CN106735246B - 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 - Google Patents
一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106735246B CN106735246B CN201611032582.7A CN201611032582A CN106735246B CN 106735246 B CN106735246 B CN 106735246B CN 201611032582 A CN201611032582 A CN 201611032582A CN 106735246 B CN106735246 B CN 106735246B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- tungsten carbide
- layer
- multilayer composite
- hard alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 120
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 118
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 61
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 34
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 claims description 24
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 9
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012901 Milli-Q water Substances 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 4
- RYTYSMSQNNBZDP-UHFFFAOYSA-N cobalt copper Chemical compound [Co].[Cu] RYTYSMSQNNBZDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 2
- YWJQGSHYTRHJJH-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ti].[W] Chemical compound [Co].[Ti].[W] YWJQGSHYTRHJJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZTJWUVMPZRLXAB-UHFFFAOYSA-N [Ta].[Ti].[W] Chemical compound [Ta].[Ti].[W] ZTJWUVMPZRLXAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013475 authorization Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N cobalt tungsten Chemical compound [Co].[W] JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
- B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/067—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
- C22C2026/006—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being carbides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法，属于金刚石复合片领域。该多层聚晶金刚石复合片包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层、碳化钨复合材料层及硬质合金保护层，所述碳化钨复合材料层由以下重量百分比的原料制成：碳化钨粉95％～97％，金属结合剂3％～5％。本发明提供的多层聚晶金刚石复合片，设计多层不同种类材料及硬度梯度结构，既利用了碳化钨的化学稳定性和金刚石的高强度、耐磨性，在物理性能上形成与聚晶金刚石层的良好过渡，又通过对中部料层的两侧保护，使该多层聚晶金刚石复合片可以有效降低硬质合金基体与聚晶金刚石层的残余应力，提高金刚石复合片的磨耗比、抗冲击韧性及抗弯强度。
Description
技术领域
本发明属于金刚石复合片领域，具体涉及一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法。
背景技术
金刚石复合片是一种金刚石和硬质合金组成的复合材料，通常是通过将添加一定量结合剂的金刚石粉末与硬质合金基体组装在一起，然后在超高温高压条件下烧结制得的。由于它具有金刚石硬度高和耐磨性好的特点，同时又兼具硬质合金抗冲击性能强和可焊接性好的特点，因而被广泛应用于石油钻井、地质勘探等行业。传统的金刚石复合片一般由硬质合金基体和一层附着于硬质合金基体上的金刚石聚晶层组成，由于硬质合金基体与聚晶金刚石复合层的残余应力问题，使得传统的金刚石复合片强度不高，韧性差。在实际应用过程中，用这类复合片制成钻头钻进时，由于受各种冲击力的作用，金刚石聚晶层容易崩刃，大大降低其使用寿命。
授权公告号为CN2632288Y的专利公开了一种双刃人造聚晶金刚石复合片，包括由上到下依次设置的聚晶金刚石层、硬质合金层、聚晶金刚石层及硬质合金基体，其在钻削过程中能够形成双刃，从而起到改善复合片耐冲击性及耐磨性的作用。该种结构的复合片在实际应用中，由于上层的聚晶金刚石层仍是与硬质合金层烧结而成，无法有效降低两层之间的残余应力，并不能有效解决上层聚晶金刚石层容易崩刃，使用寿命低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层聚晶金刚石复合片，其可有效降低硬质合金基体与聚晶金刚石层的残余应力，具有优异的耐磨性及抗冲击韧性。
