金刚石复合片钻头失效模式分析

　　金刚石复合片钻头的工作条件苛刻，在工作中不但承受巨大的压力，同时还承受交变的冲击力，各种力的复合作用导致切削过程中的摩擦异常激烈，作为PDC钻头的基体不仅要有较强的综合机械性能，还要由较好的热振性和抗腐蚀性。裤体的材质、加工精度、热处理工艺、焊后的修磨等变得很重要，这要求裤体材质要选用低碳合金钢，如42CrMo35CrMnSi等材料，加工成的裤体要进行相应的热处理，即淬火后进行低温回火，裤体热处理后的表面硬度在40～42HRC之间，组织为回火马氏体。

　　刀片断裂可分为以下几种形式:

　　金刚石层与WC基层的分离。金刚石涂层的主要原因是技术不成熟和稳定,以及钻石和矩阵之间的附着力差,这导致金刚石薄膜剥离过早WC基础层和失败,这大大减少了钻头的使用寿命和切割性能。改善膜/基材附着力的工艺措施:在硬质合金刀具制造过程中，对表面进行清洁和粗化，去除不可避免留在基材表面的污染物、吸附剂和氧化物，从而改变基材表面的微观结构;为了增加反应气体源和底物之间的接触面积,增加衬底表面的表面能,在异构和提高金刚石的成核密度矩阵,较低的WC粒子表面的粘附强度,以提高膜的粘附力/组。

　　常用的方法有:化学清洗、机械微粉镶嵌、液体超声处理。PDC热残余应力的主要原因是异常故障,减少内部热残余应力在PDC是提高PDC性能有效的方法,通过使用飞机连接技术和梯度过渡技术,可以提高金刚石和硬质合金之间的接触面积和温和由于两种材料的热膨胀系数、弹性模量等物理性质参数的差异引起的应力集中。只有采用特定的结构形式和合理的梯度过渡，才能有效降低PDC的热残余应力，增强其抗冲击和抗断裂能力，提高其成品率和使用寿命。应用中间过渡层:通过钛粉与金刚石粉的烧结层、类金刚石膜、钨/金刚石成分梯度层等，可以很好地消除由于晶格失配和薄膜与基体热膨胀系数差而产生的内应力。

　　宏观裂缝。宏观断裂主要表现为金刚石层断裂。这种情况的原因是,当钻头遇到坚硬的岩石或岩石地层的岩性变化在钻井期间,受到很交替影响,导致切割牙齿在短时间内承受过载,导致宏观断口和钻头的取消。措施:操作人员应根据钻头的性能选择与钻头性能相匹配的PDC钻头，并在钻进过程中保持稳定的钻头压力和钻头速度，尽量避免大的冲击。在材料制造过程中，提高层间粘结力，改善材料间热膨胀系数的匹配，尽可能降低内应力是一种有效的工艺措施。