[发明专利]一种高性能聚晶金刚石复合片及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201910789690.6 申请日: 2019-08-26
公开(公告)号: CN110625123B 公开(公告)日: 2021-09-03
发明(设计)人: 卢灿华;张涛;张玉岗 申请(专利权)人: 中南钻石有限公司
主分类号: B22F7/04 分类号: B22F7/04;B22F3/14;C22C1/05;C22C26/00
代理公司: 郑州联科专利事务所(普通合伙) 41104 代理人: 张丽
地址: 473264 河*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 一种 性能 金刚石 复合 及其 制备 方法
【说明书】:

本申请公开一种高性能聚晶金刚石复合片及其制备方法,属于金刚石与硬质合金复合材料技术领域,包括硬质合金衬底,以及在硬质合金衬底表面上的碳化硅‑金刚石过渡层和聚晶金刚石层,所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成:金刚石微粉为90~95%、结合剂为5~10%;所述碳化硅‑金刚石过渡层的厚度为20~30μm;所述金刚石微粉为氮离子注入的金刚石微粉,金刚石微粉粒度为5~35µm;所述的结合剂由下述重量百分含量的原料组成:金属元素90~95%、非金属元素3~6%、无机非金属晶须1.5~3%、稀土元素0.5~1%。

技术领域

发明属于金刚石与硬质合金复合材料技术领域,具体涉及一种高性能聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片由金刚石与硬质合金衬底在高压高温条件下烧结而成的,这种材料具有金刚石的硬度与耐磨性,同时又兼具有硬质合金抗冲击性能强和可焊性好的特点,是一种优良的复合材料,它广泛地应用于机械加工刀具、石油/地质钻探用钻齿、拉丝模等方面。

聚晶金刚石复合片的耐磨性、抗冲击性和耐热性是最重要的技术指标,直接决定了其使用效果及使用寿命。聚晶金刚石复合片的破坏形式主要为聚晶金刚石层脱落和破损,由于聚晶金刚石层和硬质合金层以及聚晶金刚石层内部金刚石与粘结剂之间物理化学性能的差异,导致其热稳定性不高,因而聚晶金刚石复合片加工和工作过程中的温度变化,在复合片的内部就会有残余应力的产生,一旦受力,导致失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种高性能聚晶金刚石复合片及其制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是:一种高性能聚晶金刚石复合片,包括硬质合金衬底,以及在硬质合金衬底表面上的碳化硅-金刚石过渡层和聚晶金刚石层,所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成:金刚石微粉为90~95%、结合剂为5~10%。

具体的,所述碳化硅-金刚石过渡层的厚度为20~30μm。

具体的,所述金刚石微粉为氮离子注入的金刚石微粉,金刚石微粉粒度为5~35µm。

具体的,所述的结合剂由下述重量百分含量的原料组成:金属元素90~95%、非金属元素3~6%、无机非金属晶须1.5~3%、稀土元素0.5~1%。

所述的金属元素由下述重量百分含量的原料组成:Co粉84~90%、Ni粉5~7%、Cr粉2~3%、Ti粉1~2%、Zr粉1~2%、W粉0.5~1%、Mo粉0.5~1%。

所述的非金属元素为Si或B的一种或两者的混合物,当为Si和B 两种的混合物时,混合物中B所占重量百分含量为5~10%。

所述的无机非金属晶须为氧化锆晶须或硼纤维晶须的一种或两者的混合物,当为两种晶须的混合物时,所述混合物中硼纤维晶须所占重量百分含量为20~40%,晶须长度在100纳米至20微米范围,直径不大于100纳米。

所述的稀土元素为Dy或Tm的一种或两者的混合物,当为Dy和Tm两种的混合物时,所述混合物中Tm所占重量百分含量为45~55%。

一种上述高性能聚晶金刚石复合片的制备方法,包括如下步骤:

1)衬底预处理:先将硬质合金衬底清洗干净,用粒度为0.8~1μm的金刚石微粉、粒度为0.8~1μm碳化硅微粉和丙酮的质量比为1:(40~50):(800~900)的比例混合而成的晶种悬浮液超声波处理30~35min,并用去离子清洗后,吹干待用,得到混合种晶后的硬质合金衬底;

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