CN109694977A - 一种孕镶金刚石的制备方法和孕镶金刚石、孕镶钻头的制备方法和孕镶钻头 - Google Patents

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Abstract

一种孕镶金刚石的制备方法，包括以下步骤：将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：15％‑38.5％的铸造WC粉末；12.5％‑31.25％的镀镍的金刚石粉末；15％‑38.5％的NiBSi固溶体合金粉末。上述孕镶金刚石的制备方法，铸造WC粉末硬度高。NiBSi固溶体合金粉末的熔点相对较低，且低于镍单质的熔点较低，原料中采用镀镍的金刚石粉末，由于镀镍的金刚石表面有镍层进行保护，以及NiBSi固溶体合金粉末的低熔点，可以有效的防止镀镍的金刚石内部的金刚石的碳化。因此，上述孕镶金刚石的制备方法可以提高制备得到的孕镶金刚石的致密性、抗弯强度以及耐磨性。此外还提供一种孕镶金刚石、孕镶钻头的制备方法和孕镶钻头。

Description

一种孕镶金刚石的制备方法和孕镶金刚石、孕镶钻头的制备 方法和孕镶钻头
技术领域
本申请涉及金属基体制备技术领域，特别是涉及一种孕镶金刚石的制备方法和孕镶金刚石、孕镶钻头的制备方法和孕镶钻头。
背景技术
孕镶金刚石钻头是金刚石钻头的一种，其特点为金刚石颗粒分布在钻头胎体表面或内部。孕镶金刚石钻头按照功能分，可以分为油气钻采用全面钻头以及地质勘探用取芯钻头，不管是全面钻头还是取芯钻头，都要求其金刚石出露率高，耐磨性能好、抗弯强度高，有效提高钻进效率以及使用寿命。
孕镶金刚石的制作方法有：热压法、电镀法以及无压浸渍法。近年来还有一些新的工艺方法，即：冷压-热压法、钎焊-热压法以及二次镶焊法、激光焊接方法。
电镀法、无压浸渍法均无法实现高浓度金刚石的分布，只能实现钻头胎体表层含有金刚石颗粒，那么实际作业过程中钻头冠部的工作压力无法得到真正缓解。钎焊法以及二次镶焊法原理差不多，但都因二者的结合强度低，热影响区宽，特别是不能适应高温及强度要求高的恶劣工况，从而引起钎料熔化脱落易造成金刚石颗粒脱落。而激光焊接主要针对一些薄的、小尺寸工件的焊接，最大可焊厚度受到限制，不超过19mm的工件，不适于规模化生产。现有技术用的最多的是热压法及冷压-热压法，二者的缺点是制备得到的钻头致密度不高，易产生孔隙等缺陷。
可见，传统的孕镶金刚石的制作方法制备得到的孕镶金刚石钻头的机械性能差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种孕镶金刚石的制备方法和孕镶金刚石、孕镶钻头的制备方法和孕镶钻头，制备得到的孕镶金刚石和孕镶钻头机械性能好。
本发明提供一种孕镶金刚石的制备方法，技术方案如下：
一种孕镶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，所述原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：
铸造WC粉末 15％-38.5％；
镀镍的金刚石粉末 12.5％-31.25％；
NiBSi固溶体合金粉末 30.25％-72.5％。
优选的，所述NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1.8％，Si的质量百分比为3.5％，Ni的质量百分比为94.7％。
优选的，所述NiBSi固溶体合金粉末的粒径为105μm-45μm。
优选的，制备得到的孕镶金刚石中的金刚石的浓度为50％-125％。
优选的，所述镀镍的金刚石粉末的粒径为150μm-250μm。
优选的，所述铸造WC粉末的粒径为25μm-105μm。
优选的，所述铸造WC为WC和W2C的共晶混合物，所述铸造WC的晶体结构为共晶针状组织结构。
