專利名稱：具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金剛石鉆齒，尤其涉及一種具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒。
背景技術(shù)：
金剛石鉆齒是在5.5-7.5GPa和1450_1550°C的超高壓高溫條件下由聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體燒結(jié)而成，兼有金剛石高硬度和耐磨性，硬質(zhì)合金高抗沖擊性能，被廣泛用于石油、天然氣鉆頭。工作時(shí)，金剛石鉆齒暴露在鉆頭的最外部，直接作用于堅(jiān)硬的巖層，對巖層進(jìn)行破碎，工作條件十分惡劣，不僅受到強(qiáng)烈的磨蝕作用，同時(shí)還要承受巨大的沖擊力。巨大的沖擊力可使金剛石鉆齒局部受損脫落，甚至使聚晶金剛石和與其結(jié)合的硬質(zhì)合金部分分離或全部分離，這將導(dǎo)致整個(gè)金剛石鉆頭過早失效?，F(xiàn)有金剛石鉆齒中的硬質(zhì)合金基體為單一結(jié)構(gòu)，其鈷含量為一定值，一般為13%、14%、16%、18%不等,而該硬質(zhì)合金基體上所復(fù)合的聚晶金剛石層的鈷含量一般為59TlO%，兩者之間鈷含量差異較大，導(dǎo)致結(jié)合面存在較大的內(nèi)應(yīng)力，使得金剛石鉆齒的抗沖擊性能下降，進(jìn)而降低了金剛石鉆頭的使用壽命。在制造金剛石鉆頭過程中，整個(gè)金剛石鉆齒需在700°C高溫下焊接到鉆頭本體上，由于位于上部的聚晶金剛石層和位于下部作為襯底的硬質(zhì)合金基體各自的熱膨脹系數(shù)不同，此時(shí)上、下層中的鈷含量對各自的熱膨脹表現(xiàn)起著重要作用，兩者鈷含量差別越大，越容易產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重的會(huì)使聚晶金剛石層開裂，使整個(gè)金剛石鉆齒失效。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于提供一種具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，它能減少金剛石鉆齒中聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體之間結(jié)合界面所殘存的內(nèi)應(yīng)力和硬質(zhì)合金基體內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力，使金剛石鉆齒的抗沖擊性能得以提高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:本實(shí)用新型包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層，所述基體至少為兩層鈷含量梯度分布的硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體的一端面與聚晶金剛石層相鄰。所述基體為硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體II和硬質(zhì)合金基體III三層，所述硬質(zhì)合金基體I的一端面與聚晶金剛石層相鄰，所述硬質(zhì)合金基體I的另一端面與硬質(zhì)合金基體II的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體II的另一端面與硬質(zhì)合金基體III的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體II和硬質(zhì)合金基體III內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增聞。所述基體為硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體I1、硬質(zhì)合金基體III和硬質(zhì)合金基體IV四層，所述硬質(zhì)合金基體I的一端面與聚晶金剛石層相鄰，所述硬質(zhì)合金基體I的另一端面與硬質(zhì)合金基體II的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體II的另一端面與硬質(zhì)合金基體III的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體III的另一端面與所述硬質(zhì)合金基體IV的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合 金基體I1、硬質(zhì)合金基體III和硬質(zhì)合金基體IV內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增高。所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層相結(jié)合的界面為平面。所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層的結(jié)合界面為相吻合的曲面。 所述硬質(zhì)合金基體之間的結(jié)合界面為平面。所述硬質(zhì)合金基體之間的結(jié)合界面為相吻合的曲面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述方案的本實(shí)用新型有如下特點(diǎn):因金剛石鉆齒從聚晶金剛石層到硬質(zhì)合金基體中的鈷含量為均勻梯度變化，因此，此種設(shè)計(jì)降低了聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體之間結(jié)合界面的內(nèi)應(yīng)力，降低了硬質(zhì)合金基體內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，降低了整個(gè)金剛石鉆齒的內(nèi)應(yīng)力，提高了金剛石鉆齒的抗沖擊性能。

圖1是本實(shí)用新型中所述基體為三層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型中所述基體為四層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層1，所述基體為硬質(zhì)合金基體I 2、硬質(zhì)合金基體II 3和硬質(zhì)合金基體III 4三層；所述硬質(zhì)合金基體I 2的一端面與聚晶金剛石層I相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體I 2的另一端面與硬質(zhì)合金基體II 3的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體II 3的另一端面與硬質(zhì)合金基體III4的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體I 2、硬質(zhì)合金基體II 3和硬質(zhì)合金基體III4內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增聞。所述硬質(zhì)合金基體I 2的一端面與聚晶金剛石層I相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面也可為曲面，如相吻合的直槽形曲面；所述硬質(zhì)合金基體I 2的另一端面與硬質(zhì)合金基體
