技术领域

[0001] 本发明涉及超硬材料领域， 尤其涉及一种具有高热稳定性的脱钴聚晶金刚 石复 合片。

背景技术

[0002] 聚晶金刚石复合片 （以下简称为 PDC) 是由聚晶金刚石层和硬质合金基体高温 高压烧结而成的复合材料， 因其兼具良好的耐磨性和高抗冲击性而被广泛 应用 于石油钻探、 地质勘探和机械加工等领域。 聚晶金刚石复合片的金刚石层一般 是用钴为粘结剂烧结而成， 一方面金属钴作为催化剂， 有利于金刚石微粉的结 合， 然而， 另一方面在高温钻探过程中， 钴的存在会促进金刚石的石墨化， 同 吋钴的热膨胀系数大于金刚石的热膨胀系数， 金刚石与金属钴之间形成微裂纹 ， 进而产生崩刃或脱层， 缩短复合片的使用寿命。

[0003] 为了解决存在的上述技术问题， 常用的方法是对聚晶金刚石片进行脱钴， 但脱 钴深度和脱钴形状对聚晶金刚石复合片耐磨性 、 热稳定性和抗冲击性影响的相 关报道比较少。 本发明通过对聚晶金刚石复合片进行脱钴处理 ， 形成了沿聚晶 金刚石层径向分布的双层结构。 此类型结构可提高聚晶金刚石复合片的聚晶金 刚石层之间， 及其与硬质合金层之间良性过渡、 匹配， 从而降低聚晶金刚石复 合片中残余热应力， 提高复合片的热稳定性及抗冲击性、 耐磨性， 大幅度延长 使用寿命。

技术问题

[0004] 为解决金属钴对聚晶金刚石复合片使用寿命的 影响， 本发明通过改善聚晶金刚 石层的脱钴深度和脱钴形状， 提供一种脱钴聚晶金刚石复合片， 改善聚晶金刚 石复合片的耐热性和耐磨性， 延长使用寿命。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现： [0006] 一种脱钴聚晶金刚石复合片， 包括聚晶金刚石层及与其粘接的硬质合金基体 ， 所述聚晶金刚石层具有环形脱钴层， 所述环形脱钴层包括 PCD层表面和外圆。

[0007] 在本申请中， 所述聚晶金刚石层是以金属钴为粘结剂高温高 压烧结而成， 该高 温高压烧结技术为现有技术， 已在本技术领域内获得广泛应用。

[0008] 进一步， 所述环形脱钴层为圆环脱钴层， 圆环宽度为 1.8~2mm。

[0009] 进一步， 所述环形脱钴层的脱钴深度包括平面脱钴深度 、 倒角部位脱钴深度、 外圆轴向脱钴深度和外圆径向脱钴深度。

[0010] 进一步， 所述脱钴深度指的是到脱钴层与未脱钴层的界 面层的垂直深度， 简称 为到脱钴层的深度；

[0011] 所述平面脱钴深度为 PCD层表面侧边到脱钴层的深度；

[0012] 所述倒角部位脱钴深度为倒角表面沿垂直于斜 面方向到脱钴层的深度；

[0013] 所述外圆轴向脱钴深度为 PCD层表面到脱钴层的深度；

[0014] 所述外圆径向脱钴深度为外圆侧面到脱钴层的 深度。

[0015] 进一步， 所述平面脱钴深度为 0.3~1.0mm， 倒角部位沿垂直于斜面方向的脱钴 深度为 0.35~1.0mm， 外圆轴向脱钴深度为 1.2~2.2mm， 外圆径向脱钴深度为 0.2~ 0.6mm°

[0016] 进一步， 所述环形脱钴层的钴含量为 0.5~2%， 未脱钴层钴含量为 8~15%， 两者 均指质量分数。

[0017] 进一步， 所述环形脱钴层通过酸浸法、 电解法、 高温触媒剂催化法中其中一种 脱钴工艺制得。

[0018] 本申请中， 所述聚晶金刚石层脱钴工艺， 如酸浸法、 电解法、 高温触媒剂催化 法， 这些脱钴工艺在本领域内为现有技术， 脱钴工艺已在本技术领域内获得广 泛应用。