优选的，在将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的步骤之后还包括如下步骤：
将制备得到的所述孕镶金刚石进行保温操作。
优选的，将制备得到的所述孕镶金刚石进行保温操作的步骤中，所述保温温度为400℃-700℃，保温时间为2小时。
优选的，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为450℃-700℃，扫描功率为300W-3000W，扫描速度因子为30-120，扫描间距为0.01mm-0.2mm，分层厚度为0.05mm-0.2mm，扫描电流为4.5mA-22mA。
本发明还提供一种采用上述孕镶金刚石的制备方法制备得到的孕镶金刚石。
本发明还提供一种孕镶钻头的制备方法，包括以下步骤：
根据孕镶钻头的三维模型，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头，其中，所述原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：
铸造WC粉末 15％-38.5％；
镀镍的金刚石粉末 12.5％-31.25％；
NiBSi固溶体合金粉末 30.25％-72.5％。
优选的，所述NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1％-2％，Si的质量百分比为2％-4％，Ni的质量百分比为94.7％。
优选的，所述NiBSi固溶体合金粉末的粒径为105μm-45μm。
优选的，制备得到的孕镶钻头中的金刚石的浓度为50％-125％。
优选的，所述镀镍的金刚石粉末的粒径为150μm-250μm。
优选的，所述铸造WC粉末的粒径为25μm-105μm。
优选的，所述铸造WC为WC和W2C的共晶混合物，所述铸造WC的晶体结构为共晶针状组织结构。
优选的，在将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头的步骤之后还包括如下步骤：
将制备得到的所述孕镶钻头进行保温操作。
优选的，将制备得到的所述孕镶钻头进行保温操作的步骤中，所述保温温度为400℃-700℃，保温时间为2小时。
优选的，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头的操作中，预热温度为450℃-700℃，扫描功率为300W-3000W，扫描速度因子为30-120，扫描间距为0.01mm-0.2mm，分层厚度为0.05mm-0.2mm，扫描电流为4.5mA-22mA。
本发明还提供一种采用上述孕镶钻头的制备方法制备得到的孕镶钻头。
上述孕镶金刚石的制备方法，通过采用铸造WC粉末、镀镍的金刚石粉末和NiBSi固溶体合金粉末为原料，铸造WC粉末比WC粉末具有更高的硬度。NiBSi固溶体合金粉末是一种稳定的固溶相，可以熔化形成熔池，它在熔池里面起粘接相的作用，铸造WC以及镀镍金刚石粉末均匀的分布在其中。而NiBSi固溶体合金粉末的熔点相对较低，且低于镍单质的熔点较低，可以有效降低电子束选区熔化技术制备过程中的能耗。原料中采用镀镍的金刚石粉末，由于镀镍的金刚石表面有镍层进行保护，以及NiBSi固溶体合金粉末的低熔点，可以有效的防止镀镍的金刚石内部的金刚石的碳化。此外，由于镀镍的金刚石表面有镍层，而镍是NiBSi固溶体合金中一个元素，使镀镍的金刚石可以更均匀的分散于NiBSi固溶体合金形成熔池，且镀镍的金刚石和熔融的NiBSi固溶体之间的融合更紧密。因此，上述孕镶金刚石的制备方法可以有效提高制备得到的孕镶金刚石的致密性、抗弯强度以及耐磨性。
采用上述孕镶金刚石的制备方法制备得到的孕镶金刚石，由于铸造WC粉末具有较高的硬度，镀镍的金刚石内部的金刚石可以避免被碳化且镀镍的金刚石和NiBSi固溶体合金之间的结合更为紧密，因此，该孕镶金刚石具有致密性高、抗弯强度高以及耐磨性强等优点。
