CN107687017A - 用于脱钴的电解液、金刚石复合齿表面改性的方法和金刚石复合齿 - Google Patents

用于脱钴的电解液、金刚石复合齿表面改性的方法和金刚石复合齿 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金刚石复合齿领域，公开了一种用于脱钴的电解液、金刚石复合齿表面改性的方法和金刚石复合齿，所述电解液包括焦磷酸盐、硫化铵、氯化钠和水。采用本发明的电解液对金刚石复合齿的金刚石层进行表面改性，得到的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量低于1.2重量％，脱钴深度可以达到0.7‑0.8mm。

Description

用于脱钴的电解液、金刚石复合齿表面改性的方法和金刚石 复合齿
技术领域
本发明涉及金刚石复合齿领域，具体涉及一种用于脱钴的电解液、采用该电解液进行金刚石复合齿表面改性的方法，以及由所述方法得到的金刚石复合齿。
背景技术
金刚石复合齿是采用优质金刚石微粉及硬质合金基体为原料，在超高压高温条件下烧结而成的。在制备过程中，硬质合金基体中的钴会进入金刚石微粉之间的空隙，因此，烧结完成后，在复合齿的金刚石层中一般会残留一定量的金属钴，金刚石层中的钴会直接影响金刚石复合齿的耐磨性，进而影响金刚石复合齿的寿命。因此，需要对金刚石层进行脱钴处理。现有技术中常用的脱钴方法是采用强酸化学腐蚀法，即将金刚石层浸渍在强酸溶液中进行脱钴，这种方法在实施过程中脱钴时间长、工作效率低、有污染，容易对工作人员的安全造成伤害。现有技术中还有一种方法是电解法，但是目前公开的电解法中，脱钴效果不是很理想，脱钴后的金刚石层的钴含量仍然达到1.2重量％以上，并不能很好地改善金刚石复合齿的耐磨性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的金刚石复合齿脱钴效果差的问题，提供一种用于脱钴的电解液、金刚石复合齿表面改性的方法和金刚石复合齿。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于脱钴的电解液，其中，所述电解液包括焦磷酸盐、硫化铵、氯化钠和水。
本发明第二方面提供一种金刚石复合齿表面改性的方法，其中，该方法包括：以金刚石复合齿中的金刚石层为阳极，以惰性金属为阴极，在电解液中进行电解反应，其中，所述电解液为本发明的电解液。
本发明第三方面提供由本发明的金刚石复合齿表面改性的方法得到的金刚石复合齿。
采用本发明的电解液进行金刚石复合齿脱钴处理，可以使得金刚石层表面深0.7-0.8mm的钴相从金刚石间脱除，并且，使得脱钴后的金刚石层的钴含量小于1.2重量％。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种用于脱钴的电解液，其中，所述电解液包括焦磷酸盐、硫化铵、氯化钠和水。
本发明中，优选地，在所述电解液中，焦磷酸盐的浓度为3-10g/100mL，硫化铵的浓度为2-8g/100mL，氯化钠的浓度为5-15g/100mL。电解液中的各组分在上述范围有利促进脱钴效果。
为了进一步提高脱钴的效果，进一步优选地，在所述电解液中，焦磷酸盐的浓度为5-7g/mL，硫化铵的浓度为3-5g/100mL，氯化钠的浓度为6-10g/100mL。
发明人发现，当电解液中含有苯甲酸盐时，金刚石层的脱钴效果更好，因此，优选情况下，所述电解液还包括苯甲酸盐，苯甲酸盐的含量为1-3g/100mL。
本发明中，所述苯甲酸盐可以为本领域的常规选择，例如，所述苯甲酸盐可以为苯甲酸钠或苯甲酸钾。
本发明中，所述焦磷酸盐可以为现有的焦磷酸盐，例如，所述焦磷酸盐为焦磷酸钠、焦磷酸钾。优选地，所述焦磷酸盐为焦磷酸钠。发明人在研究中发现，当所述焦磷酸盐为焦磷酸钠时，脱钴后的金刚石层中的钴含量更少。
本发明第二方面提供一种金刚石复合齿表面改性的方法，其中，该方法包括：以金刚石复合齿中的金刚石层为阳极，以惰性金属为阴极，在电解液中进行电解反应，其中，所述电解液为本发明的电解液。
本发明中，为了避免金刚石复合齿中的硬质合金基体被腐蚀，在进行电解反应时，仅将金刚石层浸于电解液中，硬质合金基体位于电解液外。采用本发明的电解液进行金刚石复合齿表面改性的方法，能够脱除金刚石层表面深度0.7-0.8mm中的钴，使得金刚石层中的钴含量小于1.2％。
本发明中，通过控制所述电解反应的条件可以达到较好的脱钴效果，优选情况下，所述电解反应的条件包括：电压0.4-3V，温度为40-120℃，时间为5-20小时。
本发明中，为了进一步减少金刚石层表面深度0.7-0.8mm中的钴含量以及增加脱钴效率，进一步优选情况下，所述电解反应的条件包括：电压1-1.3V，温度为70-90℃，时间为7-15小时。
本发明中，阴极采用的是惰性金属，所述惰性金属可以为现有的能够用作阴极的金属，例如，所述惰性金属为铜、锌或铂，优选地，所述惰性金属为铜。
本发明中，为了而提高金刚石复合齿的使用性能，该方法还包括：所述电解反应结束后，取出金刚石复合齿，对所述金刚石复合齿的表面进行抛光处理。抛光处理后的金刚石复合齿更有利于在钻进过程中的排屑，降低金刚石复合齿发生泥包的概率，可以明显提高金刚石复合齿的钻进速度以及延长金刚石复合齿的寿命。
本发明中，所述抛光处理的方法可以为现有的能够用于抛光金刚石表面的方法，例如，用机械抛光机进行抛光。
本发明第三方面提供了由本发明的金刚石复合齿表面改性的方法得到的金刚石复合齿。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，
脱钴深度和金刚石层中钴含量通过EDX能谱分析仪(购自深圳市天瑞仪器有限公司)测得。
实施例1
