一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿及其制备方法
专利汇可以提供一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于钻探工具技术领域，具体涉及一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿及其制备方法，所述潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿包括硬质 合金 球齿及设置于硬质合金球齿上的复合层，所述复合层包括由内至外顺次设置的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层。主要解决现有硬质合金球齿 烧结 后硬质合金层与聚晶金刚石层之间残余应 力 较大的问题，同时具有高强度、高硬度、高 耐磨性 、高使用寿命以及良好的抗冲击性，制得的潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿性能参数为：磨耗比32～36万，抗冲击韧性950～1000焦 耳 ；热 稳定性 ：在750℃ 焙烧 15分钟以后，产品磨耗比30～34万，抗冲击韧性900～950焦耳，使用寿命是硬质合金球齿的10～15倍。，下面是一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿，其特征在于，包括硬质合金球齿及设置于硬质合金球齿上的复合层，所述复合层包括由内至外顺次设置的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；
所述复合层的组成为：聚晶金刚石层60～66wt %、第三过渡层12～14wt %、第二过渡层
11～13wt %和第一过渡层11～13 wt %；
所述硬质合金球齿的原料组成为：WC粉84.5～85.5wt%、Co粉13.5～14wt%、TiCN粉1～
1.5wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；
所述第一过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉20～35wt%、立方氮化硼粉5～8 wt %、硬质合金粉52～60wt%和结合剂8～12wt%；所述第二过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉35～
50wt%、立方氮化硼粉15～20wt%、硬质合金粉30～35wt%和结合剂5～10wt%；所述第三过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉45～60wt%、立方氮化硼粉15～20wt%、硬质合金粉20～
25wt%和结合剂5～10wt%；所述聚晶金刚石层的原料组成为：金刚石粉92～98 wt%和结合剂
2～8wt%；
硬质合金粉的原料组成为：WC粉84.5～85.5wt%、Co粉13.5～14wt%、TiCN粉1～1.5wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；
所述结合剂的原料组成为：Co粉 99～99.5wt%、Rb粉0.2～0.35wt%、Sb粉0.15～
0.25wt%、Ce粉0.10～0.25wt%、Hf粉0.05～0.15wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm。
2.根据权利要求1所述的潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿，其特征在于，所述含硼金刚石的硼元素含量为0.0002～0.0005%。
3.根据权利要求1所述潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿，其特征在于，所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
4.根据权利要求1所述的潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿，其特征在于，所述复合层的组成为：聚晶金刚石层60wt %、第三过渡层14wt %、第二过渡层13wt %和第一过渡层13 wt %；
所述硬质合金球齿的原料组成为：WC粉84.5wt%、Co粉14wt%、TiCN粉1.5wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；所述第一过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉20wt%、立方氮化硼粉8 wt %、硬质合金粉60wt%和结合剂12wt%；所述第二过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉35wt%、立方氮化硼粉20wt%、硬质合金粉35wt%和结合剂
10wt%；所述第三过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉45wt%、立方氮化硼粉20wt%、硬质合金粉25wt%和结合剂10wt%；所述聚晶金刚石层的原料组成为：金刚石粉92 wt%和结合剂8wt%；
所述含硼金刚石的硼元素含量为0.0002%；硬质合金粉的原料组成为：WC粉84.5wt%、Co粉
14wt%、TiCN粉1.5wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；所述结合剂的原料组成为：Co粉 99wt%、Rb粉0.35wt%、Sb粉0.25wt%、Ce粉0.25wt%、Hf粉
0.15wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm；所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
5.根据权利要求1所述的潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿，其特征在于，所述复合层的组成为：聚晶金刚石层66wt %、第三过渡层12wt %、第二过渡层11wt %和第一过渡层11 wt %；
