CN106498253A - 一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料及其制备方法，该高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料是以真空热处理法制得，按以下质量份数计的原料组成：金刚石微粉60‑75％、硬质合金粉10‑15％、氮化硅粉末Si3N4 5‑10％、碳化硅粉末SiC 5‑12％、金属结合剂5‑8％。相对现有的聚晶金刚石复合材料，本发明的高稳定耐磨性新型聚晶金刚石复合材料具有优异的综合机械性能，尤其是具有较高的热稳定性和耐磨性；可以作为是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，即可广泛应用于有色金属、非金属切削加工以及石油、地质钻探等许多领域，具有很高的社会价值和经济效益。

Description

一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金复合材料技术领域，具体涉及一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料及其制备方法。
背景技术
金刚石微粉是人造金刚石单晶经过特殊工艺处理加工而形成的一种新型超硬超细磨料，是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度材料的理想原料，金刚石制品是利用金刚石材料加工制成的工具和构件，应用十分广泛。金刚石微粉及制品广泛应用于汽车、机械、电子、航空、航天、光学仪器、玻璃、陶瓷、石油、地质等部门，随着技术和产品的不断发展，金刚石微粉及制品的利用领域还在继续拓宽。
随着新材料的发展，使用金刚石微粉和硬质合金衬底为原料合成复合超硬材料，可使复合材料既具有金刚石微粉的高硬度性能，又具有硬质合金的抗冲击韧性、抗磨损性、耐热性、导热性等力学性能。因此，本发明提供一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明的第1个目的是提供一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料。
本发明的第2个目的是上述高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料的制作方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，由以下质量份数计的原料组成：金刚石微粉60-75％、硬质合金粉10-15％、氮化硅粉末Si3N4 5-10％、碳化硅粉末SiC 5-12％、金属结合剂5-8％。
所述硬质合金粉由下述质量份数计的原料组成：碳化钨WC 80-90％、Co 5-15％、碳化钒VC 0.5-2％、碳化铬Cr3C2 0.5-2％、碳化钛TiC 0.5-2％、稀土铈Ce 0.05-0.2％。
所述金属结合剂由下述质量份数计的原料组成：Co 90-95％、Cu 1-3％、Ni 2-4％、Ti 1-3％、Mo 1-3％。
所述金刚石微粉粒径为1-30um，硬质合金粉各成分粒径均为1-5um，金属结合剂各成分粒径在20-40um。
上述的高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)金刚石微粉的预处理：将1份金刚石微粉与4-5份固体NaOH或KOH，放入长颈的镍坩埚中，在坩埚式炉中加热至500-600℃，当碱液呈粉红色后停止加热，在碱液未凝固前倒在不锈钢板上，待冷却后将冷凝块放入烧杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去烧杯中的溶液，加入3-5份王水，加热煮沸10-15min，冷却后用去离子水洗涤4-5遍，放入60-80℃真空干燥箱中干燥至恒重，备用；
(2)按所述配比称取预处理过的金刚石微粉，硬质合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金属结合剂，放入三维混料机中进行预混，三维混料机的转速75-85r/min，混料时间为3-5h；
(3)将已混合好的混料装入石墨杯中，然后将装好料的石墨杯置于真空炉内进行真空热处理；真空炉内温度为600-700℃，真空度为3×10-3Pa,保温时间为5-8h，得复合粉；
(4)将真空处理的复合粉置于合成组装块中，用六面顶压机在温度为1500-1600℃，压力为7-8Gpa的条件下熔铸1-2h，即得聚晶金刚石复合材料。
聚晶金刚石复合体是采用金刚石微粉与硬质合金衬底为原料在高温超高压条件下烧结而成的复合超硬材料,它将聚晶金刚石和硬质合金各自的性能优点很好地结合在了一起，使其既具有金刚石的硬度与耐磨性,又具有硬质合金的强度、抗冲击韧性与可焊接性，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料。
本发明的有益效果：相对现有的聚晶金刚石复合材料，本发明的高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料具有优异的综合机械性能，尤其是具有较高的热稳定性和耐磨性。可以作为是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，即可广泛应用于有色金属、非金属切削加工以及石油、地质钻探等许多领域，具有很高的社会价值和经济效益。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例中，金刚石微粉为河南省豫星华晶微钻有限公司产品；碳化钨WC、Co、碳化钒VC、碳化铬Cr3C2、碳化钛TiC、Cu、Ni、Ti、Mo、氮化硅粉末Si3N4、碳化硅粉末SiC为中航迈特粉冶科技有限公司市售品；稀土Ce为江苏泰州市扬子江稀土金属有限公司市售品。
实施例1
一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，由以下质量份数计的原料组成：金刚石微粉60％、硬质合金粉14％、氮化硅粉末Si3N4 8％、碳化硅粉末SiC 10％、金属结合剂8％。
所述硬质合金粉由下述质量份数计的原料组成：碳化钨WC 87％、Co 9％、碳化钒VC 0.7％、碳化铬Cr3C2 1.2％、碳化钛TiC 2％、稀土铈Ce 0.1％。
所述金属结合剂由下述质量份数计的原料组成：Co 91％、Cu 2％、Ni 3％、Ti2％、Mo 2％。
上述的高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)金刚石微粉的预处理：将1份金刚石微粉与4份固体NaOH，放入长颈的镍坩埚中，在坩埚式炉中加热至550℃，当碱液呈粉红色后停止加热，在碱液未凝固前倒在不锈钢板上，待冷却后将冷凝块放入烧杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去烧杯中的溶液，加入4份王水，加热煮沸13min，冷却后用去离子水洗涤4遍，放入60℃真空干燥箱中干燥至恒重，备用；
(2)按所述配比称取预处理过的金刚石微粉，硬质合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金属结合剂，放入三维混料机中进行预混，三维混料机的转速80r/min，混料时间为4h；
(3)将已混合好的混料装入石墨杯中，然后将装好料的石墨杯置于真空炉内进行真空热处理；真空炉内温度为680℃，真空度为3×10-3Pa,保温时间为6h，得复合粉；
(4)将真空处理的复合粉置于合成组装块中，用六面顶压机在温度为1500℃，压力为7.3Gpa的条件下熔铸1.5h，即得聚晶金刚石复合材料。
实施例2
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，由以下质量份数计的原料组成：金刚石微粉60％、硬质合金粉13％、氮化硅粉末Si3N47％、碳化硅粉末SiC 12％、金属结合剂8％。
所述硬质合金粉由下述质量份数计的原料组成：碳化钨WC 82％、Co 15％、碳化钒VC 1.1％、碳化铬Cr3C2 0.75％、碳化钛TiC 1.1％、稀土铈Ce 0.05％。
所述金属结合剂由下述质量份数计的原料组成：Co 90％、Cu 1％、Ni 4％、Ti2％、Mo 3％。
上述的高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)金刚石微粉的预处理：将1份金刚石微粉与5份固体KOH，放入长颈的镍坩埚中，在坩埚式炉中加热至600℃，当碱液呈粉红色后停止加热，在碱液未凝固前倒在不锈钢板上，待冷却后将冷凝块放入烧杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去烧杯中的溶液，加入5份王水，加热煮沸15min，冷却后用去离子水洗涤5遍，放入60℃真空干燥箱中干燥至恒重，备用；
(2)按所述配比称取预处理过的金刚石微粉，硬质合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金属结合剂，放入三维混料机中进行预混，三维混料机的转速85r/min，混料时间为5h；
(3)将已混合好的混料装入石墨杯中，然后将装好料的石墨杯置于真空炉内进行真空热处理；真空炉内温度为700℃，真空度为3×10-3Pa,保温时间为8h，得复合粉；
(4)将真空处理的复合粉置于合成组装块中，用六面顶压机在温度为1600℃，压力为8Gpa的条件下熔铸2h，即得聚晶金刚石复合材料。
本发明制得的聚晶金刚石复合材料的技术参数如下：

