[发明专利]一种聚晶金刚石复合齿、制备方法及潜孔钻头

说明书

技术领域

本发明属于钻探设备技术领域，具体涉及一种聚晶金刚石复合齿及其制备方法，同时还涉及一种使用该聚晶金刚石复合齿的潜孔钻头。

背景技术

潜孔钻头是潜孔凿岩工程中的关键部件，在露天和地下矿山、采石场、水电工程、水井钻进、矿物勘探、岩体钢索锚固孔钻凿、地热开凿、地铁工程开挖、边桩支护等施工场地大量使用；同时也是主要消耗件之一，据统计，在凿岩成本中，钻头费用占20％以上。目前，市场上主要为镶嵌硬质合金柱齿头的潜孔钻头，多用硬质合金的圆球齿、圆锥齿、抛物线齿等镶嵌在钢制基体前部制造而成。这种潜孔钻头在中等硬度及偏软的岩层中可以满足工程需要，但是遇到岩层坚硬的地层(如花岗岩)时，硬质合金磨损严重，钻头使用寿命短，需经常更换，效率低下，不仅影响工程的进度，也造成人力、物力及原材料的大量浪费。针对上述问题，聚晶金刚石复合齿潜孔钻头得到了发展。

聚晶金刚石复合齿潜孔钻头是采用聚晶金刚石复合齿代替了传统的硬质合金柱齿头。聚晶金刚石复合齿是在高温高压下由人造金刚石微粉与硬质合金基体(圆锥形、球形、楔形、抛物线形等)一次烧结而成的，在硬质合金基体的齿头表面形成一层聚晶金刚石层。与硬质合金柱齿头相比，聚晶金刚石复合齿具有高强度、高耐磨性等优异的机械力学性能，在钻探开采等各个领域得到了广泛的应用。但是，由于硬质合金基体和金刚石层的热膨胀系数、弹性模量等性能参数的不同，烧结而成的聚晶金刚石复合齿内部残余应力较大，削弱了硬质合金基体与金刚石层的结合力，导致其抗冲击韧性差，容易出现崩裂、分层等非正常破坏的现象，严重影响了聚晶金刚石复合齿的质量，从而影响了聚晶金刚石复合齿潜孔钻头的使用性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚晶金刚石复合齿，解决现有聚晶金刚石复合齿的硬质合金基体与金刚石层结合力差、聚晶金刚石复合齿抗冲击韧性差的问题。

本发明的第二个目的是提供一种聚晶金刚石复合齿的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述聚晶金刚石复合齿的潜孔钻头。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体与聚晶金刚石层之间设有耐冲击层，所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成：金刚石75％～80％、WC10％～15％，余量为粘合剂。

所述粘合剂为Co、Ni和TiC。

所述耐冲击层由以下质量百分比的组分组成：金刚石75％～80％、WC10％～15％、Co3％～10％、Ni1％～4％、TiC1％～3％。

所述耐冲击层与聚晶金刚石层的质量比为1:2～5。

所述硬质合金基体为WC-Co合金。

所述硬质合金基体由以下质量百分比的组分组成：Co6％～10％、WC90％～94％。

所述WC的晶粒度为2.5～5.0μm。

所述聚晶金刚石层由以下质量百分比的组分组成：粒度为50～60μm的金刚石40％～50％、粒度为30～40μm的金刚石30％～40％、粒度为10～20μm的金刚石5％～20％、Co4％～10％。

所述硬质合金基体为圆锥形、圆球形、楔形或抛物线形结构。

所述硬质合金基体表面设有凹球面。所述凹球面的个数为偶数。所述凹球面在硬质合金基体表面呈对称分布。所述凹球面的中心轴线与硬质合金基体表面的切线方向垂直。

一种上述的聚晶金刚石复合齿的制备方法，包括下列步骤：

1)取金刚石微粉、WC粉和粘合剂制成耐冲击层粉料，备用；

2)将硬质合金基体、耐冲击层粉料、聚晶金刚石层粉料依次组装并压实，得组装件；

3)将步骤2)所得组装件置于叶腊石合成块中，放入导电钢圈，组成合成模；

4)将步骤3)所得合成模置于六面顶压机中合成后冷却，卸压取出，即得。

步骤1)中，所述粘合剂为Co、Ni和TiC。

步骤1)中，所述金刚石微粉的粒度为20～50μm，WC粉的晶粒度为2.5～5.0μm，Co粉的粒度为5～20μm，Ni粉的粒度为1.0～10μm，TiC粉的粒度为1.0～10μm。

所述耐冲击层粉料的制备方法是：将金刚石微粉、WC粉和粘合剂球磨8～10h后，置于真空干燥箱中于100～150℃下保存备用。