上述孕镶钻头，由于铸造WC粉末具有较高的硬度，镀镍的金刚石内部的金刚石可以避免被碳化且镀镍的金刚石和NiBSi固溶体合金之间的结合更为紧密，因此，该孕镶钻头具有致密性高、抗弯强度高以及耐磨性强等优点。
附图说明
图1和图2分别为不同放大倍数的铸造WC粉末分布金相扫描电子显微镜图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明提供的一种孕镶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：
铸造WC粉末 15％-38.5％；
镀镍的金刚石粉末 12.5％-31.25％；
NiBSi固溶体合金粉末 30.25％-72.5％。
上述孕镶金刚石的制备方法，通过采用铸造WC粉末、镀镍的金刚石粉末和NiBSi固溶体合金粉末为原料，铸造WC粉末比WC粉末具有更高的硬度。NiBSi固溶体合金粉末是一种稳定的固溶相，可以熔化形成熔池，它在熔池里面起粘接相的作用，铸造WC以及镀镍金刚石粉末均匀的分布在其中。而NiBSi固溶体合金粉末的熔点相对较低，且低于镍单质的熔点，可以有效降低电子束选区熔化技术制备过程中的能耗。原料中采用镀镍的金刚石粉末，由于镀镍的金刚石表面有镍层进行保护，以及NiBSi固溶体合金粉末的低熔点，可以有效的防止镀镍的金刚石内部的金刚石的碳化。此外，由于镀镍的金刚石表面有镍层，而镍是NiBSi固溶体合金中一个元素，使镀镍的金刚石可以更均匀的分散于NiBSi固溶体合金形成熔池，且镀镍的金刚石和熔融的NiBSi固溶体之间的融合更紧密。因此，上述孕镶金刚石的制备方法可以有效提高制备得到的孕镶金刚石的致密性、抗弯强度以及耐磨性。
相比于由单质Ni粉、硼粉以及硅通过机械的物理混合形成的NiBSi粉末，由于没有形成固溶相，其本质上是三种成分，导致在电子束选区熔化形成熔池时，由于混合不均匀，会造成严重偏析，偏析将导致工件的整体机械性能差，缩短工件使用寿命。本发明中原料中采用NiBSi固溶体合金粉末则不会造成偏析的情况，可以提高制备得到孕镶金刚石的机械性能，提高孕镶金刚石的使用寿命。且NiBSi固溶体合金粉末形成稳定固溶相后，其熔点较单质Ni粉的熔点低很多，可以减少设备的能耗，也间接提高制备效率。
相比于金刚石的石墨化温度较低，在常温常压环境下，金刚石的碳化(即石墨化)温度一般在700℃左右；在真空环境下，其碳化温度可以达到1400℃。碳化后的金刚石很脆、强度低、机械性能极差。本发明的孕镶金刚石的制备方法中采用镀镍金刚石粉末为原料，一方面可以避免金刚石的石墨化，另一方面镀镍金刚石即使镍层熔化后，其也不会对熔池造成杂质污染。
因此，本发明中由于原料中采用NiBSi固溶体合金粉末，其熔点低于单质镍，所以在电子束选区熔化时，其预热温度只需450℃-700℃即可达到了NiBSi固溶体合金粉末的熔点，但低于单质镍的熔点，因此可以有效避免金刚石的碳化。
此外，就孕镶钻头而言，传统热压法，采用的WC为普通碳化钨，其晶体结构为简单六方晶格，WC与镍可以形成骨架结构，最终实现合金化。而本发明所提供的铸造WC实际为WC和W2C的共晶混合物，其晶体结构为共晶针状组织结构，其中W2C的硬度及熔点要远远高于WC，二者形成的共晶混合物即为铸造WC，也即铸造WC本身的硬度远高于WC。
而传统热镶的方式也无法实现铸造WC与镍硼硅自熔合金粉末的合金化，其工艺温度无法将铸造WC熔化，这种材料的组合相当于钎焊工艺，仅仅是将镍硼硅自熔合金熔化包裹在铸造WC外面，而其并非是真空环境，也不是逐层铺粉逐层熔化的工作模式，最终会造成产品孔隙多、杂质多，致密度极差，影响产品的最终性能及使用寿命。因此采用本发明中的原料来制备孕块或孕镶钻头这种大尺寸、结构复杂的产品，就只能采用电子束选区熔化进行成型的方法来实现。