所述硬质合金球齿的原料组成为：WC粉85.5wt%、Co粉13.5wt%、TiCN粉1wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；所述第一过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉35wt%、立方氮化硼粉5 wt %、硬质合金粉52wt%和结合剂8wt%；所述第二过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉50wt%、立方氮化硼粉15wt%、硬质合金粉30wt%和结合剂5wt%；
所述第三过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉60wt%、立方氮化硼粉15wt%、硬质合金粉
20wt%和结合剂5wt%；所述聚晶金刚石层的原料组成为：金刚石粉98 wt%和结合剂2wt%；所述含硼金刚石的硼元素含量为0.0005%；硬质合金粉的原料组成为：WC粉85.5wt%、Co粉
13.5wt%、TiCN粉1wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；所述结合剂的原料组成为：Co粉 99.5wt%、Rb粉0.2wt%、Sb粉0.1wt%、Ce粉0.1wt%、Hf粉
0.05wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm；所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
6.根据权利要求1所述的潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿，其特征在于，所述复合层的组成为：聚晶金刚石层63wt %、第三过渡层13wt %、第二过渡层12wt %和第一过渡层12wt %；
所述硬质合金球齿的原料组成为：WC粉85wt%、Co粉13.75wt%、TiCN粉1.25wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；所述第一过渡层的原料组成为：
含硼金刚石粉27.5wt%、立方氮化硼粉6.5 wt %、硬质合金粉56wt%和结合剂10wt%；所述第二过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉42.5wt%、立方氮化硼粉17.5wt%、硬质合金粉
32.5wt%和结合剂7.5wt%；所述第三过渡层的原料组成为：含硼金刚石粉52.5wt%、立方氮化硼粉17.5wt%、硬质合金粉22.5wt%和结合剂7.5wt%；所述聚晶金刚石层的原料组成为：金刚石粉95 wt%和结合剂5wt%；所述含硼金刚石的硼元素含量为0.00035%；硬质合金粉的原料组成为：WC粉85wt%、Co粉13.75wt%、TiCN粉1.25wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm；所述结合剂的原料组成为：Co粉 99.25wt%、Rb粉0.275wt%、Sb粉0.2wt%、Ce粉0.175wt%、Hf粉0.1wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm；所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
7.权利要求1至6任一所述潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制作硬质合金球齿；
2）按配比将第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层的粉料顺次铺到步骤
1）所制得的硬质合金球齿上，装入球形金属杯中，扣上金属杯盖，在等静压机内压制成球形复合体，压力120～180MPa；
3）将步骤2）中得到的球形复合体置于真空烧结炉内，抽真空至炉内气压在3×10-3Pa以下，温度升至400～450℃保温0.5～1min后停止抽真空，充入氢气至炉内气压为20 30Mbar~
并保持1.5～2 h，再抽真空至3×10-3Pa以下，然后温度升至600～700℃保温0.5～1min后停止抽真空，充入一氧化碳气体至炉内气压为20 30Mbar并保持1.5～2h，再抽真空至炉内气~
压3×10-3Pa以下；
4）将步骤3）中得到的球形复合体置于合成组装块内，再将合成组装块置于六面顶压机上进行高温高压烧结，烧结过程如下，先升压至6～8GPa，之后升温至1500～1700℃，在此压力、温度下保持30～40min之后，以15～20℃/min的速率将腔体温度降至常温，同时以0.06～0.095GPa/min的速率将腔体压力降至常压；
5）将步骤4）烧结后得到的聚晶金刚石复合球齿，在真空烧结炉中炉内气压不大于3×
10-3Pa，温度450～500℃下进行去应力退火处理15～20min后，冷却至常温。
一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
1.2µm。
98 wt%和结合剂2～8wt%。
30Mbar并保持1.5～2 h，再抽真空至3×10-3Pa以下，然后温度升至600～700℃保温0.5～
1min后停止抽真空，充入一氧化碳气体至炉内气压为20 30Mbar并保持1.5～2h，再抽真空~
至炉内气压3×10-3Pa以下；处理后的球形复合体内坯料氧含量小于等于80ppm；
还原处理；温度升至600 700℃、炉内气压达到3×10 Pa时，用一氧化碳气体对球形复合体~
进行二次真空还原处理，净化处理后球形复合体内金刚石混合粉氧含量小于等于80ppm，实现了球形复合体坯料内金刚石混合粉表面的高度洁净，满足了高品级潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿合成的要求。
附图说明
具体实施方式
14wt %、第二过渡层13wt %和第一过渡层13 wt %。所述硬质合金球齿1的原料组成为：WC粉
84.5wt%、Co粉14wt%、TiCN粉1.5wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述第一过渡层2的原料组成为：含硼金刚石粉20wt%、立方氮化硼粉8 wt %、硬质合金粉60wt%和结合剂12wt%；所述第二过渡层3的原料组成为：含硼金刚石粉35wt%、立方氮化硼粉20wt%、硬质合金粉35wt%和结合剂10wt%；所述第三过渡层4的原料组成为：含硼金刚石粉45wt%、立方氮化硼粉20wt%、硬质合金粉25wt%和结合剂10wt%；所述聚晶金刚石层5的原料组成为：金刚石粉92 wt%和结合剂8wt%。所述含硼金刚石的硼元素含量为
0.0002%。硬质合金粉的原料组成为：WC粉84.5wt%、Co粉14wt%、TiCN粉1.5wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述结合剂的原料组成为：Co粉
