一种具有优化硬质合金界面的高抗冲击聚晶金刚石复合片的制作方法

本实用新型属于超硬材料领域，具体涉及一种具有优化硬质合金界面的高抗冲击聚晶金刚石复合片。

背景技术：

聚晶金刚石复合片（以下简称为“复合片”）是由金刚石粉末添加结合剂与硬质合金基体在超高温高压条件下烧结而成，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，现已广泛应用于石油、煤炭、地质钻探、机械加工等诸多领域。

随着钻探开采行业的发展，钻采深度越来越深，地层越来越硬，钻采环境更加复杂。对钻探开采工具的耐用度、钻进效率、作业成本等提出了更高的要求。复合片作为主要切削元件，其性能主要由耐磨性、抗冲击性、耐热性等性能指标进行表征。其中，抗冲击性能是聚晶金刚石复合片进一步推广应用的制约因素。经过理论和实践证明，除通过改变金刚石粒度、粘结剂含量可改变抗冲击性外，还可以通过合理改变合金与金刚石界面形状有效降低应力集中，提高复合片的抗冲击性。

在复合片制造早期，金刚石层与合金结合处均是平面结构，这种结构会引起边缘部位应力过大导致复合片在使用过程中出现金刚石层和硬质合金基体分离脱层现象。非平面结构如锯齿槽、凸起、凸台等几何结构，可以增加结合面积，增加金刚石层和硬质合金的结合强度，提高复合片的抗冲击性能。其中金刚石层和硬质合金界面包含许多非平面特性，旨在提高机械结合和减少热诱导残余应力。然而，那些设计在金刚石表面和临界面附近仍然存在高拉伸残余应力和高潜在冲击波破坏。

因此，可以看出，需要有更加优化硬质合金界面形状的高抗冲击聚晶金刚石复合片用于不同岩层钻进。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有优化硬质合金界面的高抗冲击聚晶金刚石复合片。本实用新型复合片，改进了金刚石层与硬质合金基体层的界面（以下简称为“界面”）结合形状，可以增大复合片中金刚石层与合金基体的结合面积，降低边缘结合处的应力，提高复合片的抗冲击韧性。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种具有优化硬质合金界面的高抗冲击聚晶金刚石复合片，包括金刚石层、硬质合金层和界面，所述界面包括内表面、中间表面和外表面，内表面为圆形平面，中间表面从低于内表面连接处倾斜向外向上延伸至外表面，外表面高度高于内表面的高度，所述中间表面和外表面设有突起结构。

进一步，所述内表面半径为复合片半径的1/6-1/5，中间表面宽度为复合片半径的2/5-3/5，外表面宽度为复合片半径的1/6-1/5。

进一步，所述中间表面沿水平角度A从低于内表面连接处倾斜向外向上，所述水平角度A为1°-7°。

进一步，所述水平角度A为1°-3°。

进一步，所述中间表面和外表面具有圆柱状突起，用于增加结合面积。

进一步，所述中间表面具有圆柱状突起，外表面具有梯形突起。

进一步，所述中间表面具有环形突起的几何结构，外表面为圆柱状突起。

进一步，所述圆柱状突起高度为0.2-1.0mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型中界面具有内表面、中间表面和外表面，中间表面从低于内表面连接处倾斜向外向上延伸至外表面，三个表面上具有不同形状的突起，使金刚石层与基体相互啮合，大大增大了二者的结合面积。

（2）本实用新型中界面整体为内凹型界面设计，降低了应力集中情况，可以有效提高复合片整体的抗冲击性。

（3）本实用新型中中间表面的环形几何结构可以转移在聚晶金刚石复合片应用过程中的冲击波，提高复合片的抗冲击性能。

附图说明

图1为本实用新型的聚晶金刚石复合片的结构图；

图2为本实用新型复合片的硬质合金基体上一个界面结构图；

图3为本实用新型复合片的硬质合金基体上另一个界面结构图；

图4为本实用新型复合片的硬质合金基体上再一个界面结构图；

图中：1-金刚石层，2-硬质合金层。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型的聚晶金刚石复合片的结构图。如图1所示，一种具有优化硬质合金界面的高抗冲击聚晶金刚石复合片，包括金刚石层1、硬质合金层2和界面，复合片的直径Φ为13.44mm，金刚石层和硬质合金层的总高度H为8.0mm，本申请中，所述界面以硬质合金层上的界面结构进行论述。

聚晶金刚石复合片是以金刚石粉末、硬质合金基体、粘接剂等为原料一次烧结而成，烧结技术在本领域技术中属于现有技术。

附图2、3、4中a图为硬质合金层的俯视图，b图为硬质合金层的纵向剖面图。

其中界面包括内表面、中间表面和外表面，内表面为圆形平面，中间表面从低于内表面连接处沿水平角度A为5°倾斜向外向上延伸至外表面，外表面高度高于内表面的高度，所述内表面半径为1.32mm，中间表面宽度为4.10mm，外表面宽度为1.30mm，所述中间表面和外表面具有圆柱状突起，用于增加结合面积，圆柱状突起高度为0.3mm。

在另一个实施例中，如图3所示，与第一个实施例相同，区别之处在于，所述中间表面具有圆柱状突起，外表面具有梯形突起。

在再一个实施例中，如图4所示，与第一个实施例相同，区别之处在于，所述中间表面具有环形突起的几何结构，外表面为圆柱状突起。

将具有上述界面结构的复合片采用落锤冲击试验机进行抗冲击性能检测。结果表面，复合片可承受80J的冲击能量，对照例普通界面结构的复合片可承受的冲击能量为40J即损坏，因此，具有本实用新型界面结构的复合片的抗冲击性能提高一倍。

要说明的是，以上所述实施例是对本实用新型技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本实用新型技术方案的思路和范围，均应包含在本实用新型所要求的权利范围之内。