其中，上述孕镶金刚石的制备方法的原料中，镀镍的金刚石粉末的粒径为150μm-250μm。对强度高的硬地层采用粒度为150μm-250μm镀镍的金刚石粉末较为合理。此粒度范围的孕镶金刚石块的抗弯强度可达1100MPa，孔隙度为A02、B00。
优选的，镀镍的金刚石粉末的粒径与电子束选区熔化的扫描层厚一致。更优选的，镀镍的金刚石粉末的粒径为200μm。对孕镶金刚石而言，金刚石的粒度决定了切入岩石的深度、出刃高度，粒度越大所受摩擦力和抗变形力增加，出刃高度越大发生脱粒和断裂的可能性增加，粒度过小金刚石粒起不到切入岩石的作用。
其中，上述孕镶金刚石的制备方法的原料中，铸造WC粉末的粒径为25μm-105μm。
在孕镶金刚石中，铸造WC主要起着强化胎体的作用，铸造WC粒度过大，则镍基合金的包覆面积减小，易出现脱粒现象，胎体的抗弯强度减小，粒度过小，抗磨粒磨损性能下降。采用粒径为105μm-25μm的铸造WC粉末可确保胎体中铸造WC分布均匀，胎体不被快速磨损。当胎体中不含金刚石时抗弯强度可达1400MPa以上，硬度可达HRC 40，空隙度达A00、B00，见图1。同时该粒度的铸造WC能满足增材制造粉末的要求。
其中，铸造WC为WC和W2C的共晶混合物，铸造WC的晶体结构为共晶针状组织结构。
其中，上述孕镶金刚石的制备方法的原料中，NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1％-2％，Si的质量百分比为2％-4％，Ni的质量百分比为94.7％。该系列NiBSi固溶体合金具有良好的浸润性，熔点低，耐热冲击性好的特点，B和Si能自脱氧，与基材也有很好的浸润性。可有效的避免因热应力而产生的裂纹等缺陷。
优选的，述孕镶金刚石的制备方法的原料中，NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1.8％，Si的质量百分比为3.5％，Ni的质量百分比为94.7％。
其中，上述孕镶金刚石的制备方法的原料中，NiBSi固溶体合金粉末的粒径为105μm-45μm。
采用粒径为105μm-45μm的NiBSi固溶体合金粉末能更好的粘结铸造WC粉末和镀镍的金刚石粉末。使铸造WC、镀镍的金刚石粒与基体、基材产生牢固的熔焊结合，降低孕镶金刚石块的空隙等缺陷。如果采用更粗粒径的NiBSi固溶体合金粉末，那么就会需要更高能量的电子束，这样一来，一方面会增加设备能耗，另一方面也会提高电子束选区熔化温度，从而提高了金刚石被“碳化”的风险。如果采用更小粒径的NiBSi固溶体合金粉末，那么就会因为粉末颗粒太小太轻，在铺粉过程易被扬起来漂浮在成型腔内，特别容易粘到发热原的灯丝上，极其难以清理，容易造成灯丝报废，增加成本投入。
其中，根据国际浓度标准，制备得到的孕镶金刚石中的金刚石的浓度为50％-125％。通过调节镀镍的金刚石的浓度可以获得不同硬度以及抗弯强度的孕镶钻头胎体或孕镶块，从而应用于具有不同硬度的岩层。
孕镶金刚石浓度根据国际浓度标准，也就是100％的浓度表示每立方厘米的孕镶金刚石中金刚石的含量是4.39克拉。孕镶金刚石常用浓度推荐表如下：
表1孕镶金刚石浓度推荐表
上述孕镶金刚石的制备方法，在将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的步骤之后还包括如下步骤：
将制备得到的孕镶金刚石进行保温操作。
通过在制备得到孕镶金刚石后，进行保温操作，可有效消除孕镶金刚石的内应力，使孕镶金刚石内部不容易产生裂纹，提高制备得到的孕镶金刚石的机械性能。
将制备得到的孕镶金刚石进行保温操作的步骤中，保温温度为400-700℃，保温时间为2h。
上述孕镶金刚石的制备方法，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的步骤具体操作如下：
采用电子束粉末快速成型系统，将原料送入料仓，并抽真空，然后将分床预热至450℃-700℃左右，利用高能电子束流将粉床上铺好的粉末料熔化，然后再铺一层粉，再扫描熔化，逐层铺粉逐层扫描，成型得到孕镶金刚石。
