一种脱钴聚晶金刚石复合片的制作方法

本实用新型涉及超硬材料领域，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：

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，同时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。

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。本实用新型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。

技术实现要素：

为解决金属钴对聚晶金刚石复合片使用寿命的影响，本实用新型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。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

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。

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。

进一步，所述环形脱钴层为圆环脱钴层，圆环宽度为1.8~2mm。

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。

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；

所述平面脱钴深度为PCD层表面侧边到脱钴层的深度；

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；

所述外圆轴向脱钴深度为PCD层表面到脱钴层的深度；

所述外圆径向脱钴深度为外圆侧面到脱钴层的深度。

进一步，所述平面脱钴深度为0.3~1.0mm，倒角部位脱钴深度为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。

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。

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。

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。

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。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型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。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的聚晶金刚石层断层示意图；

图2为图1中聚晶金刚石层断层俯视图；

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。

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。

实施例1

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102，而且脱钴层101为环形结构。

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，脱钴时间为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。

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。

实施例2

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，脱钴时间为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。

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45%和15%，且沿径向方向未出现崩刃或脱层等失效方式。

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。