一种聚晶金刚石复合片的制造方法与流程

1.本发明涉及金刚石复合片领域，具体涉及一种聚晶金刚石复合片的制造方法。


背景技术：

2.金刚石复合片广泛应用于机械加工、地质钻探、矿石、石油、天然气的开采，由于需要适应多种工况，因此对金刚石复合片的抗冲击性和耐磨性要求极高。
3.现有的聚晶金刚石复合片都是由粒径为0.5μm-60μm细颗粒金刚石聚晶层与硬质合金基体经过高温高压烧结而成的复合材料。其通过细颗粒的金刚石聚晶层增加耐磨性，通过硬质合金基体来提高抗冲击性能，但是，在实际钻探应用过程中，虽然上端金刚石切削刃具有较高的耐磨性，但该细粒度聚晶层的抗冲击韧性仍然不佳，工作过程中，顶端细粒度聚晶层容易破裂或崩掉而失效，降低产品的使用寿命。
4.此外细颗粒的聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合面过于平整，在烧结过程中由于这两种材料性质上的固有差异，聚晶金刚石与硬质合金层的附着力减低，聚晶金刚石层抗冲击力下降，在工作时易脱落，造成钻头失效。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中的不足之处，本发明提供一种聚晶金刚石复合片的制造方法，既增加了聚晶金刚石层的耐磨性，又增加了聚晶金刚石的耐冲击性，还能增加金刚石层和硬质合金层的连接性能。
6.为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
8.s1、选用1-70μm粒径的金刚石微粉与金属催化剂在容器中混合均匀；
9.s2、将容器置于温度在1400℃-1500℃，压力在6gpa-8gpa的环境中烧结得到金刚石聚晶；
10.s3、将金刚石聚晶进行激光加工或机械加工得到粒径为0.2mm-3mm的聚晶颗粒；
11.s4、去金属处理，将聚晶颗粒放入装有酸液的密闭容器中，加热至50-250℃，反应2小时-20小时，直至聚晶颗粒中的金属完全溶解，得到粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒；
12.s5、先将粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒与粒径为1-70μm的金刚石微粉混合后置于耐高温金属容器中，然后将硬质合金基体放置于1.5-3.5g金刚石粉上方，盖上金属盖子；
13.s6、将步骤s5中的容器置于温度为1400℃-1500℃，压力在6gpa-10gpa的环境下烧结得到聚晶金刚石复合片。
14.进一步地，步骤s1中金刚石微粉与所述金属催化剂按重量比1:0.05～1：0.20混合。
15.进一步地，所述金属催化剂为fe、co、ni的中一种或多种，所述金属催化剂存在的形式为单质粉末、合金粉末、合金颗粒或合金片。
16.进一步地，所述步骤s4中的酸液为王水、氢氟酸或两种混合溶液，其浓度为50％-80％。
17.进一步地，步骤s5中聚晶金刚石颗粒与金刚石微粉按照重量比1:5至1:1之间的比例混合。
18.进一步地，步骤s6中所述硬质合金基体为钴基碳化钨合金。
19.本发明的有益效果包括：依照本方法制得金刚石复合片显著提高了耐磨性和耐冲击性，聚晶金刚石层的使用寿命更长，金刚石层与硬质合金基体的连接稳定性也得到了显著提升。
附图说明
20.图1是本发明的工艺流程图；
21.图2是本发明得到的聚晶金刚石复合片剖面结构示意图；
22.图3是本发明耐磨性和抗冲击性检测结果图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
24.实施例1
25.一种聚晶金刚石复合片的制造方法，按照如图1所示的工艺方法，具体包括以下步骤，
26.s1、选用1-30μm粒径的金刚石微粉与金属催化剂按重量比1:0.05在容器中混合均匀；金属催化剂用co单质粉末。
27.s2、将容器置于温度在1400℃-1500℃，压力在6gpa-8gpa的环境中烧结得到金刚石聚晶；
28.s3、将金刚石聚晶进行激光加工或机械加工得到粒径为0.2mm-3mm的聚晶颗粒；
29.s4、去金属处理，将聚晶颗粒放入装有酸液的密闭容器中，酸液为王水，其浓度为50％-80％，加热至250℃，反应2小时-20小时，直至聚晶颗粒中的金属完全溶解，可通过磁性测量仪检测残留金属情况，最终得到粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒；
30.s5、先将粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒与粒径为1-70μm的金刚石微粉按照重量比1:5充分混合均匀后置于耐高温金属容器中，并将硬质合金基体置于上方，硬质合金基体为co基wc合金，根据硬质合金基体大小匹配混合金刚石粉重量为1.5-3.5g。
31.s6、将步骤s5中的容器置于温度为1400℃-1500℃，压力在6.5gpa-10gpa的环境下烧结得到聚晶金刚石复合片，其内部结构如图2所示。
32.耐磨性和抗冲击性检测，如图3所示；