本发明的第二个目的是提供上述多层聚晶金刚石复合片的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种多层聚晶金刚石复合片，包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层、碳化钨复合材料层及硬质合金保护层，所述碳化钨复合材料层由以下重量百分比的原料制成：碳化钨粉95％～97％，金属结合剂3％～5％。
本发明提供的多层聚晶金刚石复合片，中部料层为聚晶金刚石层和碳化钨复合材料层，两层之间可以通过金属结合剂的作用牢固连接，提高金刚石复合片的强度；中部料层上、下两侧的硬质合金材料，可以起到保护层的作用，提高复合片的韧性和抗冲击性，大大改善聚晶金刚石复合片钻进时的受力情况，使其不易崩刃；多层不同种类材料、硬度梯度的设计结构，既利用了碳化钨的化学稳定性和金刚石的高强度、耐磨性，在物理性能上形成与聚晶金刚石层的良好过渡，又通过对中部料层的两侧保护，使该多层聚晶金刚石复合片可以有效降低硬质合金基体与聚晶金刚石层的残余应力，提高金刚石复合片的磨耗比、抗冲击韧性及抗弯强度。
本发明的多层聚晶金刚石复合片在使用时，硬质合金保护层在钻进冲击力下对中部料层具有保护作用，在钻进一段时间后，硬质合金保护层出现磨损，中部料层主要起到钻进作用，残余硬质合金保护层与中部料层结合紧密，仍有改善金刚石复合片抗冲击韧性及抗弯强度的作用，从而使中部料层不易崩刃，提高聚晶金刚石复合片的使用性能和使用寿命。
所述金属结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 95％～97％，Ni 3％～5％。
所述硬质合金保护层的厚度为3～5mm，硬质合金基体的厚度为8～13mm。所述硬质合金保护层、硬质合金基体为钨钴合金、钨钛钴合金或钨钛钽合金，硬质合金保护层、硬质合金基体可采用相同或不同材料。
所述碳化钨复合材料层的厚度为0.5～1mm，所述聚晶金刚石层的厚度为1～2mm。
聚晶金刚石层由金刚石粉和结合剂烧结而成。优选的，所述聚晶金刚石层由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉92～96％，结合剂4～8％。进一步优选的，结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 97％～99％，Ni 0.68％～1.9％，TaC 0.3％～0.6％，B 0.02％～0.5％。
进一步的，本发明提供的多层聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石层优选上述结合剂，可以在高温高压下提高金刚石之间D-D键的成键密度，具有促进烧结的作用，有利于形成强韧的烧结体。各层优选上述参数，可使金刚石复合片的强度、磨耗比、抗冲击韧性得到进一步提高，可以有效解决传统金刚石复合片存在的残余应力大、易崩刃的问题，应用前景良好。
本发明的多层聚晶金刚石复合片在制备时，由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层原料、碳化钨复合材料层原料、硬质合金保护层，经高温高压烧结，即可制成层与层之间紧密结合的烧结体。烧结时，可控制压力为5.2～6.6GPa，温度为1350～1700℃，保温时间为3～45min。
进一步优选的，上述多层聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1)将碳化钨粉和金属结合剂混合，得到碳化钨混合料；将金刚石粉和结合剂混合，得到金刚石混合料；
2)由下到上依次放置硬质合金基体、金刚石混合料、碳化钨混合料、硬质合金保护层，得到复合体组件；
3)将复合体组件在450～700℃下真空热处理2～10h，然后在压力为5.2～6.6GPa，温度为1350～1700℃的条件下烧结，即得多层聚晶金刚石复合片。
步骤1)中，碳化钨混合料中，金属结合剂优选由以下重量百分比的组分组成：Co95％～97％，Ni 3％～5％；碳化钨粉的粒径为15-20μm，Co粉的粒径为1-3μm，Ni粉的粒径为2-4μm。
金刚石混合料中，结合剂优选由以下重量百分比的组分组成：Co 97％～99％，Ni0.68％～1.9％，TaC 0.3％～0.6％，B 0.02％～0.5％。金刚石粉的粒径为8～12μm，Co粉和Ni粉的粒径均为30-40nm，TaC粉和B粉的粒径均为20-30nm。
碳化钨粉、金刚石粉优选经清洗净化后使用：将碳化钨粉(或金刚石粉)和稀盐酸混合，超声洗涤10～20min，再用丙酮清洗，然后用超纯水洗涤至中性；再在100～200℃下真空干燥2～4h，备用。
步骤1)中，所述混合为球磨混合，料/球质量比为1:4～5；采用顺时针、逆时针交替运转进行球磨，其中顺时针运转时的转速为150～250r/min，逆时针运转时的转速为100～200r/min。进一步优选的，先以150～250r/min的转速顺时针球磨20～30min，暂停1min后，再以100～200r/min的转速逆时针球磨20～30min，依次交替进行球磨混料(顺时针、逆时针转换时，暂停1min)，球磨总时间为1.5～2.5h。
步骤3)中，真空热处理时，控制真空度≤0.1Pa。
步骤3)中，烧结时，在1350～1700℃保温的时间为3～45min。
本发明提供的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，无需昂贵设备，使用原有金刚石复合片生产设备即可满足要求，生产成本低，制备工艺简单，原料易得，所得金刚石复合片综合性能良好，市场价值及应用前景良好，适合工业化推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例中，碳化钨混合料中，原料碳化钨粉的粒径为15-20μm，Co粉的粒径为1-3μm，Ni粉的粒径为2-4μm；金刚石混合料中，金刚石粉的粒径为8-12μm，Co粉和Ni粉的粒径均为30-40nm，TaC粉和B粉的粒径均为20-30nm，均可通过市场常规渠道获得。钨钴合金、钨钛钴合金或钨钛钽合金为市售常规硬质合金。