具体的，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为450℃-700℃，扫描功率为300W-3000W，扫描速度因子为30-120，扫描间距为0.01mm-0.2mm，分层厚度为0.05mm-0.2mm，扫描电流为4.5mA-22mA。
上述孕镶金刚石的制备方法因为电子束选区熔化全程计算机控制，可以实现无模化的净成型，不受工件的结构限制。因此，只要通过改变产品的外观或者结构，即可实现一次性净成型。
上述孕镶金刚石的制备方法，通过电子束选区熔化，在真空环境下，既可以保留镀镍金刚石与铸造WC的高强度与耐磨性能，又可以保证NiBSi固溶体合金的完全致密性，因此任何需要该优异性能的产品均可以适用。
上述孕镶金刚石的制备方法制备得到的合金制品主要是用于孕镶钻头或者孕镶金刚石块。也可以根据实际需求，设计不同结构，应用于其他产品中，例如TC轴承焊接用的合金块，可以大大提高其整体抗弯强度、耐磨性等，从而延长工件使用寿命。
此外，本发明还提供一种采用上述孕镶金刚石的制备方法制备得到的孕镶金刚石。采用上述孕镶金刚石的制备方法制备得到的孕镶金刚石，由于铸造WC粉末具有较高的硬度，镀镍的金刚石内部的金刚石可以避免被碳化且镀镍的金刚石和NiBSi固溶体合金之间的结合更为紧密，因此，该孕镶金刚石具有致密性高、抗弯强度高以及耐磨性强等优点。
此外，本发明还提供一种孕镶钻头的制备方法，包括以下步骤：
根据孕镶钻头的三维模型，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头，其中，原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：
铸造WC粉末 15％-38.5％；
镀镍的金刚石粉末 12.5％-31.25％；
NiBSi固溶体合金粉末 30.25％-72.5％。
孕镶钻头的制备方法中，优选的，NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1％-2％，Si的质量百分比为2％-4％，Ni的质量百分比为94.7％。该系列NiBSi固溶体合金具有良好的浸润性，熔点低，耐热冲击性好的特点，B和Si能自脱氧，与基材也有很好的浸润性。可有效的避免因热应力而产生的裂纹等缺陷。
孕镶钻头的制备方法中，优选的，NiBSi固溶体合金粉末的粒径为105μm-45μm。采用粒径为105μm-45μm的NiBSi固溶体合金粉末能更好的粘结铸造WC粉末和镀镍的金刚石粉末。
孕镶钻头的制备方法中，优选的，制备得到的孕镶钻头中的金刚石的浓度为50％-125％。
孕镶钻头的制备方法中，优选的，镀镍的金刚石粉末的粒径为150μm-250μm。对强度高的硬地层采用粒度为150μm-250μm镀镍的金刚石粉末较为合理。此粒度范围的孕镶金刚石块的抗弯强度可达1100MPa，孔隙度为A02、B00。
孕镶钻头的制备方法中，优选的，铸造WC粉末的粒径为25μm-105μm。采用粒径为105μm-25μm的铸造WC粉末可确保胎体中铸造WC分布均匀，胎体不被快速磨损。
孕镶钻头的制备方法中，优选的，铸造WC为WC和W2C的共晶混合物，铸造WC的晶体结构为共晶针状组织结构。
在一个实施例中，在将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头的步骤之后还包括如下步骤：
将制备得到的孕镶钻头进行保温操作。
优选的，将制备得到的孕镶钻头进行保温操作的步骤中，保温温度为400℃-700℃，保温时间为2小时。
在一个实施例中，根据孕镶钻头的三维模型，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石(即孕镶钻头)的步骤具体操作如下：
