CN108318538A - 检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置及方法，包括用于放置聚晶金刚石复合片的高度测量仪，还包括用于测量所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的导电性的第一导线和第二导线，所述第一导线和第二导线的另一端与直流低电阻仪电性连接。本发明的有益效果主要体现在：不仅结构简单巧妙、测量精度高、无破坏，而且降低工作强度，减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及超硬工具制造技术领域，具体而言，尤其涉及检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置及方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline diamond compact， 简称PDC)是由优质的金刚石微粉与硬质合金(WC-Co)基体在超高温高压下烧结而成，其中，当烧结温度达到1300℃以上，作为粘结剂的Co元素开始融化进入并进入金刚石微粉空隙中，使促进形成金刚石-金刚石（D-D）键，并残留在复合片的金刚石层。而Co的含量会影响聚晶金刚石复合片的热稳定性，这是主要是由于粘结剂Co的热膨胀系数与金刚石相差很大[Co:1.46X10-7/K;金刚石：（1.5~4.8）X10-6/K,相差一个数量级]，在受热过程中，常会在金刚石层中颗粒界面或金刚石层与WC-Co层界面产生热应力或微裂纹，使PDC机械性能下降。于此同时，金刚石石墨化会破坏金刚石-金刚石键，也是导致PDC性能下降的一个原因。
目前，复合片钻头在地质结构中工作时，复合片会与岩石摩擦生热，自身温度会不断的提高，而Co与金刚石（C元素）的热膨胀系数不同，在工作时会因温度的不断升高而体积不断变大，从而导致内应力的增加，造成复合片的破坏。
因此，减少Co含量是提高复合片热稳定性和机械性能的手段之一。目前，脱钴技术是是减少Co含量的主要方法之一，而比较常见的脱钴方法有：强酸化学腐蚀法（脱钴复合酸脱钴法和磷酸双氧水脱钴法）和电化学腐蚀法，这两种均能有效去除金刚石层的部分Co的存在，有效提升PDC的热稳定性和机械性能。
中国专利CN104532016A公开了一种基于人造聚晶金刚石复合片的脱钴复合酸的脱钴方法，包括：将有机酸溶于蒸馏水中；将无机酸1与有机酸所得溶液混合；再将无机酸2与上述所得溶液混合配得复合酸；将人造聚晶金刚石复合片浸入所配好的复合酸中；调整浸渍温度为25～90℃，浸渍48～72h。完成后即得脱钴的聚晶金刚石复合片。
中国专利CN105603428A公开了一种从聚晶金刚石复合片中去除钴的方法，包括以下步骤：提供酸液，所述酸液包括磷酸和双氧水；将聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层在上述酸液中浸泡，得到脱钴的复合片。本发明使用磷酸去除聚晶金刚石中的钴相，磷酸根离子与钴离子可形成稳定的可溶性配位离子，从而促使钴不断进入溶液而从复合片中脱除；并且本发明加入双氧水，能进一步提高钴的脱除率。
中国专利CN104862771A公开了一种电解法脱除聚晶金刚石复合片中部分金属钴的方法，是由电解装置、电解液和烧杯组成，电解装置设置在烧杯内，电解装置下端浸泡在电解液中，首先，配制电解液，然后通过电解装置对金刚石复合片中的钴进行脱除， 阴极为惰性金属，阳极为聚晶金刚石层，根据电解过程中采用的金刚石复合片大小，调控电压，随着反应的正常进行，聚晶金刚石复合片中部分金属钴逐渐被脱除。
一般来讲，Co液扩散浸渍烧结的PDC，金刚石层钴含量一般占体积的10%~15%，是导体，为提高PDC的热稳定性能，在采用强酸化学腐蚀法或者电解法除去金刚石层的金属相后（其含钴量可减少至2wt%,甚至少于2wt%），PCD导电性大大减少，电阻率升高，电阻大大增加，如上述中国专利CN104532016A中所述，电解法脱钴后的金刚石层电阻可高达3000Ω以上。目前检测脱钴深度的方法通常采用下列两种：一，有高倍光学显微镜，能够简单粗略测试脱钴深度，但精确度不高；二，扫描电子显微镜，对产品每一部位可进行精确的深度测量，制样过程复杂，需对不导电部位进行喷金处理，其成本比较高，且为破坏性测试。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，包括用于放置聚晶金刚石复合片的高度测量仪，还包括用于测量所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的导电性的第一导线和第二导线，所述第一导线和第二导线的另一端与直流低电阻仪电性连接。
