專利名稱：有缺Co區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超硬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石油鉆井等鉆探用有缺Co區(qū)的表 面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片。
背景技術(shù)：
聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片由表層的聚晶金剛石層和底層的碳化鉤鈷硬質(zhì) 合金層高溫高壓復(fù)合而成，金剛石層一般含有80 — 95vol。/。的金剛石和5 — 20voP/。的催化粘結(jié)材料組成，最常用的催化粘結(jié)材料是鈷(Co)， 一般來說， Co含量降低，可提高復(fù)合片的耐磨性；Co在復(fù)合片的合成中的重要作用是促進 金剛石粉末的燒結(jié)而使金剛石粉末形成連續(xù)的整體，而Co作為分散的小顆粒鑲 嵌在金剛石顆粒之間。但是，由于Co的熱膨脹系數(shù)與金剛石相差較大，如果使 用溫度超過400。C,就可能導(dǎo)致復(fù)合片出現(xiàn)裂紋和開裂；而當溫度超過750。C， 由于Co的催化作用，金剛石將開始石墨化而使復(fù)合片失效。為了解決該問題，得到"熱穩(wěn)定"的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片，研究者 提出了如下的一些方法使用Si代替Co，合成過程中形成沒有催化作用的SiC， 提高"熱穩(wěn)定"性能；使用Mg、 Ca、 Sr和Ba的碳酸鹽；美國專利(US 4224380) 公開了一種把Co從金剛石相對密度小于80%的金剛石層中抽取出來的方法，但 如果金剛石相對密度大于80%，該方法不容易將Co抽取出來。這些方法或多或 少的存在一些問題，不能在不失去其他性能的基礎(chǔ)上徹底改善復(fù)合片的熱穩(wěn)定 性。最近，美國專利(US 6592985 B2)采用了一種使整個金剛石層表面至少O.lmm 深度區(qū)內(nèi)，Co含量大幅度減少的方法，可以既能保持復(fù)合片機械性能，又能提 高復(fù)合片的熱穩(wěn)定性。因此，該專利對聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片綜合性能的提高提出了一種可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的缺點，提供一種既 可延緩聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片中裂紋擴展，又可增加其"熱穩(wěn)定"性能的 有缺Co區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片。本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方法實現(xiàn)的一種有缺CO區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層 和聚晶金剛石層；硬質(zhì)合金層由碳化物(通常為碳化鎢一WC)和結(jié)合劑(通常 為CO)組成，聚晶金剛石層則由金剛石和催化粘結(jié)劑(通常為Co)組成；在金 剛石層表面上刻劃有刻槽，其中，這些刻槽將金剛石層分為若干平臺，通過去 Co工藝，在聚晶金剛石層上形成缺Co區(qū)。包括刻槽內(nèi)表面和平臺在內(nèi)的整個金剛石層表面為缺Co區(qū)。所述的刻槽內(nèi)表面為缺Co區(qū)。所述的聚晶金剛石層上相鄰兩刻槽間的平臺表面部分為缺Co區(qū)。 所述的有缺Co區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片，有時為了需要，缺Co區(qū)可深達硬質(zhì)合金層。所述的有缺Co區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的制造方法 首先，刻槽，在聚晶金剛石層上刻槽，通過刻槽可將聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的金剛石表面分成一些能夠阻礙裂紋擴展的平臺，而這些刻槽可以作為除去金剛石層中Co的通道，使平臺、刻槽壁形成缺Co區(qū)。這些缺Co區(qū)可向外擴展，就會形成包括金剛石表面在內(nèi)的大范圍缺Co區(qū)。然后，處理，將聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片上不需要去Co的部分進行遮掩處理。最后，去Co，去Co的工藝為液相法，采用液相法中的酸蝕法去Co時，將 聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片浸沒于液體中去Co。依據(jù)浸沒時間以及液相的成分 配比，可以控制去Co區(qū)的深度和速度。其中液相法中的酸蝕法所用液體的配方如下HN03: 10-20 VOl%; HC1: 40-60 V0l%;水余量；如此在聚晶金剛石層的刻槽、平臺或刻槽和平臺上形成缺Co區(qū)。本發(fā)明的積極效果是這種有缺CO區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片具有如下優(yōu)點1、 磨耗比增加1—2倍；2、 在經(jīng)受相同大小的沖擊時，復(fù)合片金剛石層脫落面積減少了 50_80Q%;3、 可大幅度提高聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的使用溫度。去除Co后，金 剛石顆粒之間的Co被腐蝕，該區(qū)域Co的含量大幅降低，復(fù)合片使用溫度可以 提到至少10(TC，增大了使用溫度范圍，可使復(fù)合片在更高的磨削速度下使用；4、 由于Co的去除能夠以刻槽為中心，缺Co區(qū)將會更加深入金剛石層深處， 具有耐磨、擁有更好的"熱穩(wěn)定"的缺Co區(qū)更大；刻槽的存在，可以阻礙微裂 紋的擴展，增加聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的使用壽命，使聚晶金剛石硬質(zhì)合 金復(fù)合片在合成中形成的內(nèi)應(yīng)力得到釋放和調(diào)整，防止金剛石層與硬質(zhì)合金層 的開裂；缺Co區(qū)PCD聚晶金剛石層的耐磨性比正常區(qū)域提高1倍以上，亥U槽 周圍缺Co區(qū)參與磨削，改變了金剛石層磨削的狀況，可形成梨削效應(yīng)，增加磨 削的效率；通過刻槽和表面去除Co的工藝設(shè)計，可得到所需的Co在金剛石層 的合理分布，提高金剛石復(fù)合片的綜合性能。