[0019] 进一步， 所述脱钴工艺中所用脱钴密封材料为 502胶、 石蜡、 合成橡胶、 聚四 氟乙烯、 聚乙烯、 聚丙烯中的其中一种。

发明的有益效果

有益效果

[0020] 本发明提供的聚晶金刚石复合片， 结构简单、 耐磨性高， 该结构的复合片， 与 普通复合片、 脱钴以及脱钴后嵌入其他金属等形式的聚晶金 刚石复合片相比， 其热稳定性、 抗冲击性、 耐磨性都有显著的提高， 大幅度降低聚晶金刚石复合 片的聚晶金刚石层崩刃或脱层现象， 从而延长聚晶金刚石复合片的使用寿命。 对附图的简要说明

附图说明

[0021] 图 1为本发明实施例 1的聚晶金刚石层断层示意图；

[0022] 图 2为图 1中聚晶金刚石层断层俯视图；

[0023] 图中： 100-聚晶金刚石层， 101-脱钴层， 102-未脱钴层， 200-硬质合金基体。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0024] 图 1为本实施例聚晶金刚石层断层图。 由图 1所示， 脱钴聚晶金刚石复合片包括 聚晶金刚石层 100、 及与其粘接的硬质合金基体 200、 脱钴层 101、 未脱钴层 102 。 图 2为图 1中聚晶金刚石层的俯视图， 由图 2所示， 包括脱钴层 101和未脱钴层 1 02， 而且脱钴层 101为环形结构。

[0025] 本实施例的聚晶金刚石复合片为 13尺寸样品 （直径为 13.44 mm) ， PCD层厚度 为 2.2 mm。 上述聚晶金刚石复合片用高温高压烧结而成， 然后用石蜡密封， 用 酸浸法进行脱钴， 脱钴吋间为 240h， 脱钴后检测脱钴深度， 圆环的宽度为 1.8mm ， 平面脱钴深度为 0.3mm， 倒角部位脱钴深度为 0.38mm， 外圆轴向脱钴深度为 1. 9mm, 外圆径向脱钴深度 0.2mm， 通过 SEM断层扫描， 脱钴层中钴含量为 1.2% ， 未脱钴层中钴含量为 10%， 两者均为质量分数。

[0026] 将此脱钴的聚晶金刚石复合片与传统未脱钴聚 晶金刚石复合片和倒角部位脱钴 深度为 0.38mm的完全脱钴复合片进行实验室对比试验。 试验结果表明， 此脱钴 聚晶金刚石复合片耐磨性分别提高 30%和 6%、 抗冲击性提高 80%和 40%、 热稳定 性提高 35%和 10%， 且沿径向方向未出现崩刃或脱层等失效方式。

本发明的实施方式

[0027] 本实施例的聚晶金刚石复合片为 16尺寸样品 （直径 15.88 mm) ， PCD层厚度为 2.2 mm。 上述聚晶金刚石复合片用高温高压烧结而成， 然 后用聚四氟乙烯密封， 用电解法进行脱钴， 脱钴吋间为 360h， 脱钴后检测脱钴 深度， 圆环的宽度为 2.0mm， 平面脱深度为 0.4mm， 倒角部位脱钴深度为 0.5mm ， 外圆轴向脱钴深度为 1.85mm， 外圆径向脱钴深度 0.35mm， 通过 SEM断层扫描 ， 脱钴层钴含量为 0.8%， 未脱钴层钴含量为 9%， 两者均为质量分数。

[0028] 将此脱钴的聚晶金刚石复合片与传统脱钴聚晶 金刚石复合片和倒角部位脱钴深 度为 0.5mm的完全脱钴复合片进行实验室对比试验。 试验结果表明， 此脱钴聚晶 金刚石复合片耐磨性提高 50%和 8%、 抗冲击性提高 110%和 50%、 热稳定性提高 4 5%和 15%， 且沿径向方向未出现崩刃或脱层等失效方式。

[0029] 要说明的是， 以上所述实施例是对本发明技术方案的说明而 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 本发明技术方案的思路和范围， 均应包含在本发明所要求的权利范围之内。 工业实用性

[0030] 本发明具有工业实用性。