以金刚石复合齿为阳极，铜为阴极，电解液由以下组分组成：焦磷酸钠的浓度为5g/100mL，硫化铵的浓度为5g/100mL，氯化钠的浓度为6g/100mL，苯甲酸钠的浓度为2g/100mL。在50℃，1V电压下电解10小时。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。检测后，对金刚石层的表面进行机械抛光处理。
实施例2
以金刚石复合齿为阳极，铜为阴极，电解液由以下组分组成：焦磷酸钠的浓度为7g/100mL，硫化铵的浓度为3g/100mL，氯化钠的浓度为10g/100mL，苯甲酸钠的浓度为3g/100mL。在90℃，1.3V电压下电解7小时。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。检测后，对金刚石层的表面进行机械抛光处理。
实施例3
以金刚石复合齿为阳极，铜为阴极，电解液由以下组分组成：焦磷酸钠的浓度为6g/100mL，硫化铵的浓度为4g/100mL，氯化钠的浓度为8g/100mL，苯甲酸钠的浓度为1g/100mL。在70℃，1.1V电压下电解15小时。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。检测后，对金刚石层的表面进行机械抛光处理。
实施例4
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，焦磷酸钠的浓度为3g/100mL。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
实施例5
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，硫化铵的浓度为2g/100mL。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
实施例6
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，氯化钠的浓度为5g/100mL。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
实施例7
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，电解液中没有苯甲酸钠。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
实施例8
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，采用相同重量的焦磷酸钾代替焦磷酸钠。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
实施例9
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，电解的条件为：电压0.4V，温度为40℃，时间为5小时。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
对比例1
按照实施例1的方法对金刚石复合齿进行表面处理，不同的是，电解液的组成为：碳酸钠10g，氢氧化钠10g和水500g。检测电解脱钴后的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量和脱钴深度。如表1所示。
表1
实施例编号 钴含量 脱钴深度
实施例1 0.9wt％ 0.798mm
实施例2 0.97wt％ 0.753mm
实施例3 0.95wt％ 0.784mm
实施例4 1.05wt％ 0.749mm
实施例5 1.07wt％ 0.741mm
实施例6 1.11wt％ 0.735mm
实施例7 1.15wt％ 0.728mm
实施例8 1.14wt％ 0.731mm
实施例9 1.17wt％ 0.718mm
对比例1 1.3wt％ 0.581mm
通过表1的结果可以看出，采用本发明的电解液对金刚石复合齿的金刚石层进行表面改性，得到的金刚石复合齿的金刚石层中的钴含量低于1.2重量％，脱钴深度可以达到0.7-0.8mm，说明本发明的电解液具有较好的脱钴效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于脱钴的电解液，其特征在于，所述电解液包括焦磷酸盐、硫化铵、氯化钠和水。
2.根据权利要求1所述的电解液，其中，在所述电解液中，焦磷酸盐的浓度为3-10g/100mL，硫化铵的浓度为2-8g/100mL，氯化钠的浓度为5-15g/100mL；
优选地，在所述电解液中，焦磷酸盐的浓度为5-7g/mL，硫化铵的浓度为3-5g/100mL，氯化钠的浓度为6-10g/100mL。
3.根据权利要求1或2所述的电解液，其中，所述电解液还包括苯甲酸盐，苯甲酸盐的浓度为1-3g/100mL。
4.根据权利要求1或2所述的电解液，其中，所述焦磷酸盐为焦磷酸钠。
5.一种金刚石复合齿表面改性的方法，其特征在于，该方法包括：以金刚石复合齿中的金刚石层为阳极，以惰性金属为阴极，在电解液中进行电解反应，其中，所述电解液为权利要求1-4中任意一项所述的电解液。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电解反应的条件包括：电压0.4-3V，温度为40-120℃，时间为5-20小时。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电解反应的条件包括：电压1-1.3V，温度为70-90℃，时间为7-15小时。
8.根据权利要求5-7所述的方法，其中，所述惰性金属为铜、锌或铂。
9.根据权利要求5-7所述的方法，其中，该方法还包括：所述电解反应结束后，取出金刚石复合齿，对所述金刚石复合齿的表面进行抛光处理。
10.由权利要求5-9中一项所述的金刚石复合齿表面改性的方法得到的金刚石复合齿。
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