优选的，所述高度测量仪上固定有一杆体，所述杆体上设有一可上下移动的高度传感器。
优选的，所述高度传感器上固定有一探针，所述探针与所述第二导线固定连接，所述探针的末端可做伸缩运动。
优选的，所述高度测量仪包括一可自转地基座，所述聚晶金刚石复合片固定设置在所述基座上。
优选的，所述直流低电阻仪还与用于实时分析记录数据的数据处理显示器电性连接。
优选的，包括如下步骤：
S1、准备步骤，将所述聚晶金刚石复合片放置于所述基座上，所述第一导线与所述聚晶金刚石复合片的硬质合金基体紧贴，所述第二导线与所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层紧贴，打开所述直流低电阻仪对其校准清零；所述第二导线对准于所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的顶面；
S2、检测步骤，水平旋转所述聚晶金刚石复合片，所述聚晶金刚石复合片旋转使所述第二导线在所述聚晶金刚石复合片的表面划过，每隔amm所述直流低电阻仪记录1个电阻数据值；
S3、分析步骤，分析S2步骤所得到的数据，判断聚晶金刚石层的导电性，当所述直流低电阻仪测量得到的所述电阻数据值为无穷大或无数据显示时，执行S4步骤；当所述直流低电阻仪测量其一周得到的所述电阻数据值均有数据值时，执行S5步骤；
S4、移动步骤，与所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层紧贴的所述第二导线向下移动bmm，重复S2-S3步骤；
S5、完成检测步骤，确定某一个高度范围内的金刚石层不含钴。
优选的，所述a取值为0.5~2mm。
优选的，所述b取值为0.02-0.1 mm。
优选的，当所述直流低电阻仪测量某一圈时，得到的所述电阻数据值为有数据值时，认为该高度金刚石层尚未脱钴干净。
本发明的有益效果主要体现在：不仅结构简单巧妙、测量精度高，而且降低工作强度，减少成本；而且最主要的是提出了一种新的无破坏的检测思路，充分利用了金属导电性能的技术规律。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1所示，本发明揭示了一种检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，包括用于放置聚晶金刚石复合片2的高度测量仪1，所述聚晶金刚石复合片2同心放置于所述高度测量仪1的可自转地基座上。所述基座上设有用于将所述聚晶金刚石复合片2限位的限位机构。
所述基座的底部设有用于驱动所述基座自转的驱动机构，所述驱动机构为电动马达，所述电动马达的马达轴与所述基座固接，通过电动马达的马达轴旋转带动所述基座转动，当然，所述驱动机构还可以为其他装置。
所述高度测量仪1上固定有一杆体5，所述杆体5上设有一可上下移动的高度传感器6，所述高度传感器6上固定有一探针7，所述探针7的末端可做伸缩运动，所述探针7与所述第二导线4固定连接，通过所述高度传感器6的上下移动，以达到对所述聚晶金刚石复合片2的聚晶金刚石层22不同区域的检测。
所述聚晶金刚石复合片2由硬质合金基体21和聚晶金刚石层22烧结而成，所述硬质合金基体21具有导电性，所述聚晶金刚石层22中只有当含有钴的时候才具有导电性，利用所述钴的导电性进行测量，所以所述第一导线3与所述聚晶金刚石复合片2的硬质合金基体21紧贴，所述第二导线4与所述聚晶金刚石复合片2的聚晶金刚石层22紧贴。
所述第一导线3和第二导线4的另一端与直流低电阻仪31电性连接，所述直流低电阻仪31还与用于实时分析记录数据的数据处理显示器32电性连接。
本发明还揭示了一种检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的方法，包括如下步骤：
S1、准备步骤，将所述聚晶金刚石复合片2放置于所述基座上，所述第一导线3与所述聚晶金刚石复合片2的硬质合金基体21紧贴，所述第二导线4与所述聚晶金刚石复合片2的聚晶金刚石层22紧贴，打开所述直流低电阻仪31对其校准清零；所述第二导线4对准于所述聚晶金刚石复合片2的聚晶金刚石层22的顶面；
S2、检测步骤，基座水平旋转，所述聚晶金刚石复合片2旋转，使所述第二导线4在所述聚晶金刚石复合片2的表面划过，每隔amm所述直流低电阻仪31记录1个电阻数据值，所述amm取值为聚晶金刚石复合片外周圆弧长度0.5~2mm，当然，也可以根据实际需求调整其相应的距离。
