CN109454228B - 一种涂覆功能梯度涂层的金刚石 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂覆功能梯度涂层的金刚石,属于硬质颗粒材料的技术领域。本发明的涂覆功能梯度涂层的金刚石,包括涂覆在金刚石基础颗粒表面的化学键合层,化学键合层通过涂覆碳化物形成元素形成;涂覆在化学键合层表面的冶金结合层,冶金结合层通过包覆Fe‑Cu‑Ni‑Sn水雾化预合金粉末形成;包覆在冶金结合层表面的胎体过渡连接层,胎体过渡连接层通过包覆Fe‑Cu或Fe‑Cu‑Sn水雾化预合金粉末而形成。本发明的金刚石在烧结成型时通过化学键合以及浸润对金刚石形成良好的预置性把持,将金刚石制品中胎体对金刚石的直接接触把持转化为胎体对金属功能层的把持,改变了胎体对金刚石的把持性质、形式与能力,大幅度提高金刚石的有效利用率,改善金刚石工具的锋利度及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及硬质颗粒材料的技术领域,更具体地说,本发明涉及一种在金刚石单晶表面包覆3层具有不同功效的金属梯度功能材料,在金刚石表面依次形成化学键合层、冶金结合层、胎体过渡连接层,有效改善金刚石制品中结合剂对金刚石的固结把持能力。
背景技术
采用金属结合剂作为金刚石基础颗粒的结合材料烧结而成的具有金属胎体的金刚石工具占据了金刚石工具产品的大部分比例。但由于金刚石基础颗粒与金属或合金间有很高的界面能,致使金刚石表面不能被一般的金属或合金所浸润,金刚石基础颗粒仅机械镶嵌于金属胎体中,使得金刚石在工作中的出刃高度较低,脱落率较高,以至于金刚石基础颗粒尚未发挥出其优异的力学性能,便已出现过早的脱落现象,造成金刚石基础颗粒的利用率较低。可见,金刚石制品的性能关键是金刚石磨粒的有效利用率,其核心技术是结合剂固结胎体对金刚石的固结把持能力把持力的强弱主要与结合剂性质、对金刚石的润湿性、固结致密度、固结强度等因素有关。由于金刚石的表面既硬又滑,化学惰性极强,结合剂组分很难对其实施有效润湿与化合作用,因而也就难以有效固结把持金刚石,极大的阻碍了金刚石制品的性能发挥。如何有效提高结合剂对金刚石的固结把持力,一直是国内外金刚石制品行业所面临的共同技术难点。
金刚石表面金属化的镀覆技术最早可追溯到20世纪60年代,1966年英国元素六公司以及美国GE公司相继开发了表面镀铜、镍的金刚石基础颗粒产品,镀覆技术主要包括化学镀、电镀、PVD等工艺,虽然金刚石表面通过CVD工艺等可形成化学键合层,但由于形成的Ti、Cr等容易氧化,从而导致其与胎体结合剂的冶金结合能力不足,胎体也无法有效把持金刚石,这些因素均影响结合剂对金刚石的有效固结把持,导致金刚石的利用率普遍低于30%。对此,现有技术中还公开了多层包覆的专利技术,CN85100286A(北京大学)于1986年8月27日公开了一种金刚石表面金属化的技术,其是采用沉积法、电镀法或冶金化学包覆等方法,在金刚石表面上包覆金属碳化物膜、合金层以及包覆电镀金属皮层,其中指出孕镶此种表面金属化金刚石烧结体的强度有显著的提高。金刚石基础颗粒被合金基体的粘结、嵌镶强度比起一般未经处理的金刚石有明显的提高,由于制备成本较高,该技术并未得到工业推广应用。CN101680076A(英国元素六公司)于2010年3月24日公开了一种涂覆的金刚石,其采用碳化物形成元素的初级碳化物层来涂覆金刚石,用高熔点金属的次级层涂覆初级层,所述高熔点金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或其任何组合或合金;以及用Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re的外覆层涂覆次级层。然而其中含有大量的贵金属,成本过高,难以符合工业应用需求。因此,金刚石制品行业仍亟需解决结合剂对金刚石形成稳定、持续、可靠的固结把持的可工业实用化的技术。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题,本发明的目的在于提供一种涂覆功能梯度涂层的金刚石。
本发明的涂覆功能梯度涂层的金刚石,其特征在于:包括涂覆在金刚石基础颗粒表面的化学键合层,所述化学键合层通过涂覆所述化学键合层通过涂覆Fe、Ti、Cr、V、W或Mo碳化物形成元素形成;涂覆在化学键合层表面的冶金结合层,所述冶金结合层通过包覆Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末而形成;包覆在冶金结合层表面的胎体过渡连接层,所述胎体过渡连接层通过包覆Fe-Cu或Fe-Cu-Sn的水雾化预合金粉末而形成。
其中,所述金刚石基础颗粒的粒径为0.10mm以上。
其中,所述金刚石基础颗粒在涂覆前经过蚀刻处理和加热处理。
其中,所述蚀刻是在真空腔室中,通过Ar和CH4进行蚀刻,并且Ar的流量为50~120sccm,CH4的流量为5~30sccm;蚀刻后在500~800℃进行加热处理,时间为3~5min。
其中,所述功能梯度涂层的重量为所述金刚石基础颗粒重量的10%~120%,所述化学键合层占所述功能梯度涂层重量的1~10%,所述冶金结合层占所述功能梯度涂层重量的60~80%,所述胎体过渡连接层占所述功能梯度涂层重量的20~30%。
其中,所述化学键合层通过蒸镀或磁控溅射工艺形成。
其中,所述冶金结合层和胎体过渡连接层通过粘结包覆形成。
其中,所述Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末的组成为:50~90wt%Fe、5~30wt%Cu、1~10wt%Ni,和0.5~5wt%Sn。
其中,所述Fe-Cu的水雾化预合金粉末的组成为:70~90%Fe,和10~30%Cu。
其中,所述Fe-Cu-Sn水雾化预合金粉末的组成为:70~90%Fe、10~30%Cu、0.5~3%Sn。
其中,所述Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末、Fe-Cu或Fe-Cu-Sn的水雾化预合金粉末的平均粒径为13~17μm。
