CN210033294U - 多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，该耐磨件包括圆柱形的主体，主体具有轴线，主体具有在轴线方向上相对设置的两个端面，两个端面均由硬质合金形成；多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件还包括分别设置在两个端面上的两个人造金刚石层，两个人造金刚石层均包括相对设置的第一面和第二面；第一面与端面形状尺寸相同且相互叠合地固定连接；第二面具有在远离主体的方向上延伸的延伸面，延伸面随着远离主体而靠近轴线。本实用新型的耐磨件具有均匀抗磨性能。

Description

多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件

技术领域

本实用新型涉及人造金刚石硬质合金复合片领域，具体涉及多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件及其制造方法。

背景技术

石油钻探中所使用的固定齿钻头在钻井过程中会产生很大的扭矩，致使钻头的钻进速度及使用寿命在很大程度上受到限制，为减少钻井过程中钻头产生的扭矩，通常加装具有滚动元件的轴承，通过滚动元件的滚动与支撑减少钻头钻进时产生的扭矩。目前，通常使用合金材质的滚动元件，但合金材料耐磨性能较差、使用寿命短，使得钻井成本高。因此，需要开发一种具有更高耐磨性能和抗冲击性能的滚动元件，从而提高固定齿钻头的使用效率和使用寿命。

人造金刚石硬质合金复合片相对于单独的硬质合金具有更高的耐磨性能，如果将人造金刚石硬质合金复合片用作滚动元件，有望延长滚动件的使用寿命并满足抗冲击性能等要求。但是，现有的人造金刚石硬质合金复合片多为单层金刚石与单层合金基体结合的结构，如果使用这种人造金刚石硬质合金复合片作为滚动元件，由于合金部分相对于金刚石部分耐磨性较低，合金部分会很快被磨损，而金刚石部分却可以保持较好的完整性，合金部分磨损后复合片的整体就会变为锥体，将会导致钻头运转抖动，影响钻井工作。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种具有均匀抗磨损性能的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，包括圆柱形的主体，主体具有轴线以及在轴线方向上相对设置的两个端面，两个端面均由硬质合金形成；多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件还包括分别设置在两个端面上的两个人造金刚石层，两个人造金刚石层均包括相对设置的第一面和第二面；第一面与端面形状尺寸相同且相互叠合地固定连接；第二面具有在远离主体的方向上延伸的延伸面，延伸面随着远离主体而靠近轴线。

由上可见，本实用新型在现有的上端具有单层人造金刚石层的复合片的基础上，在复合片的下端也增加了一层人造金刚石层，得到可以应用到探钻钻头用轴承中的耐磨件。其中人造金刚石层能够提供较高的硬度和耐磨性能，硬质合金能够提供较高的抗冲击性能，使用本实用新型的耐磨件作为滚动元件，能够在保持较好的抗冲击性能的同时，提高滚动元件的耐磨性能，耐磨件两端的人造金刚石层在滚动过程中磨损程度相当，解决了磨损不平稳问题，从而提高固定齿钻头的使用效率和使用寿命。

进一步的技术方案是，延伸面为圆弧面，第二面全部由延伸面构成；或者延伸面为环状的斜面，第二面还包括与延伸面在远离主体的末端连接的平面，平面平行于端面。

由上可见，本实用新型的延伸面可以是圆弧面，也可以是环状斜面，有利于耐磨件作为滚动元件使用时耐磨件两端与轴承其他零部件接触而避免在棱角处磨损。

进一步的技术方案是，主体全部由硬质合金基体构成；或者，主体由至少两个硬质合金基体以及设置在相邻的两个硬质合金基体之间的人造金刚石夹层组成。更进一步的技术方案是，主体由两个硬质合金基体以及设置在两个硬质合金基体之间的一个人造金刚石夹层组成。

由上可见，本实用新型可以形成硬质合金基体两端具有人造金刚石层的结构，也可以形成硬质合金基体两端具有人造金刚石层且中间还夹有人造金刚石夹层的结构。硬质合金基体中间夹有人造金刚石夹层能够进一步提高耐磨件的硬度和均匀的耐磨性能。

进一步的技术方案是，多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件在轴线方向上的高度与主体的直径之比为1：(1至1.05)。单个人造金刚石层在轴线方向上的高度与主体在轴线方向上的高度的比例为1：(3.5至5.5)。

由上可见，本实用新型进一步限定了耐磨件的高度和直径比例以及人造金刚石层与主体的高度比例，使得耐磨件具有能够满足作为滚动元件使用的耐磨性和抗冲击性能。

进一步的技术方案是，端面上设置有至少一个齿，第一面与齿配合。

由上可见，本实用新型在人造金刚石层与硬质合金基体结合的界面处还可以设置齿，能够提高人造金刚石层与硬质合金基体的结合力，进一步提高耐磨件的耐磨性和抗冲击性能，有利于提高耐磨件的使用寿命。

本实用新型的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件的制备方法包括以下步骤：1)按照上述任一方案中的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件的结构将人造金刚石微粉粉料与硬质合金基体分层放入杯中进行内组装，得到内组装件；2)将所述内组装件进行真空净化处理；3)将所述内组装件与叶腊石块等辅助材料进行外组装，得到外组装块；4)将所述外组装块在高温高压条件下合成复合片；5)对所述复合片进行机械或激光加工，得到所述多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件。

由上可见，本实用新型的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件可以通过上述方法制备得到，按照所需的多层结构放置人造金刚石微粉和硬质合金基体，再合成复合片，操作简单。

