本技术涉及超硬材料制造领域,尤其涉及一种金刚石复合片用硬质合金基体及金刚石复合片。
背景技术:
1、金刚石复合片是由人造金刚石微粉和硬质合金在高温高压下合成的一种超硬材料,它不仅具有金刚石的高耐磨性和高硬度,兼具硬质合金优良的抗冲击性能和焊接性,被广泛应用于石油钻探、天然气开采和地质钻探等领域。
2、金刚石的膨胀系数小,硬质合金基体的膨胀系数大,经高温高压合成的复合片在冷却过程中,会导致金刚石层中存在残余压应力,基体中存在残余拉应力,金刚石和硬质合金间由于热膨胀系数的差异,经高温高压烧制后,会在二者的界面处集中较大的应力,从而导致金刚石层和硬质合金层之间产生裂纹甚至分层;在使用过程中,由于外部载荷和工作过程中产生的高温,造成金刚石层的崩刃甚至从基体剥离,导致金刚石复合片失效,严重影响钻头的钻井效率。
3、现有技术的解决方式是通过改变金刚石和硬质合金基体之间的界面结构,从而改善复合片的残余应力,如授权公开号为cn202380982u,专利名称为《圆台型金刚石硬质合金复合片》的实用新型专利,将金刚石层与硬质合金基体层的结合面设计为圆台型面,从而可以更好的提高抗冲击强度,防止金刚石层脱落,因此适用于石油钻探,大幅提高钻速,然而,该圆台型金刚石硬质合金复合片该存在一些问题:1、硬质合金基体层的圆台的半径小于其底面半径,圆台与底座之间无曲面过渡或平滑过渡,因此金刚石层镶嵌在硬质合金基体后,金刚石层会直接接触圆台与底座的交界处所形成的夹角,该夹角位于金刚石层与硬质合金基体层的结合面上,因此,在金刚石层与硬质合金基体层的结合面上存在尖角,在高温高压的烧结过程中,容易尖角处造成应力集中,降低复合片的抗冲击性能;2、该方案虽增加了金刚石层的长度,但金刚石层整体厚度一致,并未额外增加有效工作位置的厚度,利用率降低。
技术实现思路
1、因此,为解决上述问题,本实用新型提供了一种金刚石复合片用硬质合金基体及金刚石复合片。
2、本实用新型是通过以下技术方案实现的:
3、一种金刚石复合片用硬质合金基体,包括圆柱形的底座以及设置在所述底座顶部的圆台,所述底座与圆台共轴设置,且底座和圆台之间凸出设置有弧面过渡区,所述圆台的上表面设置有十字凸起部,所述十字凸起部的中心点位于所述圆台和底座的轴线上,并将所述圆台的上表面均分为四个象限,所述圆台的上表面的四个象限内均布有多个凸块,所述凸块的外周面为弧面。
4、优选的,所述圆台的侧面上设置有多个凸块,所述凸块的外周面为弧面。
5、优选的,所述圆台的上表面和侧面上的凸块为球形凸块和/或椭圆球形凸块。
6、优选的,所述凸块在圆台的上表面和侧面上排布形成多个等距离的凸起带。
7、优选的,所述圆台的上表面和侧面的凸块所形成的凸起带呈环状分布或者放射状分布或者阵列分布。
8、优选的,所述圆台的底部直径与底座直径的长度比为2:3-3:4。
9、优选的,所述圆台的侧面与水平面的夹角为45°-75°。
10、金刚石复合片,包括如上所述的金刚石复合片用硬质合金基体。
11、优选的,所述金刚石复合片整体呈圆柱形,包括金硬质合金基体和设置在所述金硬质合金基体顶部的聚金刚石层,所述聚金刚石层的上表面为平面。
12、本实用新型技术方案的有益效果主要体现在:
13、1、硬质合金基体中,底座和圆台之间设置有弧面过渡区,从而确保硬质合金基体与聚金刚石层的结合面上的各结构之间平滑过渡,能够有效提高其抗冲击性能,避免在高温高压烧制或者金刚石复合片的使用过程中因应力集中而导致失效,从而提高金刚石复合片的产品质量,延长其使用寿命。
14、2、圆台的上表面上设置有十字凸起部,圆台的上表面和侧面上还等距离均匀排布有多个凸块,能够增强硬质合金基体与聚金刚石层间的结合力,降低金刚石复合片的内应力,同时,凸块的外周面为弧面,可避免硬质合金基体与聚金刚石层的结合面上出现尖角,均匀排布的凸起和凹槽结构,可以确保硬质合金基体与聚金刚石层的结合面上的各区域受力均匀,进一步分散硬质合金基体与聚金刚石层的结合面的应力。
15、3、硬质合金基体的底座顶部包括圆台和弧面过渡区,增加聚金刚石层的有效工作位置的长度,同时,金刚石复合片的外部轮廓呈圆柱形,因此,在烧制完成后,聚金刚石层形成中间薄、四周厚的结构,位于聚金刚石层外周的工作厚度增加,能够有效增强金刚石复合片的实用性能和耐用性。
1.金刚石复合片用硬质合金基体,包括圆柱形的底座以及设置在所述底座顶部的圆台,其特征在于:所述底座与圆台共轴设置,且底座和圆台之间凸出设置有弧面过渡区,所述圆台的上表面设置有十字凸起部,所述十字凸起部的中心点位于所述圆台和底座的轴线上,并将所述圆台的上表面均分为四个象限,所述圆台的上表面的四个象限内均布有多个凸块,所述凸块的外周面为弧面。
2.根据权利要求1所述的金刚石复合片用硬质合金基体,其特征在于:所述圆台的侧面上设置有多个凸块,所述凸块的外周面为弧面。
3.根据权利要求2所述的金刚石复合片用硬质合金基体,其特征在于:所述圆台的上表面和侧面上的凸块为球形凸块和/或椭圆球形凸块。
4.根据权利要求3所述的金刚石复合片用硬质合金基体,其特征在于:所述凸块在圆台的上表面和侧面上排布形成多个等距离的凸起带。
5.根据权利要求4所述的金刚石复合片用硬质合金基体,其特征在于:所述圆台的上表面和侧面的凸块所形成的凸起带呈环状分布或者放射状分布或者阵列分布。
6.根据权利要求1所述的金刚石复合片用硬质合金基体,其特征在于:所述圆台的底部直径与底座直径的长度比为2:3-3:4。
7.根据权利要求1所述的金刚石复合片用硬质合金基体,其特征在于:所述圆台的侧面与水平面的夹角为45°-75°。
8.金刚石复合片,其特征在于:包括如权利要求1-7任一所述的金刚石复合片用硬质合金基体。
9.根据权利要求8所述的金刚石复合片,其特征在于:所述金刚石复合片的外部轮廓为圆柱形,包括金硬质合金基体和设置在所述金硬质合金基体顶部的聚金刚石层,所述聚金刚石层的上表面为平面。