[发明专利]一种硬质合金基体及聚晶金刚石复合片的合成方法

说明书

本发明提供一种硬质合金基体及聚晶金刚石复合片的合成方法，所述基体材料为WC‑Ti‑Zr‑Co硬质合金；所述合成方法采用六面顶压机高温高压法；将所述金刚石微粉、WC‑Ti‑Zr‑Co硬质合金基体、叶蜡石合成块进行预处理；将所述金刚石微粉、WC‑Ti‑Zr‑Co硬质合金基体与叶蜡石合成块进行组装；将组装完成的叶蜡石合成块进行高温高压烧结；后将烧结完成的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。与传统硬质合金基体相比，本发明采用的WC‑Ti‑Zr‑Co硬质合金基体可以增加基体与金刚石聚晶的结合强度，提升聚晶金刚石复合片的使用寿命、稳定性等关键服役性能。

技术领域

本发明涉及聚晶金刚石复合片制造领域，尤其是涉及一种WC-Ti-Zr-Co硬质合金基体的材料成分设计，以及由所述硬质合金基体制备聚晶金刚石复合片的合成方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）是金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压条件下烧结而成的复合材料，具有聚晶金刚石极高的耐磨性以及硬质合金的高抗冲击性，并且硬质合金的易焊接性解决了聚晶金刚石难以与其他材料结合的问题，因此聚晶金刚石复合片是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

聚晶金刚石复合片钻头（Polycrystalline Diamond Compact bit）是使用聚晶金刚石复合片作为切削齿的一种钻井工具，聚晶金刚石复合片通过钎焊的方式与钻头体连接。聚晶金刚石复合片钻头具有破岩效率高、钻速快、进尺多、寿命长等优点，在石油钻井工业中发挥着重要作用。目前70%以上的聚晶金刚石复合片钻头失效是因切削齿损坏而造成的。聚晶金刚石复合片作为钻头的切削齿，其性能在很大程度上决定了钻头的钻进效果和使用寿命，而其中金刚石聚晶层脱落是切削齿非正常失效形式之一，这也是石油钻井领域中造成经济损失的主要因素。目前聚晶金刚石复合片采用高温高压法合成，使用六面顶压机作为超高压合成设备，采用钴含量为13%的硬质合金作为基体，硬质合金基体与金刚石微粉组装于金属屏蔽杯后装配于叶蜡石合成块中并放置于六面顶压机合成腔内，在高温高压下合成。相对于传统的聚晶金刚石复合片，本发明所提供的含锆钛硬质合金基体有助于在基体与金刚石聚晶结合截面形成TiC及ZrC等高强度碳化物，从而显著增强硬质合金基体与金刚石聚晶层的结合强度，与传统WC-13Co硬质合金基体相比较，本发明所采用的WC-Ti-Zr-Co硬质合金基体可以显著延长聚晶金刚石复合片的使用寿命，减少因切削齿非正常失效造成的经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明将提供一种WC-Ti-Zr-Co硬质合金基体聚晶金刚石复合片的合成方法及材料体系，且本发明的方法合成的聚晶金刚石复合片其硬质合金基体与金刚石聚晶层结合强度良好。

本发明的技术方案为：

一种硬质合金基体，所述硬质合金基体为WC-Ti-Zr-Co硬质合金，A）选取基体：所述基体材料为WC-Ti-Zr-Co硬质合金；其中Co的质量含量等于6%~20%，Ti的质量含量为1%~15%，Zr的质量含量为0%~15%，WC的质量含量为50%~93%。

优选为，所述硬质合金基体中，Co的质量含量8-16%，Ti的质量含量为1%~10%，Zr的质量含量为0%~10%，WC的质量含量为64%~91%；更优选为Co的质量含量10-15%，Ti的质量含量为3%~10%，Zr的质量含量为2%~10%，WC的质量含量为65%~85%。

最优选为Co的质量含量12~15%，Ti的质量含量为4%~6%，Zr的质量含量为4%~6%，WC的质量含量为73%~80%。

一种聚晶金刚石复合片的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

A）选取基体：所述基体材料为上述的WC-Ti-Zr-Co硬质合金基体；