多层聚晶金刚石烧结所用的设备为六面顶压机，将原料制作成烧结组件即可进行烧结。烧结组件的结构为现有技术，其常规结构由外到内依次为密封传压介质、保温介质、石墨发热体、屏蔽层和金刚石复合片合成腔。屏蔽层采用可封闭的钽杯。也可采用申请公布号为CN104014282A、CN102019154A的专利公开的结构制备烧结组件。
实施例1
本实施例的多层聚晶金刚石复合片，包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层、碳化钨复合材料层及硬质合金保护层；硬质合金基体、硬质合金保护层均为铜钴合金，硬质合金基体的厚度为8mm，硬质合金保护层的厚度为3mm。
碳化钨复合材料层的厚度为0.5mm，由以下重量百分比的原料制成：碳化钨粉97％，金属结合剂3％，金属结合剂由重量百分比为95％的Co以及5％的Ni组成；聚晶金刚石层的厚度为1mm，由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉92％，结合剂8％，结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 97％，Ni 1.9％，TaC 0.6％，B 0.5％。
本实施例的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1)将碳化钨粉、金刚石粉分别和稀盐酸(浓度为1mol/L)混合，超声波洗涤10min，再用丙酮清洗，然后用超纯水洗涤至中性，再在100℃真空干燥相中处理2h，备用；
2)采用步骤1)处理后的碳化钨粉和金刚石粉；将碳化钨粉和金属结合剂放入全方位行星式球磨机中进行混料，料/球质量比为1:4；先以150r/min的转速顺时针球磨20min，暂停1min后，再以100r/min的转速逆时针球磨20min，依次交替进行球磨混料(顺时针、逆时针转换时，暂停1min)，球磨总时间为1.5h，得到碳化钨混合料；采用相同的混料工艺将金刚石粉和结合剂混合，得到金刚石混合料；
3)先将硬质合金基体放入圆柱形钽杯中，倒入金刚石混合料并刮平，再在金刚石混合料表面倒入碳化钨混合料慢慢摊平，然后放入硬质合金基体并扣上钽杯盖，得到复合体组件；
4)将复合体组件放入真空烧结炉中，在真空度≤0.1Pa、温度为450℃条件下真空热处理3h，再将其制作成烧结组件，用六面顶压机在压力为5.2GPa，烧结温度为1350℃的条件下保温30min，即得多层聚晶金刚石复合片。
实施例2
本实施例的多层聚晶金刚石复合片，包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层、碳化钨复合材料层及硬质合金保护层；硬质合金基体、硬质合金保护层均为铜钴合金，硬质合金基体的厚度为10mm，硬质合金保护层的厚度为4mm；
碳化钨复合材料层的厚度为1mm，由以下重量百分比的原料制成：碳化钨粉95％，金属结合剂5％，金属结合剂由重量百分比为95％的Co以及5％的Ni组成；聚晶金刚石层的厚度为2mm，由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉96％，结合剂4％，结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 99％，Ni 0.68％，TaC 0.3％，B 0.02％。
本实施例的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1)将碳化钨粉、金刚石粉分别和稀盐酸(浓度为1mol/L)混合，超声波洗涤20min，再用丙酮清洗，然后用超纯水洗涤至中性，再在150℃真空干燥相中处理4h，备用；
2)采用步骤1)处理后的碳化钨粉和金刚石粉；将碳化钨粉和金属结合剂放入全方位行星式球磨机中进行混料，料/球质量比为1:5；先以200r/min的转速顺时针球磨30min，暂停1min后，再以150r/min的转速逆时针球磨30min，依次交替进行球磨混料(顺时针、逆时针转换时，暂停1min)，球磨总时间为2h，得到碳化钨混合料；采用相同的混料工艺将金刚石粉和结合剂混合，得到金刚石混合料；
3)先将硬质合金基体放入圆柱形钽杯中，倒入金刚石混合料并刮平，再在金刚石混合料表面倒入碳化钨混合料慢慢摊平，然后放入硬质合金基体并扣上钽杯盖，得到复合体组件；
4)将复合体组件放入真空烧结炉中，在真空度≤0.1Pa、温度为550℃条件下真空热处理4h，再将其制作成烧结组件，用六面顶压机在压力为6.0GPa，烧结温度为1550℃的条件下保温40min，即得多层聚晶金刚石复合片。
实施例3
本实施例的多层聚晶金刚石复合片，包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层、碳化钨复合材料层及硬质合金保护层；硬质合金基体、硬质合金保护层均为铜钴合金，硬质合金基体的厚度为13mm，硬质合金保护层的厚度为5mm。
碳化钨复合材料层的厚度为1mm，由以下重量百分比的原料制成：碳化钨粉96％，金属结合剂4％，金属结合剂由重量百分比为98％的Co以及2％的Ni组成；聚晶金刚石层的厚度为1.5mm，由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉93％，结合剂7％，结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 99％，Ni 0.3％，TaC 0.3％，B 0.4％。
本实施例的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1)将碳化钨粉、金刚石粉分别和稀盐酸(浓度为1mol/L)混合，超声波洗涤15min，再用丙酮清洗，然后用超纯水洗涤至中性，再在150℃真空干燥相中处理3h，备用；
2)采用步骤1)处理后的碳化钨粉和金刚石粉；将碳化钨粉和金属结合剂放入全方位行星式球磨机中进行混料，料/球质量比为1:4.5；先以250r/min的转速顺时针球磨20min，暂停1min后，再以200r/min的转速逆时针球磨20min，依次交替进行球磨混料(顺时针、逆时针转换时，暂停1min)，球磨总时间为2.5h，得到碳化钨混合料；采用相同的混料工艺将金刚石粉和结合剂混合，得到金刚石混合料；