本发明的上述涂覆功能梯度涂层的金刚石可用于金刚石锯片、金刚石钻头或金刚石磨轮等金刚石工具中,并提高金刚石工具中金刚石的利用率,改善金刚石工具的锋利度和寿命。
与现有技术相比,本发明的涂覆功能梯度涂层的金刚石具有以下有益效果:
本发明对金刚石基础颗粒实施3层梯度功能化包覆,在金刚石界面处依次形成化学键合层、冶金结合层及胎体过渡连接层,化学键合层、冶金结合层完成对金刚石的有效润湿及冶金化固结包覆,胎体过渡连接层完成冶金化包覆的金刚石复合粒子与制品胎体组分的过渡连接,由此对金刚石复合颗粒形成良好的预置性把持,将传统金刚石制品中胎体对金刚石的直接接触把持转化为胎体对金属功能层的把持,从根本上改变胎体对金刚石的把持性质、形式与能力,大幅度提高金刚石的有效利用率,改善金刚石工具的锋利度及寿命;而且其中不含贵金属或稀缺金属Co等,原料成本以及加工成本均较低,有利于工业应用推广。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的涂覆功能梯度涂层的金刚石做进一步的阐述,以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
在本发明中,金刚石基础颗粒的粒径优选为0.1mm以上,0.1mm以下的金刚石基础颗粒虽然在技术上可行,但在对其进行涂覆时,尤其是在通过物理气相沉积工艺形成化学键合层时,为了保证镀膜的质量,单词镀覆的量较少,因而成本较高,因此,从经济上考虑,所述金刚石基础颗粒的粒径优选为0.1mm以上,例如可以为0.1~10mm。在本发明中,所述金刚石基础颗粒采用人造工业金刚石。人造金刚石在涂覆前需要经过清洁处理(例如氧化处理和/或化学溶液的侵蚀处理),更优选地,金刚石基础颗粒在涂覆前经过蚀刻处理和加热处理。蚀刻是在等离子蚀刻机中进行,作为示例性地,等离子蚀刻机内主要包括真空腔室,真空腔室内设有相对设置的正极和阴极,正极上还设置有用于提供蚀刻气体的喷淋头,阴极上设置有工作台,带蚀刻的金刚石基础颗粒可通过载物盘或架等设置在工作台上,阴极通过与电源适配器连接的RF电源供电。从喷淋头引入的蚀刻气体在施加的高频电场的作用下,在正极和阴极之间形成等离子体处理空间。具体来说,在本发明中,RF电源提供频率为13.56MHz,功率为1.2kw的能量,且蚀刻是在等离子蚀刻机中通入Ar和CH4进行蚀刻,其中,气压为1.0~20Pa,Ar的流量为50~120sccm,CH4的流量为5~30sccm;蚀刻后在500~800℃进行加热处理,时间为3~5min。通过包含CH4的蚀刻和加热处理,相比于常规的氧化处理和/或化学溶液的侵蚀处理,涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒在金刚石工具中能够表现出更好的锋利度和把持力。
首先,采用物理或化学方法(例如物理气相沉积PVD或化学气相沉积CVD)将碳化物形成元素Fe、Ti、Cr、V、W、Mo涂覆于金刚石单晶颗粒表面,形成一层1次功能层(化学键合层),需要注意的是,在本发明中通过PVD或CVD沉积的化学键合层后无需进行专门的加热处理,而可以在金刚石工具的制备工艺中通过后续的加热烧结过程中形成与金刚石基础颗粒的化学键合。相比于复杂的电镀、化学镀工艺,具有环保高效的特点,PVD工艺成膜的种类更广泛,操作也更为简便,且无环保问题,因而是优选地。例如可以采用磁控溅射或蒸镀的方法,更优选采用镀覆成本更为低廉的蒸镀方法。
在1次功能层(化学键合层)外,通过粘结剂包覆一层Fe-Cu-Ni-Sn成分体系的300目以细的水雾化预合金粉末而形成2次功能层(冶金结合层),例如以质量浓度0.5~1.0%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液为粘结剂,对已完成1次功能化包覆的金刚石基础颗粒进行2次涂覆,涂覆后自然干燥。当然所述粘结剂还可以采用聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇等,除了采用酒精溶液作为溶剂以外,还可以采用聚乙二醇、丙酮等。此2次功能层对1次功能层形成有效保护,并在烧结过程中与1次功能层间形成高强度的冶金结合,从而架起了金刚石界面与基础胎体之间的高强度连接桥梁,有效实现了对金刚石的功能化固结把持。采用粘结剂包覆的Fe-Cu-Ni-Sn水雾化预合金粉末不仅更为经济方便,而且出人预料的,相比于常规的真空镀膜层大大提高了金刚石的锋利度,在使用中表现出出色的出刃性能。
在2次功能层(冶金结合层)外,通过粘结剂再包覆一层水雾化Fe-Cu或Fe-Cu-Sn二元/三元基础合金粉末而形成3次功能层(胎体过渡连接层),例如以质量浓度0.5~1.0%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液为粘结剂,从而实现经2次功能化包覆的金刚石复合粒子与胎体基础组分间的有效结合,Fe-Cu或Fe-Cu-Sn形成的胎体过渡连接层与常规的胎体金属结合剂能够表现出更好的结合性能。由此,经过3次功能化包覆的金刚石复合粒子,可有效实现与其它任何结合剂体系的功能化过渡结合,大幅度改善工具胎体对金刚石的有效把持能力,提高金刚石工具的综合效能。
本发明的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒在涂覆或包覆后无需进行专门的加热处理,大大节省了能源消耗,而且也显著降低了制备成本。
实施例1
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净和粗化处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;加入10wt%的HNO3中煮沸10min,进行粗化处理,并水洗至中性)后,采用电阻加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质Fe,沉积Fe的重量为20g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。设计重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的合金体系,并采用水雾化工艺生产制备200kg的粒度为400目的预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa。称取500g粉末,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为70%Fe-30%Cu的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