II3的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面也可為曲面，如相吻合的正弦形曲面；所述硬質(zhì)合金基體II 3的另一端面與硬質(zhì)合金基體III 4的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面也可為曲面，如相吻合的鋸齒形曲面。此種設(shè)計(jì)也適用于實(shí)施例2所介紹的實(shí)施方案。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)用新型包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層1，所述基體為硬質(zhì)合金基體I 2、硬質(zhì)合金基體II 3、硬質(zhì)合金基體III4和硬質(zhì)合金基體IV 5四層；所述硬質(zhì)合金基體I 2的一端面與聚晶金剛石層I相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體I 2的另一端面與硬質(zhì)合金基體II 3的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體II 3的另一端面與硬質(zhì)合金基體III 4的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體III4的另一端面與所述硬質(zhì)合金基體IV 5的一端面相鄰，且彼此間相結(jié)合的界面為平面；所述硬質(zhì)合金基體I 2、硬質(zhì)合金基體II 3、硬質(zhì)合金基體III 4和硬質(zhì)合金基體IV 5內(nèi)·的鈷含量呈梯度分布且依次增高。
權(quán)利要求1.一種具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，它包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層，其特征在于:所述基體至少為兩層鈷含量梯度分布的硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體的一端面與聚晶金剛石層相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，其特征在于:所述基體為硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體II和硬質(zhì)合金基體III三層，所述硬質(zhì)合金基體I的一端面與聚晶金剛石層相鄰，所述硬質(zhì)合金基體I的另一端面與硬質(zhì)合金基體II的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體II的另一端面與硬質(zhì)合金基體III的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體II和硬質(zhì)合金基體III內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，其特征在于:所述基體為硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體I1、硬質(zhì)合金基體III和硬質(zhì)合金基體IV四層，所述硬質(zhì)合金基體I的一端面與聚晶金剛石層相鄰，所述硬質(zhì)合金基體I的另一端面與硬質(zhì)合金基體II的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體II的另一端面與硬質(zhì)合金基體III的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體III的另一端面與所述硬質(zhì)合金基體IV的一端面相鄰，所述硬質(zhì)合金基體1、硬質(zhì)合金基體I1、硬質(zhì)合金基體III和硬質(zhì)合金基體IV內(nèi)的鈷含量呈梯度分布且依次增高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，其特征在于:所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層相結(jié)合的界面為平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，其特征在于:所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層的結(jié)合界面為相吻合的曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，其特征在于:所述硬質(zhì)合金基體之間的結(jié)合界面為平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，其特征在于:所述硬質(zhì)合金基體之間的結(jié)合界面為相吻 合的曲面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有鈷含量梯度的金剛石鉆齒，它包括基體及與其相復(fù)合的聚晶金剛石層，所述基體至少為兩層鈷含量梯度分布的硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體的一端面與聚晶金剛石層相鄰。采用上述方案的本實(shí)用新型，因從聚晶金剛石層到硬質(zhì)合金基體中的鈷含量為均勻梯度變化的分布狀態(tài)，因此，此種設(shè)計(jì)降低了聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體之間結(jié)合界面的內(nèi)應(yīng)力，降低了硬質(zhì)合金基體內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，降低了整個(gè)金剛石鉆齒的內(nèi)應(yīng)力，提高了金剛石鉆齒的抗沖擊性能。
文檔編號E21B10/46GK203129964SQ20132011359
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者江雨明 申請人:江雨明