3)将硬质合金基体放入圆柱形钽杯中，倒入金刚石混合料并刮平，再在金刚石混合料表面倒入碳化钨混合料慢慢摊平，然后放入硬质合金基体并扣上钽杯盖，得到复合体组件；
4)将复合体组件放入真空烧结炉中，在真空度≤0.1Pa、温度为600℃条件下真空热处理3.5h，再将其制作成烧结组件，用六面顶压机在压力为6.6GPa，烧结温度为1700℃的条件下保温42min，即得多层聚晶金刚石复合片。
对比例1
对比例1的多层聚晶金刚石复合片，结构与实施例1相同，区别仅在于：碳化钨复合材料由94wt％的碳化钨和6％的金属结合剂制成，金属结合剂的重量百分比组成为：Co94％，Ni 6％；聚晶金刚石层由90wt％的金刚石和10％的结合剂制成，结合剂的重量百分比组成为Co 96％，Ni 2.4％，TaC 0.8％，B 0.8％。具体制备方法与工艺参数控制同实施例1。
对比例2
对比例2的多层聚晶金刚石复合片，结构与实施例2相同，区别仅在于：碳化钨复合材料由98wt％的碳化钨和2％的金属结合剂制成，金属结合剂的重量百分比组成为：Co97.5％，Ni 2.5％；聚晶金刚石层由97wt％的金刚石和3％的结合剂制成，结合剂的重量百分比组成为Co 99.5％，Ni 0.34％，TaC 0.15％，B 0.01％。具体制备方法与工艺参数控制同实施例2。
对比例3
对比例3的多层聚晶金刚石复合片，结构与实施例3相同，碳化钨复合材料层、聚晶金刚石的配方组成也相同，采用以下步骤进行制备：
1)将碳化钨粉、金刚石粉分别和稀盐酸混合，超声波洗涤15min，再用丙酮清洗，然后用超纯水洗涤至中性，再在80℃真空干燥相中处理1.5h，备用；
2)采用步骤1)处理后的碳化钨粉和金刚石粉；将碳化钨粉和金属结合剂放入全方位行星式球磨机中进行混料，料/球质量比为1:3；先以200r/min的转速顺时针球磨20min，暂停1min后，再以200r/min的转速逆时针球磨20min，依次交替进行球磨混料(顺时针、逆时针转换时，暂停1min)，球磨总时间为2h，得到碳化钨混合料；采用相同的混料工艺将金刚石粉和结合剂混合，得到金刚石混合料；
3)将硬质合金基体放入圆柱形钽杯中，倒入金刚石混合料并刮平，再在金刚石混合料表面倒入碳化钨混合料并慢慢摊平，然后放入硬质合金基体并扣上钽杯盖，得到复合体组件；
4)将复合体组件放入真空烧结炉中，在真空度≤0.1Pa、温度为400℃条件下真空热处理1.5h，再将其制作成烧结组件，用六面顶压机在压力为6.0GPa，烧结温度为1600℃的条件下保温40min，即得多层聚晶金刚石复合片。
对实施例1～3和对比例1～3的多层聚晶金刚石复合片的磨耗比、抗冲击韧性及热稳定性(将多层聚晶金刚石复合片在750℃煅烧2min后，检测其磨耗比和抗冲击韧性)进行测试，结果如表1所示。
表1各实施例和对比例所得多层聚晶金刚石的性能检测结果
通过上述实施例与对比例的产品性能对比分析，可明显得出，本发明提供的配方和工艺所制备的多层聚晶金刚石复合片，不仅具有较高的磨耗比和抗冲击韧性，而且复合片经煅烧处理后，磨耗比、抗冲击韧性和热稳定性基本保持稳定，具有较好的应用价值。
上述内容仅为本发明的基本说明，凡是依据本发明的技术方案所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种多层聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石层、碳化钨复合材料层及硬质合金保护层，所述碳化钨复合材料层由以下重量百分比的原料制成：碳化钨粉95%～97%，金属结合剂3%～5%；所述金属结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 95%～97%，Ni 3%～5%；所述聚晶金刚石层由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉92%～96%，结合剂4%～8%。
2.如权利要求1所述的多层聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述硬质合金保护层的厚度为3～5mm，硬质合金基体的厚度为8～13mm。
3.如权利要求1所述的多层聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述碳化钨复合材料层的厚度为0.5～1mm，所述聚晶金刚石层的厚度为1～2mm。
4.如权利要求1所述的多层聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述结合剂由以下重量百分比的组分组成：Co 97%～99%，Ni 0.68%～1.9%，TaC 0.3%～0.6%，B 0.02%～0.5%。
5.一种如权利要求1所述的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将碳化钨粉和金属结合剂混合，得到碳化钨混合料；将金刚石粉和结合剂混合，得到金刚石混合料；
2）由下到上依次放置硬质合金基体、金刚石混合料、碳化钨混合料、硬质合金，得到复合体组件；
3）将复合体组件在450～700℃下真空热处理2～10h，然后在压力为5.2～6.6GPa，温度为1350～1700℃的条件下烧结，即得多层聚晶金刚石复合片。
6.如权利要求5所述的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述混合为球磨混合，料/球质量比为1:4～5；采用顺时针、逆时针交替运转进行球磨，其中顺时针运转时的转速为150～250 r/min，逆时针运转时的转速为100～200 r/min。
7.如权利要求5所述的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，步骤3）中，真空热处理时，控制真空度≤0.1Pa。
