梯度结构对PDC齿综合性能的影响

高俊 张治财 侯志强 王超 李好 杨易侃 杨娇 方锐 唐垚 王海阔

高俊, 张治财, 侯志强, 王超, 李好, 杨易侃, 杨娇, 方锐, 唐垚, 王海阔. 梯度结构对PDC齿综合性能的影响[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20251233
引用本文: 高俊, 张治财, 侯志强, 王超, 李好, 杨易侃, 杨娇, 方锐, 唐垚, 王海阔. 梯度结构对PDC齿综合性能的影响[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20251233
GAO Jun, ZHANG Zhicai, HOU Zhiqiang, WANG Chao, LI Hao, YANG Yikan, YANG Jiao, FANG Rui, TANG Yao, WANG Haikuo. The Role of Gradient Structure in the Integrated Performance of PDC Cutters[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20251233
Citation: GAO Jun, ZHANG Zhicai, HOU Zhiqiang, WANG Chao, LI Hao, YANG Yikan, YANG Jiao, FANG Rui, TANG Yao, WANG Haikuo. The Role of Gradient Structure in the Integrated Performance of PDC Cutters[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20251233

梯度结构对PDC齿综合性能的影响

doi: 10.11858/gywlxb.20251233

The Role of Gradient Structure in the Integrated Performance of PDC Cutters

  • 摘要: 针对深层/超深层油气勘探对高性能聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿的迫切需求,通过正交试验法优化PDC齿的合成配方,在高压烧结(8.5 GPa,1750 ℃)条件下,成功制备出传统均匀混合型PDC齿(H-PDC)以及具有“细晶工作层/粗晶过渡层”梯度结构型PDC齿(G-PDC)。梯度结构有助于促进钴烧结助剂的均匀分布,抑制钴的聚集,增强层间的界面结合,并产生较高的残余压应力。G-PDC工作层的钴含量为9.16 wt.%,经酸浸脱钴后,钴含量降低至2.49 wt.%。性能测试表明:G-PDC的耐磨寿命达到920 车磨次数(passes),优于H-PDC(800 passes);G-PDC的平均冲击能为740 J,较H-PDC提升约107%;同时,梯度结构缓解了PDC齿的热失配问题,使热稳定温度提高约30 ℃。实验结果表明,高压烧结与梯度结构设计的协同作用会显著提升PDC齿的耐磨性、冲击韧性及热稳定性。研究结果为面向极端工况的下一代超硬复合材料开发提供了可行路径。

     

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  • 网络出版日期:  2025-12-11

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