实施例2
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净和粗化处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;加入10wt%的HNO3中煮沸10min,进行粗化处理,并水洗至中性)后,采用电阻加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质Ti,沉积Ti的重量为10g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。称取重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的水雾化预合金粉末500g,粉末粒度为400目,氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为70%Fe-30%Cu的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
实施例3
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净和粗化处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;加入10wt%的HNO3中煮沸10min,进行粗化处理,并水洗至中性)后,采用电子束加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质Cr,沉积Cr的重量为20g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。称取重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的水雾化预合金粉末500g,粉末粒度为400目,氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为68%Fe-30%Cu-2%Sn的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
实施例4
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净、蚀刻和加热处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;在等离子蚀刻机中通入Ar进行等离子蚀刻,蚀刻气体的气压为12Pa,Ar的流量为60sccm)后,采用电阻加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质Ti,沉积Ti的重量为10g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。称取重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的水雾化预合金粉末500g,粉末粒度为400目,氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为70%Fe-30%Cu的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
实施例5
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净、蚀刻和加热处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;在等离子蚀刻机中通入Ar和CH4进行等离子蚀刻,蚀刻气体的气压为10Pa,Ar的流量为60sccm,CH4的流量为12sccm;蚀刻后在750℃进行加热处理,时间为5min)后,采用电阻加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质Fe,沉积Fe的重量为20g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。设计重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的合金体系,并采用水雾化工艺生产制备200kg的粒度为400目的预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa。称取500g粉末,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为70%Fe-30%Cu的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
实施例6
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净、蚀刻和加热处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;在等离子蚀刻机中通入Ar和CH4进行等离子蚀刻,蚀刻气体的气压为10Pa,Ar的流量为60sccm,CH4的流量为12sccm;蚀刻后在750℃进行加热处理,时间为5min)后,采用电阻加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质Ti,沉积Ti的重量为10g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。称取重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的水雾化预合金粉末500g,粉末粒度为400目,氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为70%Fe-30%Cu的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