8.如权利要求5~7任一项所述的多层聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，步骤3）中，烧结时，在1350～1700℃保温的时间为3～45min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611032582.7A CN106735246B (zh) | 2016-11-18 | 2016-11-18 | 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611032582.7A CN106735246B (zh) | 2016-11-18 | 2016-11-18 | 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106735246A CN106735246A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106735246B true CN106735246B (zh) | 2019-05-10 |
Family
ID=58970771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611032582.7A Active CN106735246B (zh) | 2016-11-18 | 2016-11-18 | 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106735246B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10704334B2 (en) * | 2017-06-24 | 2020-07-07 | Wenhui Jiang | Polycrystalline diamond compact cutters having protective barrier coatings |
| CN108057896A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-22 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
| CN108941583B (zh) * | 2018-08-30 | 2021-08-20 | 中南钻石有限公司 | 一种亚微米金刚石复合片及其制备工艺 |
| CN108906242A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-11-30 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种椭球形球磨机筒体及其细粉碎永磁铁氧体的方法 |
| CN111905654B (zh) * | 2019-12-04 | 2021-12-24 | 三河市晶日金刚石复合材料有限公司 | 人造金刚石聚晶及其制备方法 |
| CN111057925B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-08-20 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法 |
| CN111378885B (zh) * | 2020-03-25 | 2021-06-29 | 九江金鹭硬质合金有限公司 | 一种具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金及其制备方法 |
| CN111266573B (zh) * | 2020-03-25 | 2022-03-18 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法 |
| CN111872375B (zh) * | 2020-07-17 | 2022-07-05 | 苏州思珀利尔工业技术有限公司 | 钴粉包覆金刚石小球的制备方法、钴粉包覆金刚石及其应用 |
| CN115093227A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-09-23 | 河南工业大学 | 一种以镀膜金刚石为原料制备聚晶金刚石的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4605343A (en) * | 1984-09-20 | 1986-08-12 | General Electric Company | Sintered polycrystalline diamond compact construction with integral heat sink |
| US4694918A (en) * | 1985-04-29 | 1987-09-22 | Smith International, Inc. | Rock bit with diamond tip inserts |
| JPH0516004A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具およびその製造方法 |
| CN1116143A (zh) * | 1995-05-31 | 1996-02-07 | 长春地质学院 | 含金刚石复合材料 |
| US6358624B1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystal diamond tool |
| CN104084590A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-10-08 | 中南钻石有限公司 | 一种纳米金属结合剂及使用该结合剂制成的石油钻探用金刚石复合片 |
| CN104690274A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-06-10 | 江汉石油钻头股份有限公司 | 一种聚晶金刚石-硬质合金复合片及其制备方法 |
