研究意义：

该工作为设计抗冲击磨损PDC结构和提高页岩气开采效率提供了可参考的基础研究数据。提出了1种研究PDC冲击磨损的新方法，旨在提高对非常规钻井条件下PDC冲击磨损能力的理解，并为评估和提高PDC冲击性能提供重要数据。

研究背景：

1、多晶金刚石致密（PDC）钻头目前用于非常规油气勘探的“一次钻井”技术。然而，PDC由于其准脆性，断裂韧性相对较低，限制了其在非均质地层页岩气资源勘探中的高效率。

2、冲击磨损是页岩气钻探中的常见问题，冲击磨损导致PDC刀具上的金刚石层磨损、断裂、碎裂和剥落，导致钻孔效率降低、刀具寿命缩短、施工周期延长等一系列问题，各种研究方法已被用于探索撞击引起的损伤及其机制。

3、目前对冲击特性的评估是基于宏观破坏后的总重力势能，使用评估标准。然而，这种方法忽略了材料撞击后的回弹动能。此外，现有的冲击实验装置也有局限性。撞击过程中缺乏动能响应数据，损伤机理分析主要依赖于断裂形态和测试样品的化学/物理分析。这些局限性使得无法正确描述材料损坏的演变间隔和量化材料损坏的程度。因此，PDC冲击动力学响应和表面界面的冲击损伤演化研究存在空白。

研究思路：

以往的研究忽略了碰撞过程中PDC界面的动力学响应和损伤行为。本研究采用动能控制冲击磨损试验机，在低动能球面接触模式下对PDC进行冲击磨损试验。通过总结不同冲击循环次数下动力学参数的响应规律和损伤行为，研究冲击动力学行为和损伤的演变，揭示PDC抗冲击磨损的机理。此外，进一步完善了该试验方法的性质，研究速度和质量对PDC动力学响应律的影响。

主要结论：

1、冲击磨损测试的结果表明，使用重力势能作为评估材料冲击的标准存在认知偏差。由于材料的弹性，部分冲击能量通过回弹释放出来。

2、PDC对塑性变形和断裂破坏的动能吸收率保持在87%左右。接触时间和动能吸收速率对质量敏感，与速度无关。

3、PDC的冲击磨损机理是脆性断裂，包括晶间断裂和晶间断裂。断裂发生在动能输入仅为0.059 J的情况下。此外，冲击应力和Co催化的综合作用导致了金刚石的石墨化和碳杂化现象。

文章信息：

1、Yuzhu Guo, Dezhong Meng, Zhenbing Cai, Wen Yue. Dynamic Response and Damage Behavior of Impact Wear for Polycrystalline Diamond Compact under Low Kinetic Energy Impact[J]. Carbon, 2024, 119166, ISSN 0008-6223, https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119166.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622324003853)

2、作者团队来自中国地质大学（北京）工程技术学院、中国地质大学（北京）理学院，中国地质大学郑州研究所（北京）、中国地质大学（北京）国家深部土工钻探装备国际联合研究中心、西南交通大学摩擦学研究所材料先进技术重点实验室。