超硬材料复合片测试装置及其测试方法与流程

本发明涉及超硬材料性能检测，更为具体地，涉及一种超硬材料复合片测试装置及其测试方法。

背景技术：

1、超硬材料在地质勘探、矿物开采等领域有着广泛的应用，例如聚晶金刚石；聚晶金刚石钻齿是一种采用不同尺寸和不同比例金刚石颗粒、wc硬质合金基底、铌杯、碳片、钼片和叶蜡石等在高温高压条件下烧结而成聚晶金刚石复合片，它能够把金刚石和硬质合金的优点结合起来，不但具有金刚石的高耐磨性能、高硬度和耐腐蚀性能，而且还具有硬质合金的抗冲击韧性、可焊接性以及可以使用电火花进行加工的性能，是钻井勘探的核心关键材料。

2、在实际使用过程中，当使用聚晶金刚石钻齿在硬度较高的花岗岩层时，由于地下工作环境恶劣，聚晶金刚石钻齿不仅承受与花岗岩接触时的切削磨损，还要承受面对高硬度的花岗岩带来的冲击性；如果钻齿的耐磨性与抗冲击韧性不足，则会导致聚晶金刚石钻齿发生快速失效，从而影响钻齿的使用寿命。因此，在实际使用聚晶金刚石钻齿之前，如何选择具有优秀耐磨性能和抗冲击韧性能聚晶金刚石复合片是至关重要的一步。

3、在现有的对于聚晶金刚石复合片进行耐磨性测试和抗冲击韧性测试的过程中，针对耐磨性测试，当前，普遍采用聚晶金刚石复合片磨削sic砂轮，当砂轮磨损量达到一定的量，且聚晶金刚石钻复合片损量超过一定的量后(如超高0.2mg时)，分别计算两者损耗的量，最后计算磨耗比，从而完成聚晶金刚石复合片的耐磨性测试。例如：公开号为cn105716982b的中国专利文献，该专利文献公开了一种聚晶金刚石复合片耐磨性测试，该专利把碳化硅砂轮固定在磨料夹具中，通过使用聚晶金刚石复合片切削碳化硅砂轮测试耐磨性；具体为切削一段时间后，停止实验；通过显微镜测量复合片长度计算损失体积，利用碳化硅损失的体积与聚晶金刚石复合片损失体积的比值，评估聚晶金刚石复合片的耐磨性。再例如：公开号为cn216816363u的中国专利文献，该专利文献公开了一种聚晶金刚石复合片耐磨性测试,该专利通过使用聚晶金刚石复合片切屑花岗岩，通过称量花岗岩损失的重量和聚晶金刚石复合片损失的重量，来评估聚晶金刚石复合片耐磨性能。

4、然而，上述这种通过计算磨耗比来评估聚晶金刚石复合片的耐磨性的方法的结果不一定准确，由于要求称量苛刻，误差较大，且实验时间比较长，对测试人员的专业技术较高，其次这种测试方法也并不符合实际聚晶金刚石钻齿在实际工作中的工况。

5、针对抗冲击韧性测试，当前的测试方法为落锤实验，将锤上升到一定高度，使其自由落体砸向聚晶金刚石复合片，测试瞬间冲击，用累积冲击能量来衡量抗冲击韧性，从而实现对聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性测试。例如：公开号为cn203287267u的中国专利文献，该专利文献公开了一种聚晶金刚石复合片抗冲击韧性测试，该专利通过控制电磁铁带电在气缸的带动下将支撑板及安装在支撑板上的冲击头沿双滑杆拉到预设定的高度，待支撑板和冲击头达到预定高度后，电气控制系统将电磁铁断电指令，支撑板和冲击头沿双滑杆滑落对固定样品工装上的聚晶金刚石样品进行冲击。再例如：公开号为cn217359429u的中国专利文献，该专利文献公开了一种聚晶金刚石复合片抗冲击韧性测试，该专利通过将待测试的金刚石复合片安装到冲击器上，开启冲击器驱动金刚石复合片反复冲击顶锤并开始计冲击次数，使抗冲击测试过程连续，当聚晶金刚石复合片破损时，停止实验。