| CN104959616A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-10-07 | 中南钻石有限公司 | 夹芯式金刚石聚晶复合片及其制备方法和所用结合剂 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050210755A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-09-29 | Cho Hyun S | Doubled-sided and multi-layered PCBN and PCD abrasive articles |
-
2016
- 2016-11-18 CN CN201611032582.7A patent/CN106735246B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4605343A (en) * | 1984-09-20 | 1986-08-12 | General Electric Company | Sintered polycrystalline diamond compact construction with integral heat sink |
| US4694918A (en) * | 1985-04-29 | 1987-09-22 | Smith International, Inc. | Rock bit with diamond tip inserts |
| JPH0516004A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具およびその製造方法 |
| CN1116143A (zh) * | 1995-05-31 | 1996-02-07 | 长春地质学院 | 含金刚石复合材料 |
| US6358624B1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystal diamond tool |
| CN104084590A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-10-08 | 中南钻石有限公司 | 一种纳米金属结合剂及使用该结合剂制成的石油钻探用金刚石复合片 |
| CN104690274A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-06-10 | 江汉石油钻头股份有限公司 | 一种聚晶金刚石-硬质合金复合片及其制备方法 |
| CN104959616A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-10-07 | 中南钻石有限公司 | 夹芯式金刚石聚晶复合片及其制备方法和所用结合剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106735246A (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106735246B (zh) | 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 | |
| CN104959616B (zh) | 夹芯式金刚石聚晶复合片及其制备方法和所用结合剂 | |
| US8875813B2 (en) | Atomic layer deposition nanocoatings on cutting tool powder materials | |
| CN103803985B (zh) | 纳米结构立方氮化硼—金刚石聚晶的制备方法 | |
| CN104030690B (zh) | 一种氮化钛-二硼化钛-立方氮化硼复合材料的制备方法 | |
| CN101397614A (zh) | 一种Ni粘结WC基硬质合金的制备方法 | |
| CN108950561A (zh) | 一种镀钛立方氮化硼复合片及其制备工艺 | |
| CN106800420B (zh) | 一种碳化硅晶须原位复合刚玉高温陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN102794448B (zh) | 一种纳米金属结合剂及使用该结合剂制成的聚晶cbn复合片 | |
| CN109437909A (zh) | 碳化钨复合材料及其制备方法 | |
| CN100436369C (zh) | 纳米α－Al2O3复合刚玉砖的制备方法 | |
| CN107377981B (zh) | 一种双面聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法 | |
| JPH0782031A (ja) | 立方晶窒化ホウ素含有焼結体およびその製造方法 | |
| CN109778046B (zh) | 一种低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法 | |
| CN100429326C (zh) | 一种铝碳二铬块体材料的制备方法 | |
| CN108941583A (zh) | 一种亚微米金刚石复合片及其制备工艺 | |
| KR100959931B1 (ko) | 질화티타늄 분말의 제조 방법 | |
| JPH02252660A (ja) | 難焼結性粉末の焼結体、その砥粒及び砥石、並びにそれらの製法 | |
| CN112759371A (zh) | 一种氮化钛包覆高钛刚玉及其制备方法和应用 | |
| CN104942280B (zh) | 一种高性能多晶金刚石烧结体 | |
| CN111235451A (zh) | 一种表面具有金字塔形貌的硬质合金及其制备方法 | |
| US20110150692A1 (en) | Submicron Cemented Carbide with Mixed Carbides | |
| CN114380606A (zh) | 一种机加工高强度耐火材料制备工艺 | |
| CN106316404B (zh) | 一种立方氮化硼陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN112359241B (zh) | 一种双晶非均匀硬质合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |