一种聚晶金刚石复合齿、制备方法及潜孔钻头技术

本发明专利技术公开了一种聚晶金刚石复合齿、制备方法及潜孔钻头，所述聚晶金刚石复合齿包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成：金刚石75％～80％、WC10％～15％，余量为粘合剂。本发明专利技术的聚晶金刚石复合齿，在硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由金刚石、WC和粘合剂组成，耐冲击层提高了硬质合金基体和聚晶金刚石层之间的结合力，有效减少了拉应力集中，提高了聚晶金刚石复合齿的抗冲击韧性，进而提高了聚晶金刚石复合齿的质量，延长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
—种聚晶金刚石复合齿、制备方法及潜孔钻头
本专利技术属于钻探设备
，具体涉及一种聚晶金刚石复合齿及其制备方法，同时还涉及一种使用该聚晶金刚石复合齿的潜孔钻头。
技术介绍
潜孔钻头是潜孔凿岩工程中的关键部件，在露天和地下矿山、采石场、水电工程、水井钻进、矿物勘探、岩体钢索锚固孔钻凿、地热开凿、地铁工程开挖、边桩支护等施工场地大量使用；同时也是主要消耗件之一，据统计，在凿岩成本中，钻头费用占20%以上。目前，市场上主要为镶嵌硬质合金柱齿头的潜孔钻头，多用硬质合金的圆球齿、圆锥齿、抛物线齿等镶嵌在钢制基体前部制造而成。这种潜孔钻头在中等硬度及偏软的岩层中可以满足工程需要，但是遇到岩层坚硬的地层(如花岗岩)时，硬质合金磨损严重，钻头使用寿命短，需经常更换，效率低下，不仅影响工程的进度，也造成人力、物力及原材料的大量浪费。针对上述问题，聚晶金刚石复合齿潜孔钻头得到了发展。 聚晶金刚石复合齿潜孔钻头是采用聚晶金刚石复合齿代替了传统的硬质合金柱齿头。聚晶金刚石复合齿是在高温高压下由人造金刚石微粉与硬质合金基体(圆锥形、球形、楔形、抛物线形等)一次烧结而成的，在硬质合金基体的齿头表面形成一层聚晶金刚石层。与硬质合金柱齿头相比，聚晶金刚石复合齿具有高强度、高耐磨性等优异的机械力学性能，在钻探开采等各个领域得到了广泛的应用。但是，由于硬质合金基体和金刚石层的热膨胀系数、弹性模量等性能参数的不同，烧结而成的聚晶金刚石复合齿内部残余应力较大，削弱了硬质合金基体与金刚石层的结合力，导致其抗冲击韧性差，容易出现崩裂、分层等非正常破坏的现象，严重影响了聚晶金刚石复合齿的质量，从而影响了聚晶金刚石复合齿潜孔钻头的使用性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚晶金刚石复合齿，解决现有聚晶金刚石复合齿的硬质合金基体与金刚石层结合力差、聚晶金刚石复合齿抗冲击韧性差的问题。 本专利技术的第二个目的是提供一种聚晶金刚石复合齿的制备方法。 本专利技术的第三个目的是提供一种使用上述聚晶金刚石复合齿的潜孔钻头。 为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是:一种聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成:金刚石75%?80%、WClO %?15%，余量为粘合剂。 所述粘合剂为Co、Ni和TiC。 所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成:金刚石75 %?80 %、WClO %?15%、Co3%?10%、Nil%?4%、TiCl %?3%。 所述耐冲击层与聚晶金刚石层的质量比为1:2?5。 所述硬质合金基体为WC-Co合金。 所述硬质合金基体由以下质量百分比的组分组成:Co6%?10%、WC90%?94%。 所述WC的晶粒度为2.5?5.0 μ m。 所述聚晶金刚石层由以下质量百分比的组分组成:粒度为50?60 μ m的金刚石40 %?50 %、粒度为30?40 μ m的金刚石30 %?40 %、粒度为10?20 μ m的金刚石5 %?20%、Co4% ?10%。 所述硬质合金基体为圆锥形、圆球形、楔形或抛物线形结构。 所述硬质合金基体表面设有凹球面。所述凹球面的个数为偶数。所述凹球面在硬质合金基体表面呈对称分布。所述凹球面的中心轴线与硬质合金基体表面的切线方向垂直。 一种上述的聚晶金刚石复合齿的制备方法，包括下列步骤: I)取金刚石微粉、WC粉和粘合剂制成耐冲击层粉料，备用； 2)将硬质合金基体、耐冲击层粉料、聚晶金刚石层粉料依次组装并压实，得组装件； 3)将步骤2)所得组装件置于叶腊石合成块中，放入导电钢圈，组成合成模； 4)将步骤3)所得合成模置于六面顶压机中合成后冷却，卸压取出，即得。 步骤I)中，所述粘合剂为Co、Ni和TiC。 步骤I)中，所述金刚石微粉的粒度为20?50 μ m，WC粉的晶粒度为2.5?5.0 μ m，Co粉的粒度为5?20 μ m，Ni粉的粒度为1.0?10 μ m，TiC粉的粒度为1.0?10 μ m。 所述耐冲击层粉料的制备方法是:将金刚石微粉、WC粉和粘合剂球磨8?1h后，置于真空干燥箱中于100?150°C下保存备用。 