实施例7
称取2000g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净、蚀刻和加热处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;在等离子蚀刻机中通入Ar和CH4进行等离子蚀刻,蚀刻气体的气压为16Pa,Ar的流量为80sccm,CH4的流量为15sccm;蚀刻后在750℃进行加热处理,时间为5min)后,采用电子束加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层单质W,沉积W的重量为50g,在金刚石表面形成1次功能层,包覆后的金刚石粒子真空干燥存放。称取重量比例为65%Fe-25%Cu-5%Ni-5%Sn的水雾化预合金粉末500g,粉末粒度为400目,氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为13~17μm,粉末烧结体抗弯强度>1100MPa,将此合金粉末与50g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于涂覆有1次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成2次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥。称取150g的200目的重量份数为68%Fe-30%Cu-2%Sn的水雾化预合金粉末,粉末氧含量<3000ppm,粉末的激光中位径粒度d50值为15~18μm,粉末烧结体抗弯强度>1300MPa,与20g质量浓度为1%的聚乙烯吡咯烷酮K90的酒精溶液混合,在涂覆设备中均匀包覆于上述涂覆有2次功能层的金刚石基础颗粒表面,形成3次功能层,包覆后的金刚石复合粒子经分散后自然干燥,由此制备出本实施例的涂覆功能梯度涂层的金刚石颗粒。
比较例1
称取500g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净、蚀刻和加热处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;在等离子蚀刻机中通入Ar和CH4进行等离子蚀刻,蚀刻气体的气压为10Pa,Ar的流量为60sccm,CH4的流量为12sccm;蚀刻后在750℃进行加热处理,时间为5min)后,采用电阻加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层厚度为0.2μm的Ti层,在金刚石表面形成1次功能层,然后继续通过电阻蒸镀重量比例为85%Cu-15%Sn形成厚度为5.0μmCu-Sn合金的2次功能层,继续通过电阻蒸镀沉积一层厚度为2μm的Ni层形成3次功能层。
比较例2
称取500g粒度为40/45目,强度为D60的金刚石基础颗粒,洁净、蚀刻和加热处理(5wt%的NaOH超声清洗然后水洗;用3wt%的HCl清洗再水洗至中性;在等离子蚀刻机中通入Ar和CH4进行等离子蚀刻,蚀刻气体的气压为10Pa,Ar的流量为60sccm,CH4的流量为12sccm;蚀刻后在750℃进行加热处理,时间为5min)后,采用电子束加热蒸镀工艺在金刚石基础颗粒表面沉积一层厚度为0.5μm的Cr层,然后在900℃真空烧结30分钟。
采用上述实施例以及比较例制备得到的金刚石颗粒制备金刚石磨轮,采用的金属结合剂的重量百分比为30%的铜粉-5%的锡粉-9%的高碳铬铁粉-5%的镍粉-51的铁粉,金刚石颗粒的添加量为金属结合剂的1.5wt%采用三维混料机得到成型料,冷压后在保护气氛中于850℃保温烧结20分钟,喷漆、开刃后安装在角磨机上对C50钢筋混凝土以干磨削方式进行磨削试验(转速5000r/min,切深0.20mm),磨削15分钟后采用显微镜准焦法检测磨削面上的金刚石颗粒的出刃形貌,并统计出刃高度大于110μm的金刚石颗粒的平均值,以及占整个出刃金刚石颗粒的比例,结果如表1所示。
表1
对于本领域的普通技术人员而言,具体实施例只是对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种涂覆功能梯度涂层的金刚石,其特征在于:包括涂覆在金刚石基础颗粒表面的化学键合层,所述化学键合层通过蒸镀或磁控溅射工艺涂覆Fe、Ti、Cr、V、W或Mo碳化物形成元素形成,并且所述金刚石基础颗粒在涂覆前经过蚀刻处理和加热处理,所述蚀刻是在真空腔室中,通过Ar和CH4进行蚀刻,并且Ar的流量为50~120sccm,CH4的流量为5~30sccm;蚀刻后在500~800℃进行加热处理,时间为3~5min;涂覆在化学键合层表面的冶金结合层,所述冶金结合层通过包覆Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末而形成;包覆在冶金结合层表面的胎体过渡连接层,所述胎体过渡连接层通过包覆Fe-Cu或Fe-Cu-Sn的水雾化预合金粉末而形成。
2.根据权利要求1所述的涂覆功能梯度涂层的金刚石,其特征在于:所述金刚石基础颗粒的粒径为0.10mm以上。
3.根据权利要求1所述的涂覆功能梯度涂层的金刚石,其特征在于:所述水雾化预合金粉末的平均粒径为13~17μm。
4.一种金刚石工具,其特征在于:含有权利要求1~3任一项所述的涂覆功能梯度涂层的金刚石。
5.根据权利要求4所述的金刚石工具,其特征在于:所述金刚石工具为金刚石锯片、金刚石钻头或金刚石磨轮。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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