金剛石複合片鑽頭失效模式分析

　　金剛石複合片鑽頭的工作條件苛刻，在工作中不但承受巨大的壓力，同時還承受交變的衝(chong) 擊力，各種力的複合作用導致切削過程中的摩擦異常激烈，作為(wei) PDC鑽頭的基體(ti) 不僅(jin) 要有較強的綜合機械性能，還要由較好的熱振性和抗腐蝕性。褲體(ti) 的材質、加工精度、熱處理工藝、焊後的修磨等變得很重要，這要求褲體(ti) 材質要選用低碳合金鋼，如42CrMo35CrMnSi等材料，加工成的褲體(ti) 要進行相應的熱處理，即淬火後進行低溫回火，褲體(ti) 熱處理後的表麵硬度在40～42HRC之間，組織為(wei) 回火馬氏體(ti) 。

　　刀片斷裂可分為(wei) 以下幾種形式:

　　金剛石層與(yu) WC基層的分離。金剛石塗層的主要原因是技術不成熟和穩定,以及鑽石和矩陣之間的附著力差,這導致金剛石薄膜剝離過早WC基礎層和失敗,這大大減少了鑽頭的使用壽命和切割性能。改善膜/基材附著力的工藝措施:在硬質合金刀具製造過程中，對表麵進行清潔和粗化，去除不可避免留在基材表麵的汙染物、吸附劑和氧化物，從(cong) 而改變基材表麵的微觀結構;為(wei) 了增加反應氣體(ti) 源和底物之間的接觸麵積,增加襯底表麵的表麵能,在異構和提高金剛石的成核密度矩陣,較低的WC粒子表麵的粘附強度,以提高膜的粘附力/組。

　　常用的方法有:化學清洗、機械微粉鑲嵌、液體(ti) 超聲處理。PDC熱殘餘(yu) 應力的主要原因是異常故障,減少內(nei) 部熱殘餘(yu) 應力在PDC是提高PDC性能有效的方法,通過使用飛機連接技術和梯度過渡技術,可以提高金剛石和硬質合金之間的接觸麵積和溫和由於(yu) 兩(liang) 種材料的熱膨脹係數、彈性模量等物理性質參數的差異引起的應力集中。隻有采用特定的結構形式和合理的梯度過渡，才能有效降低PDC的熱殘餘(yu) 應力，增強其抗衝(chong) 擊和抗斷裂能力，提高其成品率和使用壽命。應用中間過渡層:通過鈦粉與(yu) 金剛石粉的燒結層、類金剛石膜、鎢/金剛石成分梯度層等，可以很好地消除由於(yu) 晶格失配和薄膜與(yu) 基體(ti) 熱膨脹係數差而產(chan) 生的內(nei) 應力。

　　宏觀裂縫。宏觀斷裂主要表現為(wei) 金剛石層斷裂。這種情況的原因是,當鑽頭遇到堅硬的岩石或岩石地層的岩性變化在鑽井期間,受到很交替影響,導致切割牙齒在短時間內(nei) 承受過載,導致宏觀斷口和鑽頭的取消。措施:操作人員應根據鑽頭的性能選擇與(yu) 鑽頭性能相匹配的PDC鑽頭，並在鑽進過程中保持穩定的鑽頭壓力和鑽頭速度，盡量避免大的衝(chong) 擊。在材料製造過程中，提高層間粘結力，改善材料間熱膨脹係數的匹配，盡可能降低內(nei) 應力是一種有效的工藝措施。