33.抗冲击测试采用落锤实验机进行实验，并选用靶材硬度为58hrc，冲击吸收功为725j，相较于普通金刚石复合片的605j的耐冲击性能提升了约20％。
34.耐磨性测试采用立式车床切割硬花岗岩，测得磨耗量的比值e称值为810万，相较于普通金刚石复合片的750万，耐磨性能提高了8％。
35.实施例2
36.一种聚晶金刚石复合片的制造方法，如图1所示的工艺方法，具体包括以下步骤，
37.s1、选用1-30μm粒径的金刚石微粉与金属催化剂按重量比1:0.2在容器中混合均匀；金属催化剂可选用为fe、co、ni三种单质粉末，也可选用为fe、co、ni的合金粉末、合金颗粒或合金片，本实施例中采用fe、co合金的元素配比为95:5。
38.s2、将容器置于温度在1400℃-1500℃，压力在6gpa-8gpa的环境中烧结得到金刚石聚晶；
39.s3、将金刚石聚晶进行激光加工或机械加工得到粒径为0.2mm-3mm的聚晶颗粒；
40.s4、去金属处理，将聚晶颗粒放入装有酸液的密闭容器中，酸液为王水和氢氟酸两种混合溶液，混合比例为1:0.2，其浓度为50％-80％，加热至200℃，反应2小时-20小时，直至聚晶颗粒中的金属完全溶解，可通过磁性测量仪检测残留金属情况，最终得到粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒；
41.s5、先将粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒与粒径为1-70μm的金刚石微粉按照重量比1:1充分混合均匀后置于耐高温金属容器中，并将硬质合金基体置于上方，硬质合金基体为co基wc合金。
42.s6、将步骤s5中的容器置于温度为1400℃-1500℃，压力在6.5gpa-10gpa的环境下烧结得到聚晶金刚石复合片，其内部结构如图2所示。
43.耐磨性和抗冲击性检测
44.抗冲击测试采用落锤实验机进行实验，并选用靶材硬度为58hrc，冲击吸收功为795j，相较于普通金刚石复合片的605j的耐冲击性能提升了约31％。
45.耐磨性测试采用立式车床切割硬花岗岩，测得磨耗量的比值e称值为780万，相较于普通金刚石复合片的750万，耐磨性能提高了4％。
46.以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，s1、选用1-70μm粒径的金刚石微粉与金属催化剂在容器中混合均匀；s2、将容器置于温度在1400℃-1500℃，压力在6gpa-8gpa的环境中烧结得到金刚石聚晶；s3、将金刚石聚晶进行激光加工或机械加工得到粒径为0.2mm-3mm的聚晶颗粒；s4、去金属处理，将聚晶颗粒放入装有酸液的密闭容器中，加热至50-250℃，反应2小时-20小时，直至聚晶颗粒中的金属完全溶解，得到粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒；s5、先将粒径为0.2-3mm的聚晶金刚石颗粒与粒径为1-70μm的金刚石微粉混合后置于耐高温金属容器中，然后将硬质合金基体放置于1.5-3.5g金刚石粉上方，盖上金属盖子；s6、将步骤s5中的容器置于温度为1400℃-1500℃，压力在6.5gpa-10gpa的环境下烧结得到聚晶金刚石复合片。2.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：步骤s1中金刚石微粉与所述金属催化剂按重量比1:0.05～1：0.20混合。3.根据权利要求1或2所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：所述金属催化剂为fe、co、ni的中一种或多种，所述金属催化剂存在的形式为单质粉末、合金粉末、合金颗粒或合金片。4.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：所述步骤s4中的酸液为王水、氢氟酸或两种混合溶液，其浓度为50％-80％。5.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：步骤s5中聚晶金刚石颗粒与金刚石微粉按照重量比1:5至1:1之间的比例混合。6.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：步骤s6中所述硬质合金基体为钴基碳化钨合金。

技术总结
本发明公开了一种聚晶金刚石复合片的制造方法，将金刚石微粉与金属催化剂混合后在高温高压条件下烧结成金刚石聚晶，在通过激光或机械加工的方式将金刚石聚晶切割为0.2-3mm粒径的聚晶颗粒，再将聚晶颗粒与金刚石微粉混合后与硬质合金基体在高温高压条件下烧结成聚晶金刚石复合片，本发明的有益效果包括：依照本方法制得金刚石复合片显著提高了耐磨性和耐冲击性，聚晶金刚石层的使用寿命更长，金刚石层与硬质合金基体的连接稳定性也得到了显著提升。著提升。著提升。


技术研发人员：陈本富
受保护的技术使用者：重庆北思卡新材料股份有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/9/5