[发明专利]聚晶金刚石拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法

说明书

本发明公开了一种采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法，该模芯坯料，该模芯坯料采用聚晶金刚石制备而成，且模芯坯料至少一个端面设有凹槽。具体脱钴时，先在聚晶金刚石模芯坯料的端面加工出凹槽，再将带凹槽的模芯坯料利用酸液浸泡，完成聚晶金刚石模芯坯料的脱钴。本发明缩短了PCD模芯坯料酸浸出法脱钴的时间，同时也解决了大尺寸PCD模芯由于酸浸出法作用距离限制而无法完全脱钴的问题。

技术领域

本发明属于聚晶金刚石领域，涉及一种金属拉丝模具用模芯坯料，具体为一种采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料及该模芯坯料的脱钴方法。

背景技术

聚晶金刚石（Polycrystalline diamond：PCD）不仅具有接近金刚石单晶的硬度、耐磨性，更具有比金刚石单晶更好的各向异性和与硬质合金相当的耐冲击性，因此被广泛应用于地质勘探、机械加工（包括金属拉丝模具）等领域。

由于聚晶金刚石往往需要在高温、高应力环境下工作，所以热稳定性作为PCD材料的主要性能指标，越来越受到重视。

传统的用来合成PCD的粘结剂主要是第Ⅷ族金属元素，包括铁、钴、镍及其合金，这些金属也可以被称作合成PCD的触媒。金属钴与金刚石（碳元素）之间好的相容性，使钴能够很好地湿润金刚石使金刚石在钴金属上的机械镶嵌程度提高。因此国内外普遍选用钴作为PCD合成的粘结剂。

虽然钴金属作为粘结剂能够促进金刚石合成PCD，但是钴金属在PCD中的存在会对PCD的热稳定性造成严重的影响从而降低了PCD拉丝模具的寿命。主要影响如下：

1、金属钴与金刚石的热膨胀系数存在很大差异（金刚石的热膨胀系数为1.4×10^-6℃^-1，金属钴的热膨胀系数为1.25×10^-5℃^-1），会导致PCD模芯工作在400℃以上工况时出现裂纹或脱落；

2、在高温情况下，PCD中残留的金属钴作为触媒容易促使PCD中的金刚石氧化或逆变成石墨；

3、金属钴的硬度较低，导致PCD中存在软点，影响了PCD的硬度性能。

为了提高PCD的耐磨性能和热稳定性，金属拉丝模具行业普遍采用酸浸出法，对PCD模芯中的金属钴进行脱钴，提高PCD模芯的热稳定性。然后使用经过酸浸出法进行脱钴处理过的PCD模芯制造拉丝模具。但是酸浸出法中的酸只能与PCD模芯的表面接触，脱钴时间长，脱钴效果差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法，缩短了PCD模芯坯料酸浸出法脱钴的时间，同时也解决了大尺寸PCD模芯由于酸浸出法作用距离限制而无法完全脱钴的问题。

本发明采取的技术方案是，一种金属拉丝模具用耐高温模芯坯料，该模芯坯料采用聚晶金刚石制备而成，且模芯坯料至少一个端面设有凹槽。所述的耐高温是可以承受1200℃的工作环境。

进一步地，所述凹槽位于模芯端面的中心。也可以位于后期精准打孔范围内的任何位置，优选端面中心部位。而且凹槽可以为一个，也可以为多个。可以为方形、球形或者其他异型形状。

进一步地，所述凹槽为贯通模芯两个端面的贯穿孔。通过将模芯坯料的两端面之间贯通，在后期酸浸出脱钴处理时，能够增加酸液与凹槽或者贯穿孔的接触面积，而且使酸液能够交换和转移，提升钴浸出效果。

进一步地，所述凹槽的最大孔径尺寸小于后期模芯坯料加工成型为模芯后的中心孔径。为了增加接触面积，凹槽的尺寸越大越好，但是如果凹槽尺寸太大，后期模芯制作过程中精确打孔时，如果出现偏差，可能直接影响模芯的质量，甚至产生不合格产品，为了进行平衡，优选凹槽的最大孔径为后期模芯坯料加工成型为模芯后的中心孔径的50%。