S3、分析步骤，分析S2步骤所得到的数据，判断聚晶金刚石层22的导电性，当所述直流低电阻仪31测量得到的所述电阻数据值为无穷大或无数据显示时，执行S4步骤；当所述直流低电阻仪31测量其一周得到的所述电阻数据值均有数据值时，执行S5步骤；
S4、移动步骤，与所述聚晶金刚石复合片2的聚晶金刚石层22紧贴的所述第二导线4向下移动b mm，重复S2-S3步骤；所述bmm取值为聚晶金刚石复合片高度0.02~0.1mm，当然，可以根据实际需求调整其相应的距离。
S5、完成检测步骤，确定某一个高度范围内的金刚石层不含钴。
当所述直流低电阻仪31测量某一圈时，得到的所述电阻数据值为有数据值时，认为该高度金刚石层尚未脱钴干净。
本发明的有益效果主要体现在：不仅结构简单巧妙、测量精度高，而且降低工作强度，减少成本；而且最主要的是提出了一种新的无破坏的检测思路，充分利用了金属导电性能的技术规律。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，其特征在于：包括用于放置聚晶金刚石复合片（2）的高度测量仪（1）、用于测量所述聚晶金刚石复合片（2）的聚晶金刚石层（22）的导电性的第一导线（3）和第二导线（4），所述第一导线（3）和第二导线（4）的另一端与直流低电阻仪（31）电性连接。
2.根据权利要求1所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，其特征在于：所述高度测量仪（1）上固定有一杆体（5），所述杆体（5）上设有一可上下移动的高度传感器（6）。
3.根据权利要求2所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，其特征在于：所述高度传感器（6）上固定有一探针（7），所述探针（7）与所述第二导线（4）固定连接，所述探针（7）的末端可做伸缩运动并抵接于所述聚晶金刚石复合片上。
4.根据权利要求3所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，其特征在于：所述高度测量仪（1）包括一可自转地基座，所述聚晶金刚石复合片（2）固定设置在所述基座上。
5.根据权利要求1所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的装置，其特征在于：所述直流低电阻仪（31）还与用于实时分析记录数据的数据处理显示器（32）电性连接。
6.根据权利要求5所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、准备步骤，将所述聚晶金刚石复合片（2）放置于所述基座上，所述第一导线（3）与所述聚晶金刚石复合片（2）的硬质合金基体（21）紧贴，所述第二导线（4）与所述聚晶金刚石复合片（2）的聚晶金刚石层（22）紧贴，打开所述直流低电阻仪（31）对其校准清零；所述第二导线（4）对准于所述聚晶金刚石复合片（2）的聚晶金刚石层（22）的顶面；
S2、检测步骤，水平旋转所述聚晶金刚石复合片（2），所述聚晶金刚石复合片（2）旋转使所述第二导线（4）在所述聚晶金刚石复合片（2）的表面划过，每隔amm所述直流低电阻仪（31）记录1个电阻数据值；
S3、分析步骤，分析S2步骤所得到的数据，判断聚晶金刚石层（22）的导电性，当所述直流低电阻仪（31）测量得到的所述电阻数据值为无穷大或无数据显示时，执行S4步骤；当所述直流低电阻仪（31）测量其一周得到的所述电阻数据值均有数据值时，执行S5步骤；
S4、移动步骤，与所述聚晶金刚石复合片（2）的聚晶金刚石层（22）紧贴的所述第二导线（4）向下移动b mm，重复S2-S3步骤；
S5、完成检测步骤，确定某一个高度范围内的金刚石层不含钴。
7.根据权利要求6所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的方法，其特征在于：所述a取值为0.5~2mm。
8.根据权利要求6所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的方法，其特征在于：所述b取值为0.02~0.1mm。
9.根据权利要求6所述的检测聚晶金刚石复合片脱钴深度的方法，其特征在于：当所述直流低电阻仪（31）测量某一圈时，得到的所述电阻数据值为有数据值时，认为该高度金刚石层尚未脱钴干净。
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