述金剛石材料工作層(5)包括附著在硬質合金基材層(4)上的耐熱度＜700℃的普通型金剛石燒結體層(3)和附著在普通型金剛石燒結體層(3)上的耐熱度＞700℃的耐熱型金剛石燒結體層(2)。
2.根據權利要求1所述的耐熱型金剛石切削齒，其特徵在於所述耐熱型金剛石燒結體層(2)與普通型金剛石燒結體層(3)之間的結合面為平面結構。
3.根據權利要求1所述的耐熱型金剛石切削齒，其特徵在於所述普通型金剛石燒結體層(3)與硬質合金基材層(4)之間的結合面為平面結構。
4.根據權利要求1所述的耐熱型金剛石切削齒，其特徵在於所述普通型金剛石燒結體層(3)與硬質合金基材層(4)之間的結合面為凹凸相間的結構面。
5.根據權利要求1或2所述的耐熱型金剛石切削齒，其特徵在於所述耐熱型金剛石燒結體層(2)的厚度為0.1～0.3mm，普通型金剛石燒結體層(3)的厚度為0.7～3mm。
專利摘要一種耐熱型金剛石切削齒，它包括硬質合金基材層(4)和附著在硬質合金基材層(4)上的金剛石材料工作層(5)，其特徵在於所述金剛石材料工作層(5)包括附著在硬質合金基材層(4)上的耐熱度＜700℃的普通型金剛石燒結體層(3)和附著在普通型金剛石燒結體層(3)上的耐熱度＞700℃的耐熱型金剛石燒結體層(2)。本實用新型與現有技術相比具有以下特性位於最上層的耐熱型金剛石層的設置可使金剛石材料層的耐熱性或散熱性能得到較大幅度的提高，從而降低金剛石層在切削砂泥巖時的熱損傷風險，有效避免金剛石材料工作層最上層的熱破壞，並能將局部產生的熱衝擊迅速緩解，進而使得切削齒的整體耐用度得以大幅度提高。
文檔編號B32B5/00GK2846707SQ20052014363
公開日2006年12月13日 申請日期2005年12月22日 優先權日2005年12月22日
發明者江曉樂, 衡軍 申請人:鄭州新亞複合超硬材料有限公司