99wt%、Rb粉0.35wt%、Sb粉0.25wt%、Ce粉0.25wt%、Hf粉0.15wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm。所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
1.5h，再抽真空至3×10-3Pa以下，然后温度升至600℃保温0.5min后停止抽真空，充入一氧化碳气体至炉内气压为20Mbar并保持1.5h，再抽真空至炉内气压3×10-3Pa以下；处理后的球形复合体内坯料氧含量等于70ppm；
12wt %、第二过渡层11wt %和第一过渡层11 wt %。所述硬质合金球齿1的原料组成为：WC粉
85.5wt%、Co粉13.5wt%、TiCN粉1wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述第一过渡层2的原料组成为：含硼金刚石粉35wt%、立方氮化硼粉5 wt %、硬质合金粉52wt%和结合剂8wt%；所述第二过渡层3的原料组成为：含硼金刚石粉50wt%、立方氮化硼粉15wt%、硬质合金粉30wt%和结合剂5wt%；所述第三过渡层4的原料组成为：含硼金刚石粉60wt%、立方氮化硼粉15wt%、硬质合金粉20wt%和结合剂5wt%；所述聚晶金刚石层5的原料组成为：金刚石粉98 wt%和结合剂2wt%。所述含硼金刚石的硼元素含量为
0.0005%。硬质合金粉的原料组成为：WC粉85.5wt%、Co粉13.5wt%、TiCN粉1wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述结合剂的原料组成为：Co粉
99.5wt%、Rb粉0.2wt%、Sb粉0.1wt%、Ce粉0.1wt%、Hf粉0.05wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm。所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
13wt %、第二过渡层12wt %和第一过渡层12wt %。所述硬质合金球齿1的原料组成为：WC粉
85wt%、Co粉13.75wt%、TiCN粉1.25wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述第一过渡层2的原料组成为：含硼金刚石粉27.5wt%、立方氮化硼粉
6.5 wt %、硬质合金粉56wt%和结合剂10wt%；所述第二过渡层3的原料组成为：含硼金刚石粉42.5wt%、立方氮化硼粉17.5wt%、硬质合金粉32.5wt%和结合剂7.5wt%；所述第三过渡层4的原料组成为：含硼金刚石粉52.5wt%、立方氮化硼粉17.5wt%、硬质合金粉22.5wt%和结合剂7.5wt%；所述聚晶金刚石层5的原料组成为：金刚石粉95 wt%和结合剂5wt%。所述含硼金刚石的硼元素含量为0.00035%。硬质合金粉的原料组成为：WC粉85wt%、Co粉13.75wt%、TiCN粉1.25wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述结合剂的原料组成为：Co粉 99.25wt%、Rb粉0.275wt%、Sb粉0.2wt%、Ce粉0.175wt%、Hf粉
0.1wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm。所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
1.8h，再抽真空至3×10-3Pa以下，然后温度升至650℃保温0.7min后停止抽真空，充入一氧化碳气体至炉内气压为25Mbar并保持1.8h，再抽真空至炉内气压3×10-3Pa以下；处理后的球形复合体内坯料氧含量等于75ppm；
1.2µm。所述第一过渡层2的原料组成为：含硼金刚石粉17.5wt%、立方氮化硼粉8.5wt %、硬质合金粉61wt%和结合剂13wt%；所述第二过渡层3的原料组成为：含硼金刚石粉32wt%、立方氮化硼粉21wt%、硬质合金粉36wt%和结合剂11wt%；所述第三过渡层4的原料组成为：含硼金刚石粉42.5wt%、立方氮化硼粉20.5wt%、硬质合金粉26wt%和结合剂11wt%；所述聚晶金刚石层5的原料组成为：金刚石粉91.5wt%和结合剂8.5wt%。所述含硼金刚石的硼元素含量为
0.00015%。硬质合金粉的原料组成为：WC粉84wt%、Co粉14.25wt%、TiCN粉1.75wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述结合剂的原料组成为：Co粉 98.2wt%、Rb粉0.55wt%、Sb粉0.45wt%、Ce粉0.45wt%、Hf粉0.35wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm。所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
51.5wt%、立方氮化硼粉14.5wt%、硬质合金粉29.5wt%和结合剂4.5wt%；所述第三过渡层4的原料组成为：含硼金刚石粉60.5wt%、立方氮化硼粉14.7wt%、硬质合金粉19.7wt%和结合剂
4.7wt%；所述聚晶金刚石层5的原料组成为：金刚石粉99wt%和结合剂1wt%。所述含硼金刚石的硼元素含量为0.00055%。硬质合金粉的原料组成为：WC粉85.9wt%、Co粉13.3wt%、TiCN粉
0.8wt%，所述WC粉的粒径为1.6～2.2µm，Co粉和TiCN粉的粒径均为0.8～1.2µm。所述结合剂的原料组成为：Co粉 99.75wt%、Rb粉0.1wt%、Sb粉0.08wt%、Ce粉0.05wt%、Hf粉0.05wt%，所述Rb粉、Sb粉、Ce粉、Hf粉的粒径为25～30nm，所述Co粉的粒径为15～20nm。所述金刚石粉、含硼金刚石粉和立方氮化硼粉的粒径为5～35µm。
1.4h，再抽真空至3×10-3Pa以下，然后温度升至590℃保温0.4min后停止抽真空，充入一氧化碳气体至炉内气压为18Mbar并保持1.4h，再抽真空至炉内气压3×10-3Pa以下；处理后的球形复合体内坯料氧含量等于130ppm；
2.1h，再抽真空至3×10-3Pa以下，然后温度升至710℃保温1.1min后停止抽真空，充入一氧化碳气体至炉内气压为32Mbar并保持2.1h，再抽真空至炉内气压3×10-3Pa以下；处理后的球形复合体内坯料氧含量等于220ppm；
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