一种金刚石复合片基体的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到一种硬质合金与金刚石的复合材料及其制作方法，具体涉及一种钻探行业用金刚石复合片基体，也可广泛用于其它采用局部金刚石复合片进行作业的工矿场所，属金刚石/硬质合金复合材料制备技术领域。
[0002]【背景技术】:
[0003]金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact，简称]3DC)是由金刚石微粉与硬质合金基体在高温(1300-1500° C)超高压(5-7Gpa)条件下烧结而成的一种层状结构复合超硬材料，采用金刚石复合片作为岩石切削齿的复合片钻头已广泛应用于石油、煤炭、天然气开采行业。目前钻探用金刚石复合片的金刚石层厚度一般在1.0-2.5_之间，随着钻井深度与钻进地层硬度的增加，对复合片耐磨性与使用寿命的要求也越来越高，增加金刚石层厚度虽有利于提高复合片使用寿命，但金刚石层加厚会使roc边缘拉应力区宽度成倍增加，还使得PDC边缘界面附近轴向的最大拉应力和最大剪应力显著加大，造成金刚石层较厚的PDC界面容易产生裂纹，降低复合片产品烧结时的合格率。如果裂纹在复合片的使用过程中出现，则可能使金刚石层整体脱落，给钻井工作造成巨大损失。
[0004]另一方面，我们在深入的研究中发现，早期的复合片金刚石层厚度不超过0.7mm，后来实用新型了非平面连接技术才使得金刚石层厚度逐步增加，目前可做到2.5_左右。非平面连接是指硬质合金基体与金刚石层间采用台阶形、槽形或简单凸凹形等几何形式联结。不同的roc界面结构形式，其内部残余应力的大小与分布规律均不相同。不规则界面结构通过增加接触面积和特定的结构形式，提高了界面结合力和结构抗剪切的能力，但复杂的界面形状不可避免的存在局部拉应力集中现象，在冲击试验中，这些区域可能因拉应力高度集中而发生界面分离或断裂。在金刚石复合片的实际应用中，我们发现金刚石复合片在镶嵌到钻头上后，就处于一种固定状态，所以工作时全部只是某一部分在工作，因此在金刚石复合片工作过程中，各部分的受力和磨损状况是不一样的，如果我们只是简单的在硬质合金基体上复合一层金刚石层，则并不能使得整个金刚石层发挥应有的作用，而且根据各部分的受力情况，对金刚石复合片的性能要求实际上是不一样的，如果都做成一样的，是不合适的，这样发而容易出现界面裂纹的风险；因此，有必要对金刚石复合片的结构加以改进，在增加金刚石层厚度的同时控制复合片出现界面裂纹的风险。
[0005]通过专利检索没发现有与本实用新型相同技术的专利文献报道，与本实用新型有一定关系的专利主要有以下几个:
[0006]1、专利申请号为CN201510508988.7，名称为“具有防粘附特性的聚晶金刚石复合片”的发明专利，该专利公开了一种具有防粘附特性的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和复合于其上的聚晶金刚石层，在聚晶金刚石层的刃面上设置有沟槽结构；沟槽结构包括沿刃面的径向呈放射状布置的若干径向沟槽，若干径向沟槽将刃面分割成若干个扇区，以及与径向沟槽连通的若干弧形的周向沟槽，若干周向沟槽以刃面的中心为圆心呈同心分布，相邻扇区的周向沟槽交错设置。
[0007]2、专利号为CN201520471001.4，名称为“一种低切削阻力曲面结构聚晶金刚石复合片”的实用新型专利，该专利公开了一种低切削阻力曲面结构聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层及与其相粘结的硬质合金基体;所述聚晶金刚石层为曲面结构；所述曲面结构是由两斜面成一定夹角构成的屋脊形。该专利技术可有效大幅度降低钻进切削阻力，延长钻头寿命，提高钻井钻进效率及钻井平台的操作平稳性。同时，可提高复合片的聚晶金刚石层的抗崩裂，有较高的抗冲击性。
[0008]3、专利申请号为CN201510021969.1，名称为“一种聚晶金刚石复合片及处理方法”的发明专利，该专利公开了一种聚晶金刚石复合片及处理方法，所述聚晶金刚石复合片包括:硬质合金基底;复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm?2.2mm;脱除残余金属层的厚度为30μηι?50μπι;包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。
[0009]所以上述这些专利虽然都涉及到金刚石复合片及其制作方法，也提出了一些对金刚石复合片的结构性改进，但都没有从根本上改变现有的金刚石复合片的结合基本结构，都是采取平面基体表面上复合一层金刚石，只是有的金刚石表层的形状为异形而已，因此都还是存在前面所述的不足，仍有待进一步加以改进。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型的目的在于针对现有金刚石复合片的金刚石层厚度增加可能导致复合片界面易出现裂纹的不足，提出一种金刚石层更厚而不会产生界面裂纹的金刚石复合片基体，该金刚石复合片基体可以改变金刚石层复合时的厚度，从而提高金刚石复合片的使用寿命，满足深井钻探的需求。