所述聚晶金刚石层粉料由以下质量百分比的组分组成:粒度为50?60 μ m的金刚石微粉40%?50%、粒度为30?40 μ m的金刚石微粉30%?40%、粒度为10?20 μ m的金刚石微粉5 %?20 %、粒度为5?20 μ m的Co粉4 %?10 %。 所述聚晶金刚石层粉料的制备方法是将金刚石微粉和Co粉球磨10?15h后，置于真空干燥箱中于100?120°C下保存备用。 步骤4)中，所述合成的压力为5.2?6.06?&，温度为1450?15501:，合成时间为2 ?5min。 步骤4)中，所述冷却时间为5?lOmin。 一种使用上述的聚晶金刚石复合齿的潜孔钻头，包括潜孔钻头基体，所述潜孔钻头基体上设有至少一个齿孔，所述齿孔中镶嵌有所述的聚晶金刚石复合齿。 所述潜孔钻头基体是依次通过基体锻造、基体正火、基体机械加工、基体二次热处理、基体齿孔加工工艺制备得到。 本专利技术的聚晶金刚石复合齿，在硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由金刚石、WC和粘合剂组成，耐冲击层提高了硬质合金基体和聚晶金刚石层之间的结合力，有效减少了拉应力集中，提高了聚晶金刚石复合齿的抗冲击韧性，进而提闻了聚晶金刚石复合齿的质量，延长了使用寿命。 本专利技术的聚晶金刚石复合齿中，耐冲击层采用Co、N1、TiC混合粉料做粘合剂，粘合力强，不仅使硬质合金基体与聚晶金刚石层之间具有较强的粘合力，同时提高了聚晶金刚石复合齿的抗冲击韧性。聚晶金刚石层采用不同粒度的金刚石混合粉料，提高了聚晶金刚石层的整体硬度、耐磨性，进一步提高了聚晶金刚石复合齿的抗冲击韧性。 本专利技术的聚晶金刚石复合齿的制备方法，是将硬质合金基体、耐冲击层粉料、聚晶金刚石层粉料依次组装后高温高压合成，该方法实现了在硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设置耐冲击层，体高了硬质合金基体和聚晶金刚石层之间的结合力，有效减少了拉应力集中，提高了聚晶金刚石复合齿的抗冲击韧性，进而提高了聚晶金刚石复合齿的质量，延长了使用寿命；该方法一步合成，工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。 本专利技术的潜孔钻头，是将上述的聚晶金刚石复合齿镶嵌在潜孔钻头基体的齿孔中所得，聚晶金刚石复合齿具有良好的耐冲击韧性和硬度，使得潜孔钻头具有较高的耐磨性及抗冲击性，提高了潜孔钻头的质量，延长了使用寿命，提高了潜孔凿岩的工作效率，降低了生产成本。 【附图说明】 图1为实施例1的聚晶金刚石复合齿的结构示意图； 图2为实施例2的聚晶金刚石复合齿的结构示意图； 图3为图2中硬质合金基体的俯视图； 图4为实施例2的潜孔钻头的结构示意图。 【具体实施方式】 下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进一步的说明。 实施例1 本实施例的聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成:金刚石75 %、WC15 %、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚晶金刚石复合齿，其特征在于：包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成：金刚石75％～80％、WC10％～15％，余量为粘合剂。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石复合齿，其特征在于:包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成:金刚石75%?80%、WC10%?15%，余量为粘合剂。2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合齿，其特征在于:所述粘合剂为Co、Ni和TiC。3.根据权利要求2所述的聚晶金刚石复合齿，其特征在于:所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成:金刚石75%?80%、WC10%?15%、Co3%?10%、Nil%?4%、TiCl%?3%。4.根据权利要求1或3所述的聚晶金刚石复合齿，其特征在于:所述耐冲击层与聚晶金刚石层的质量比为1:2?5。5.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合齿，其特征在于:所述硬质合金基体为WC-CoI=1-Wl O6.根据权利要求5所述的聚晶金刚石复合齿，其特征在于:所述硬质合金基体由以下质量百分比的组分组成:Co6%?10%、WC90%?94%。7.根据权利要求1或3所述的聚晶金刚石复合齿，其特征在于:所述聚晶金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞利，杨汉嵩，蒋爱云，何春霞，郭晓君，郭会娟，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：河南;41