6、然而，上述这种通过落锤实验来对聚晶金刚石复合片进行抗冲击韧性测试的方法与实际工况相差巨大，并且一般落锤实验接触点与实际钻井冲击点有较大的误差，冲击能量与实际切削岩石时所受冲击关联性差，结果判断也受主观影响大；并且，此种实验对聚晶金刚石复合片的破坏性很大，损耗也较大。

7、此外，对于聚晶金刚石复合片而言，目前的测试方法只针对聚晶金刚石钻齿的耐磨性或抗冲击韧性能进行单独分开测试，然而在聚晶金刚石复合片真实的钻井勘探过程中，抗冲击韧性和耐磨性是同时伴随存在的，因此，现有的测试方法与实际钻探应用情况相距甚远，不能满足结合服役要求优选聚晶金刚石复合片。

8、基于此，亟需一种既能够实现聚晶金刚石复合片的耐磨性和抗冲击韧性能同时测试，又能够提高聚晶金刚石复合片的耐磨性测试精度和抗冲击韧性能测试精度的装置。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种超硬材料复合片测试装置，以解决现有的测试方法无法高精度地同时对聚晶金刚石复合片的耐磨性和抗冲击韧性进行测试的问题。

2、本发明提供的超硬材料复合片测试装置包括机床主体、测力反馈系统以及刀柄；其中，

3、所述刀柄固定在所述测力反馈系统上，待测试超硬材料复合片固定在所述刀柄上，在所述机床主体上设置有与所述待测试超硬材料复合片对应的待切削材料，在所述待切削材料的表面开设有一组与所述待测试超硬材料复合片对应的测试凹槽；

4、控制所述机床主体实现所述待测试超硬材料复合片对所述待切削材料进行切削，以同时完成所述待测试超硬材料复合片的耐磨性测试和抗冲击韧性测试。

5、此外，优选的方案是，所述待测试超硬材料复合片与所述待切削材料形成的后倾角为θ，其中，5℃≤θ≤40℃。

6、此外，优选的方案是，在所述测力反馈系统上电性连接有显示屏，所述显示屏用于实时显示所述测力反馈系统接收到的瞬间冲击力。

7、此外，优选的方案是，所述测试凹槽在所述待切削材料的表面开设有至少两个；并且，

8、相邻的两个所述测试凹槽之间的距离相等。

9、此外，优选的方案是，在所述机床主体上设置有外接加长三爪卡盘，所述待切削材料通过所述有外接加长三爪卡盘固定在所述机床主体的主轴上。

10、此外，优选的方案是，所述待切削材料包括花岗岩、石英、碳化硅、大理石材料以及金属材料。

11、此外，优选的方案是，所述待切削材料质地均匀。

12、另一方面，本发明还提供一种前述的超硬材料复合片测试装置的测试方法，所述测试方法包括：

13、对所述机床主体和所述测力反馈系统进行参数初始化；

14、所述机床主体带动所述待切削材料靠近所述待测试超硬材料复合片，以实现所述待测试超硬材料复合片对所述待切削材料的切削，并产生测试数据；

15、通过在所述测试数据评估所述待测试超硬材料复合片的耐磨性和抗冲击韧性。

16、此外，优选的方案是，所述测试数据包括待测试超硬材料复合片磨耗体积以及待切削材料磨耗体积；并且，

17、通过所述待测试超硬材料复合片磨耗体积与所述待切削材料磨耗体积的比值来评估所述待测试超硬材料复合片的耐磨性。

18、此外，优选的方案是，所述测试数据还包括磨削时间、凹槽通过数以及所述测力反馈系统接收到的瞬时冲击力；并且，

19、通过所述待磨削时间、凹槽通过数以及所述测力反馈系统接收到的瞬时冲击力来评估所述待测试超硬材料复合片的抗冲击韧性。

20、与现有技术相比，本发明提供的超硬材料复合片测试装置及其测试方法通过采用待测试超硬材料复合片对待切削材料进行切削的方式来模拟超硬材料复合片切削岩石的场景，相比于传统的测试方法，能够较为真实的模拟实际钻探场景，从而显著提升测试精度；此外，本发明提供的超硬材料复合片测试装置及其测试方法能够同时实现对超硬材料复合片的耐磨性和抗冲击韧性的测试，与超硬材料复合片的实际工况时更吻合(耐磨性与抗冲击韧性是同时存在的)，更加符合客观事实，相比于现有的分别单独测试的方法，能够进一步提升测试精度。

21、为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。