进一步的技术方案是，延伸面由杯限定成型，或者通过机械或激光加工成型。

由上可见，本实用新型的延伸面可以采用多种方法得到。对于较大的延伸面，可以通过改进金属杯的形状，人造金刚石粉末在金属杯中合成后自然形成延伸面。也可以在复合片合成后进行加工得到。

附图说明

图1是的本实用新型耐磨件第一实施例的剖视图。

图2是的本实用新型耐磨件第二实施例的剖视图。

图3是的本实用新型耐磨件第三实施例的剖视图。

图4是的本实用新型耐磨件第三实施例的俯视图。

以下结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

本实用新型的耐磨件主要用作石油钻探中钻头所用的轴承的滚动元件。

如图1所示，在耐磨件的第一实施例中，耐磨件包括圆柱形的主体，该主体由硬质合金基体10构成，硬质合金基体10沿其轴线方向具有两个端面，端面上设有多个柱形齿11，柱形齿11相对于端面向硬质合金基体10的外侧凸起。硬质合金基体10的两个端面连接有人造金刚石层12，人造金刚石层12与硬质合金基体10形成ABA结构。人造金刚石层12包括相对设置的第一面13和第二面14。第一面13与端面固定连接，并与柱形齿11配合。第二面14为圆弧面。

如图2所示，在耐磨件的第二实施例中，耐磨件包括圆柱形的主体，该主体由硬质合金基体20构成，硬质合金基体20沿其轴线方向具有两个端面。硬质合金基体20的两个端面连接有人造金刚石层21，人造金刚石层21与硬质合金基体20形成ABA结构。人造金刚石层21包括相对设置的第一面22和第二面23。第一面22与端面固定连接。第二面23包括环形斜面24和平面25。斜面24可以是倒角形成的斜面。

如图3至图4所示，在耐磨件的第三实施例中，耐磨件包括圆柱形的主体，该主体由两个硬质合金基体30以及夹在两个硬质合金基体30之间的人造金刚石夹层31构成，主体沿其轴线方向具有两个端面。主体的两个端面连接有人造金刚石层32，人造金刚石层32、硬质合金基体30与人造金刚石夹层31形成ABABA结构。人造金刚石层32包括相对设置的第一面33和第二面34。第一面33与端面固定连接。第二面34包括环形斜面35和平面36。

在第一实施例至第三实施例中，耐磨件在轴线方向上的高度与主体的直径之比为1：(1至1.05)。单个人造金刚石层12、21、32在轴线方向上的高度与主体在轴线方向上的高度的比例为1：(3.5至5.5)。当采用上述尺寸时，耐磨件适用作石油钻探中钻头所用的轴承的滚动元件，能够承受钻头对轴承的扭矩、径向力和轴向力，兼顾各个方向上耐磨性和抗冲击性能。具体地，耐磨件在轴线方向上的高度可以是13.20±0.10mm，主体的直径可以是13.44±0.04mm，单个人造金刚石层12、21、32在轴线方向上的高度可以是2.0±0.2mm。耐磨件尺寸较小，公差控制要求较严格，也有利于降低轴承的尺寸。

第一实施例至第三实施例的耐磨件可以通过以下方法制备：

1)按照上述实施例中耐磨件的结构将人造金刚石微粉料与硬质合金基体10、20、30分层放入金属杯中进行内组装，得到内组装块。

2)将所述内组装件进行真空净化处理。

3)将所述内组装件与叶腊石块等辅助材料进行外组装，得到外组装块。

4)将所述外组装块在高温高压条件下合成复合片。在六面顶液压机中进行合成。

5)对所述复合片进行机械或激光加工，得到所述多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件。

其中，倾斜的或弯曲的延伸面14、24、35可以由金属杯的形状限定合成后成型，或者通过机械加工方法例如研磨成型，或者通过激光切削成型。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，包括圆柱形的主体，所述主体具有轴线以及在所述轴线方向上相对设置的两个端面，两个所述端面均由硬质合金形成，其特征在于：

所述多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件还包括分别设置在两个所述端面上的两个人造金刚石层，两个所述人造金刚石层均包括相对设置的第一面和第二面；所述第一面与所述端面形状尺寸相同且相互叠合地连接；所述第二面具有在远离所述主体的方向上延伸的延伸面，所述延伸面随着远离所述主体而靠近所述轴线。

2.根据权利要求1所述的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，其特征在于：

所述延伸面为圆弧面，所述第二面全部由所述延伸面构成；

或者，所述延伸面为环状的斜面，所述第二面还包括与所述延伸面在远离所述主体的末端连接的平面，所述平面平行于所述端面。

3.根据权利要求1所述的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，其特征在于：

所述主体全部由硬质合金基体构成；

或者，所述主体由至少两个硬质合金基体以及设置在相邻的两个所述硬质合金基体之间的人造金刚石夹层组成。

4.根据权利要求3所述的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，其特征在于：

所述主体由两个硬质合金基体以及设置在两个所述硬质合金基体之间的一个人造金刚石夹层组成。

5.根据权利要求1至4任一项所述的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，其特征在于：

所述多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件在所述轴线方向上的高度与所述主体的直径之比为1：(1至1.05)；单个所述人造金刚石层在所述轴线方向上的高度与所述主体在所述轴线方向上的高度的比例为1：(3.5至5.5)。

6.根据权利要求1至4任一项所述的多层复合人造金刚石硬质合金耐磨件，其特征在于：

所述端面上设置有至少一个的齿，所述第一面与所述齿配合。

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