CN104591783B - 一种金刚石表面镀碳化硼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金刚石表面镀碳化硼的方法，该方法是在真空度小于100帕斯卡、300℃恒温30分钟、1200℃恒温3～12小时的条件下对金刚石颗粒表面渗硼，使金刚石表面镀上碳化硼膜。本发明制得的表面镀有碳化硼膜的金刚石除了可以提高金属胎体与金刚石的结合力外，还可以使得金刚石抗氧气、铁、镍、钴等的侵蚀能力大幅提升，有效防止了孕镶金刚石钻头制备过程中金刚石的氧化与石墨化现象的发生，从而保证镶嵌在金属胎体中的金刚石外形完整、棱角清晰、性能稳定，使得所制器具磨耗比大幅度提升，使用寿命明显延长。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石表面镀碳化硼的方法。
背景技术
将金刚石颗粒镶嵌在金属胎体中的器具被广泛应用于工业加工、地址勘测和石油开采等领域中，例如砂轮和孕镶金刚石钻头。在这些器具中起主要切削作用的金刚石颗粒通常用青铜作为粘结剂镶嵌金属胎体中，但铜与金刚石的内禀物理性质决定了铜对金刚石颗粒的把持是非常不牢固的。在金刚石器具，如孕镶金刚石钻头，的使用过程中就往往可以明显的观察到金刚石颗粒未被磨损就提前从胎体中掉落，严重降低使用寿命。目前一些专利中提出了金刚石表面镀金属层的方法来改善金属胎体对金刚石颗粒的把持力。例如专利DE 2418101提出了一种金刚石表面镀镍膜的方法，专利CN 85102371A提出了一种在金刚石上镀钛的工艺。这些方法在一定程度上改善了金刚石颗粒与金属胎体的附着力，但胎体对金刚石颗粒仅仅是简单的机械包镶，其效果仍差强人意。
专利CN 87107715A中提出了一种硼皮金刚石聚晶的合成方法：预先将金刚石颗粒与硼粉进行混合，随后在高温高压条件下合成聚晶金刚石。但在这种方法中硼只是简单的附着在金刚石颗粒表面，强结合力主要来自于聚晶合成的高温高压过程。因此这种方法并不适合于制造金属胎体包裹金刚石颗粒的器具。
发明内容
本发明的目的是针对现有处理方法存在的上述问题，提供一种新的方法即一种金刚石表面镀碳化硼的方法，用以提高金刚石与其他金属材料的粘结强度，更充分的利用昂贵的金刚石材料。
本发明之方法是在真空加热条件下对金刚石颗粒表面渗硼，使金刚石表面镀上碳化硼膜。
本发明包括以下具体步骤：
(一)、对金刚石颗粒表面进行超声清洗；
(二)、将硼粉、硼酸和金刚石颗粒在研钵中研磨使其充分混合；
(三)、将步骤(二)中的混合原料放置到炉体内抽真空至100帕斯卡以下；
(四)、将炉体内温度升至300℃并恒温30分钟；
(五)、将炉体内温度升至1200℃并恒温3～12小时；
(六)、炉温降至室温后将镀碳化硼的金刚石颗粒与废料分离并清洗，得到表面镀有碳化硼膜的金刚石。
所述步骤(一)中使用的清洗剂为硝酸、盐酸、丙酮和酒精。
所述步骤(三)中，控制加热速度在约6℃/分钟，并严格控制炉内压强在100帕斯卡以下。
所述步骤(六)中，可根据金刚石颗粒大小选择不同目数的分样筛对镀碳化硼的金刚石颗粒与废料进行分离，并将镀碳化硼的金刚石颗粒置于稀硝酸中煮沸以清洗表面残余废料。
本发明的原理是利用高温使硼向金刚石潜表层进行扩散并在金刚石颗粒表层形成碳化硼镀层。由于碳化硼与金刚石和金属胎体之间都存在稳固的化学键连接，明显优于金刚石或其他表面镀层金刚石与金属胎体之间的简单机械结合，故其结合程度较之现有工艺明显提高。
本发明制得的表面镀有碳化硼膜的金刚石除了可以提高金属胎体与金刚石的结合力外，还可以使得金刚石抗氧气、铁、镍、钴等的侵蚀能力大幅提升，有效防止孕镶金刚石钻头制备过程中金刚石的氧化与石墨化现象的发生，从而保证镶嵌在金属胎体中的金刚石外形完整、棱角清晰、性能稳定，使得所制器具磨耗比大幅度提升，使用寿命明显延长。
具体实施方式
将30～35目黄金刚石颗粒用稀硝酸、丙酮和酒精分别进行超声清洗10分钟。用研钵研磨将清洗后的金刚石、硼粉(300目，纯度：97％)和硼酸(纯度：99.99％)按照质量比1：1：1.6进行研磨1小时以上。用高温陶瓷干锅盛装充分混合后的原料并置于管式炉内。开启机械泵使系统真空小于100帕斯卡。以6℃/分钟的速度将炉内温度升至300℃，并在300℃保温30分钟。将炉内温度进一步提高到1200℃，并在1200℃下恒温10小时。在保持系统真空条件下将炉温降至室温。用40目分样筛将镀碳化硼后的金刚石颗粒与剩余废料进行分离。将分离出的镀碳化硼的金刚石颗粒置于稀硝酸中煮沸30分钟。镀碳化硼的金刚石颗粒对氧气的侵蚀能力明显提高，在空气中加热到1500℃仍能保持金刚石单晶颗粒形状完好、棱角分明。
使用63#配方(40w％WC,15w％YG6,5w％Ni,5w％Mn,35w％663青铜)作为胎体，用镀碳化硼的金刚石制成孕镶金刚石钻头。与传统孕镶金刚石钻头相比，使用镀碳化硼的金刚石做成的孕镶金刚石钻头的钻进速度和使用寿命都得到了大幅度的提高。
Claims (4)
1.一种金刚石表面镀碳化硼的方法，该方法是在真空加热条件下对金刚石颗粒表面渗硼，使金刚石表面镀上碳化硼膜；
该方法的具体步骤如下：
(一)、对金刚石颗粒表面进行超声清洗；
(二)、将硼粉、硼酸和金刚石颗粒在研钵中研磨使其充分混合；
(三)、将步骤(二)中的混合原料放置到炉体内抽真空至100帕斯卡以下；
(四)、将炉体内温度升至300℃并恒温30分钟；
(五)、将炉体内温度升至1200℃并恒温3～12小时；
(六)、炉温降至室温后将镀碳化硼的金刚石颗粒与废料分离并清洗，得到表面镀有碳化硼膜的金刚石。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石表面镀碳化硼的方法，其特征在于：所述步骤(一)中使用的清洗剂为硝酸、盐酸、丙酮和酒精。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石表面镀碳化硼的方法，其特征在于：所述步骤(四)和步骤(五)中，控制加热速度为6℃/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石表面镀碳化硼的方法，其特征在于：所述步骤(六)中制得的镀碳化硼的金刚石颗粒置于稀硝酸中煮沸以清洗表面残余废料。
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