[0011]为了达到这一目的，本实用新型提供了一种金刚石复合片基体，考虑到钻探用金刚石复合片一经焊接在钻头上，其切削刃的位置就固定不变了，金刚石复合片自始至终只有一小部分在参与岩石的切削作业；因此本实用新型所提出的技术实施方案是:一种金刚石复合片基体，在硬质合金基体的顶面有与金刚石层复合的结合面，其特点是硬质合金基体与金刚石层复合的结合面局部开有缺口，使得金刚石层与硬质合金基体复合时，位于硬质合金基体缺口部位的金刚石层厚度增加，通过局部增加金刚石层的厚度来改变金刚石复合片的整体性能，提高整体抗冲击性，并减轻泥浆对基体的磨损。
[0012]进一步地，所述的硬质合金基体与金刚石层复合的结合面局部开有缺口是在金刚石复合片的工作刃口部位开有缺口，使得金刚石层与硬质合金基体复合时，只是在金刚石复合片工作刃口部位的金刚石层增加厚度。
[0013]进一步地，所述的缺口是将变金刚石复合片的硬质合金基体与金刚石层相接合的结合面局部往硬质合金基体局部下陷，从而使得与下陷区域结合的金刚石层在金刚石复合片顶面尺寸不变的情况下，下陷区域的金刚石层厚度增加，达到金刚石复合片的金刚石层局部厚度增加的状态。
[0014]进一步地，所述的缺口是将硬质合金基体与金刚石层相接合的结合面局部做成缺口状是将硬质合金基体与金刚石层相接合的结合面局部做成阶梯状缺口，在硬质合金基体工作刃口部位开出一个阶梯状缺口。
[0015]进一步地，所述的阶梯状缺口是将靠参与切削作业的部分做成扇形阶梯缺口。
[0016]进一步地，所述的扇形阶梯缺口的扇形角为60-180度;扇形阶梯数为2-4层，每一层的高度为扇形阶梯最外一层的宽度为l-2mm。
[0017]进一步地，所述的扇形阶梯的二梯之间任意边为直边或斜边，且边与边相交采用圆滑过渡;硬质合金基体与金刚石层相接合的结合面是平面或弧面，在结合面上有突块或突条。
[0018]进一步地，所述的缺口是将靠参与切削作业的部分做成三角菱形缺口或U形缺口；三角菱形缺口或U形缺口是阶梯形状或斜面形状缺口。
[0019]本实用新型的金刚石复合片主要有以下特点:
[0020]I)将金刚石复合片的硬质合金基体工作部位做成缺口状可以使得工作部位的金刚石层厚度可达3-5_，其余部分维持在0.5-1_，从而大大延长F1DC的使用寿命。
[0021]2)石油、天然气钻井过程中，金刚石复合片至始至终都需要泥浆来进行冷却，泥浆与夹杂其中的岩肩对复合片的工作部位不断冲刷常常使得靠近金刚石层的硬质合金基体部分率先磨损，导致金刚石层失去支撑而崩缺，工作部位的金刚石层增厚有利于减轻泥浆对基体的磨损。
[0022]3)由于金刚石层只是局部增厚，相对于整片复合片金刚石层加厚所需要的金刚石微粉量大幅下降，从而降低生产成本。
[0023]4)采用金刚石层局部增厚设计的复合片相对于同样尺寸整片金刚石层加厚的复合片，前者的硬质合金所占比例要明显高于后者，而硬质合金的冲击韧性要远远优于金刚石层，因此，前者的整体抗冲击性将优于后者。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型应用于金刚石复合片总体结构示意图；
[0025]图2是图1的剖面结构示意图；
[0026]图3是本实用新型一种实施例的硬质合金基体结构示意图；
[0027]图4是本实用新型另一种实施例结构不意图；
[0028]图5是本实用新型另一种实施例结构不意图；
[0029]图6是本实用新型另一种实施例结构不意图；
[0030]图7是本实用新型另一种实施例结构不意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本实用新型。
[0032]实施例一
[0033]通过附图1-3可以看出，本实用新型涉及一种金刚石复合片基体，考虑到钻探用金刚石复合片一经焊接在钻头上，其切削刃的位置就固定不变了，金刚石复合片自始至终只有一小部分在参与岩石的切削作业；因此本实用新型所提出的技术实施方案是:通过附图1-4可以看出，本发明涉及一种金刚石复合片基体，包括硬质合金基体I，在硬质合金基体I上复合有金刚石层2，其特点是硬质合金基体I的工作刃口部位3的金刚石层厚度大于非刃口部位的金刚石层厚度，只在金刚石复合片的工作刃口部位3增加金刚石层的厚度，通过局部增加金刚石层的厚度来改变金刚石复合片的整体性能，提高整体抗冲击性，并减轻泥浆对基体的磨损。
[0034]所述的金刚石复合片工作刃口部位3的金刚石层厚度大于非刃口部位的金刚石层厚度是根据金刚石复合片参与切削作业的程度，将参与切削作业部分的金刚石复合片金刚石层加厚，而其它部分的金刚石层厚度不加厚，或少量加厚，使得金刚石复合片的金刚石层厚度为不等厚状态。
[0035]所述的得金刚石复合片的金刚石层厚度为不等厚状态是将变金刚石复合片的硬质合金基体与金刚石