圖1為本發(fā)明的聚晶金剛石層上包括刻槽表面和平臺表面都為缺Co區(qū)的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的聚晶金剛石層上刻槽表面為缺Co區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的聚晶金剛石層上平臺表面為缺Co區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述 實施例1、如圖1所示，將帶有刻槽4的由硬質(zhì)合金層1和金剛石層2組成的聚晶金 剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片浸泡在由HN03: 10vol%; HC1: 40vol%;水余量配置成的溶液中，進行化學(xué)反應(yīng)脫Co后，形成了包括刻槽4表面和相鄰刻槽之間的平 臺3表面在內(nèi)的整個金剛石層表面的缺Co區(qū)5 。 實施例2、如圖2所示，在由硬質(zhì)合金層1和金剛石層2組成的聚晶金剛石硬質(zhì)合金 復(fù)合片通過覆蓋，使聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片只有刻槽4部分裸露出來，然 后將其浸泡在由HN03: 15vol%; HC1: 45vol%;水余量配置成的溶液中，進 行化學(xué)反應(yīng)脫Co后，形成刻槽4內(nèi)表面的缺Co區(qū)5。如圖3所示，在由硬質(zhì)合金層1和聚晶金剛石層2組成的聚晶金剛石硬質(zhì) 合金復(fù)合片通過一定方式將刻槽4覆蓋，使聚晶金剛石復(fù)合片表面沒有刻槽的部分裸露出來，然后將其浸泡在由HN03: 20vol%; HC1: 50vol%;水余量配置成的溶液中，進行化學(xué)反應(yīng)脫Co后，使聚晶金剛石層上相鄰兩刻槽4間的平 臺3表面部分形成缺Co區(qū)5。
權(quán)利要求
1. 一種有缺鈷區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層(1)和聚晶金剛石層(2)；硬質(zhì)合金層(1)由碳化物(通常為碳化鎢-WC)和結(jié)合劑(通常為Co)組成，聚晶金剛石層(2)則由金剛石和催化粘結(jié)劑(通常為Co)組成；在金剛石層表面上刻劃有刻槽(4)，其特征在于這些刻槽將金剛石層分為若干平臺(3)，通過去Co工藝，在有刻槽的聚晶金剛石層(2)上形成缺Co區(qū)(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有缺鈷區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片，其特征在于包括刻槽(4)內(nèi)表面和平臺(3)在內(nèi)的整個聚晶金剛石層表面為缺Co區(qū)(5)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有缺鈷區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合 片，其特征在于刻槽(4)內(nèi)表面為缺Co區(qū)(5)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有缺鈷區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合 片，其特征在于聚晶金剛石層(2)上相鄰兩刻槽(4)間的平臺(3)表面部 分為缺Co區(qū)(5)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有缺鈷區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合 片的制造方法，其特征在于首先，在聚晶金剛石層上刻槽，通過刻槽可將聚 晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的聚晶金剛石層表面形成一些平臺；然后，將聚晶金 剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片上不需要去Co的部分進行遮掩處理；最后，去Co，去Co 的工藝可為液相法，其中液相法中的酸蝕法所用液體的配方如下HN03: 10-20VOl%; HC1: 40-60 Vol%;水余量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有缺Co區(qū)的表面刻槽的聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層和聚晶金剛石層；硬質(zhì)合金層由碳化物(通常為碳化鎢-WC)和結(jié)合劑(通常為Co)組成，聚晶金剛石層則由金剛石和催化粘結(jié)劑(通常為Co)組成；在金剛石層表面上刻劃有刻槽，其中，這些刻槽將金剛石層分為若干平臺，通過去Co工藝，在聚晶金剛石層的刻槽、平臺或刻槽和平臺上形成缺Co區(qū)。本發(fā)明可使聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片磨耗比增加1-2倍；在經(jīng)受相同大小的沖擊時，金剛石層脫落面積減少50-80％；可大幅度提高聚晶金剛石硬質(zhì)合金復(fù)合片的使用溫度，使用溫度可以提到至少100℃；增大了使用溫度范圍，可使復(fù)合片在更高的磨削速度下使用。
文檔編號E21B10/46GK101280666SQ20081004995
公開日2008年10月8日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者張迎九, 方海江 申請人:河南四方超硬材料有限公司