[发明专利]一种金刚石表面金属化的复合处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石颗粒表面改性领域聚晶金刚石颗粒表面金属化的处理方法。

背景技术

对于金属结合剂金刚石工具，胎体与金刚石的物理化学相容性，是实现工具使用性能的关键因素之一。金刚石工具多采用真空或保护气氛烧结制备，其目的是防止氧化气氛的存在使金刚石过早石墨化。但在采用堆焊技术将金刚石与硬质合金混合敷焊于钢齿石油钻头上时，由于是在空气环境中进行，火焰温度较高，很容易导致金刚石部分石墨化，降低其抗压强度，大大影响金刚石工具的使用效果。因此，防止高温下的金刚石因氧化而转变成石墨，是提高金刚石工具使用效率和寿命的关键因素。目前，国内外一般采用表面镀覆金属的方法来减少金刚石高温石墨化倾向，降低金刚石与镀覆金属间的界面能，实现金刚石与多种金属材料的浸润，并通过该层金属与金刚石发生化学反应，生成稳定的化学键，实现冶金结合，从而提高金刚石与基体的结合强度，以利于充分发挥金刚石的性能。

金刚石表面金属化的方法已有很多，如专利CN85100286A公开了采用真空蒸镀及真空热处理再加电镀的方法在金刚石表面形成碳化物层、合金层和电镀金属层的金属化结构，所用的金属层材料为Ti、Cr、Ta、Nb等。专利200580006497.7和专利200580004728.0公开一种采用物相气相沉积或化学气相沉积加物理气相沉积的方法在金刚石表面制备碳化物、氮化物及硼化物层，以提高金刚石等超硬材料在制备和使用过程中的耐氧化性。专利CN102286742A报道了一种金刚石表面金属化方法，首先用粘结剂将含Cr、Ti的钎料均匀涂覆，再与金刚石混合，然后再真空或惰性气氛中加热熔融钎料，在金刚石表面形成具有冶金结合的合金层。此外，金刚石表面金属化方法还包括化学镀加电镀、盐浴渗镀、化学气液相处理以及金属粉末包覆烧结等。

在上述金属化方法中，物相及化学气相沉积方法需要专业设备，工艺参数控制严格，成本较高。化学镀加电镀的方法主要用来制备金属或合金层，碳化层较薄不稳定，对金刚石的把持力不够，容易在使用及后续过程中造成金刚石脱落，影响工具使用。粉末覆盖金刚石烧结金属化的过程中均采用电或燃气热处理炉进行加热保温处理，其主要问题是在整个金属化过程中从加热升温到保温至少2小时，工艺时间长，生产效率较低，而且大量热量消耗在炉体和工件本身的加热与保温上，有效热量利用率低、加热速度慢。相比传统的加热处理技术，微波加热具有整体加热，加热速度快，时间短，节能，可进行空间选择性加热并促进化学反应等诸多优点。目前，微波能广泛用于无机材料、有机高分子和金属材料的加热处理、合成及烧结研究，而利用微波加热进行金刚石表面金属化未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石表面金属化的复合处理方法,该方法将化学镀和真空微波快速加热技术结合起来，化学镀沉积温度低，所需设备简单，获得镀层比较均匀致密，真空微波快速加热吸波材料，并将热量传递至化学镀层和金刚石颗粒，更有效地利用热能，还可以促进冶金扩散反应的速度，缩短处理时间，在真空环境处理能较好阻止金刚石的石墨化。

本发明所述的复合处理方法，具体技术路线如下：对金刚石颗粒先进行表面化学镀处理，使其表面均匀涂覆一层复合镀层，以填隙、补平方式减少金刚石颗粒表面裂纹、缺陷；然后将化学镀后的金刚石包埋在含有吸波材料的刚玉坩埚中，再放置在真空微波加热炉中进行微波加热保温处理，使化学镀层与金刚石表面形成碳化物层。

一种金刚石表面金属化的复合处理方法，依次包括以下步骤：

（1）对金刚石颗粒进行化学镀处理，使其表面均匀涂覆一层化学镀层，所述化学镀层为Ni-P、Ni-Cr-P或Ni-W-Cr-P复合层；

（2）对金刚石颗粒进行表面金属化处理，将吸波材料与化学镀金刚石颗粒装入球磨罐（不加磨球）均匀混料，使吸波材料完全包埋金刚石颗粒，并填充在刚玉坩埚中，然后将填装好的坩埚表面封盖放置在真空微波加热炉中，缓慢旋转进行加热保温，控制加热温度在750℃-900℃，加热和保温过程的整个时间控制在10-30分钟，真空度为1.3×10^-3Pa；

（3）待加热炉体冷却后，将坩埚取出，用目数适当的标准检验筛将金刚石颗粒与吸波材料分离，筛选出表面金属化的金刚石颗粒备用。

所述化学镀处理，包括金刚石颗粒清洁、粗化、敏化、活化、施镀、冲洗、烘干等。