Claims (5)

1.一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，其特征在于，由以下质量份数计的原料组成：金刚石微粉60-75％、硬质合金粉10-15％、氮化硅粉末Si3N4 5-10％、碳化硅粉末SiC 5-12％、金属结合剂5-8％。
2.如权利要求1所述的一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，其特征在于：所述硬质合金粉由下述质量份数计的原料组成：碳化钨WC 80-90％、Co 5-15％、碳化钒VC0.5-2％、碳化铬Cr3C2 0.5-2％、碳化钛TiC 0.5-2％、稀土铈Ce 0.05-0.2％。
3.如权利要求1所述的一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，其特征在于：所述金属结合剂由下述质量份数计的原料组成：Co 90-95％、Cu 1-3％、Ni 2-4％、Ti 1-3％、Mo 1-3％。
4.如权利要求1所述的一种具有高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料，其特征在于：所述金刚石微粉粒径为1-30um，硬质合金粉各成分粒径均为1-5um，金属结合剂各成分粒径在20-40um。
5.按照权利要求1-4任意一项所述的高稳定耐磨性的聚晶金刚石复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金刚石微粉的预处理：将1份金刚石微粉与4-5份固体NaOH或KOH，放入长颈的镍坩埚中，在坩埚式炉中加热至500-600℃，当碱液呈粉红色后停止加热，在碱液未凝固前倒在不锈钢板上，待冷却后将冷凝块放入烧杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去烧杯中的溶液，加入3-5份王水，加热煮沸10-15min，冷却后用去离子水洗涤4-5遍，放入60-80℃真空干燥箱中干燥至恒重，备用；
(2)按所述配比称取预处理过的金刚石微粉，硬质合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金属结合剂，放入三维混料机中进行预混，三维混料机的转速75-85r/min，混料时间为3-5h；
(3)将已混合好的混料装入石墨杯中，然后将装好料的石墨杯置于真空炉内进行真空热处理；真空炉内温度为600-700℃，真空度为3×10-3Pa,保温时间为5-8h，得复合粉；
(4)将真空处理的复合粉置于合成组装块中，用六面顶压机在温度为1500-1600℃，压力为7-8Gpa的条件下熔铸1-2h，即得聚晶金刚石复合材料。
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