采用电子束粉末快速成型系统，将原料送入料仓，并抽真空，然后将分床预热。建立孕镶钻头的三维模型，并导入3D控制系统中。3D控制系统控制3D打印设备根据孕镶钻头的三维模型，利用高能电子束流将粉床上铺好的粉末料熔化，然后再铺一层粉，再扫描熔化，逐层铺粉逐层扫描，成型得到孕镶钻头。优选的，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头的操作中，预热温度为450℃-700℃，扫描功率为300W-3000W，扫描速度因子为30-120，扫描间距为0.01mm-0.2mm，分层厚度为0.05mm-0.2mm，扫描电流为4.5mA-22mA。
上述孕镶钻头的制备方法，通过采用铸造WC粉末、镀镍的金刚石粉末和NiBSi固溶体合金粉末为原料，铸造WC粉末比WC粉末具有更高的硬度。NiBSi固溶体合金粉末是一种稳定的固溶相，可以熔化形成熔池，它在熔池里面起粘接相的作用，铸造WC以及镀镍金刚石粉末均匀的分布在其中。而NiBSi固溶体合金粉末的熔点相对较低，且低于镍单质的熔点较低，可以有效降低电子束选区熔化技术制备过程中的能耗。原料中采用镀镍的金刚石粉末，由于镀镍的金刚石表面有镍层进行保护，以及NiBSi固溶体合金粉末的低熔点，可以有效的防止镀镍的金刚石内部的金刚石的碳化。此外，由于镀镍的金刚石表面有镍层，而镍是NiBSi固溶体合金中一个元素，使镀镍的金刚石可以更均匀的分散于NiBSi固溶体合金形成熔池，且镀镍的金刚石和熔融的NiBSi固溶体之间的融合更紧密。因此，上述孕镶钻头的制备方法可以有效提高制备得到的孕镶钻头的致密性、抗弯强度以及耐磨性。
本发明还提供一种采用上述孕镶钻头的制备方法制备得到的孕镶钻头。
上述孕镶钻头，由于铸造WC粉末具有较高的硬度，镀镍的金刚石内部的金刚石可以避免被碳化且镀镍的金刚石和NiBSi固溶体合金之间的结合更为紧密，因此，该孕镶钻头具有致密性高、抗弯强度高以及耐磨性强等优点。
以下为具体实施例部分。
实施例1
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，原料包括混合均匀的体积分数为15％的铸造WC粉末、体积分数为12.5％的镀镍的金刚石粉末以及体积分数为72.5％的NiBSi固溶体合金粉末。其中，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为600℃，扫描功率为300W，扫描速度因子为120，扫描间距为0.01mm，分层厚度为0.05mm，扫描电流为4.5mA。
采用上述方法制备得到的孕镶金刚石，密度为8.66g/cm3；孔隙度为A02、B00；抗弯强度为1300MPa。
实施例2
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，原料包括混合均匀的体积分数为28％的铸造WC粉末、体积分数为18％的镀镍的金刚石粉末以及体积分数为54％的NiBSi固溶体合金粉末。其中，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为650℃，扫描功率为3000W，扫描速度因子为30，扫描间距为0.2mm，分层厚度为0.2mm，扫描电流为22mA。
采用上述方法制备得到的孕镶金刚石，密度为9.52；孔隙度为A02、B00；抗弯强度为1100MPa；不含金刚石的胎体硬度为HRC 38，密度10.85g/cm3。
实施例3
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，原料包括混合均匀的体积分数为38.5％的铸造WC粉末、体积分数为31.25％的镀镍的金刚石粉末以及体积分数为30.25％的NiBSi固溶体合金粉末。其中，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为700℃，扫描功率为2500W，扫描速度因子为100，扫描间距为0.1mm，分层厚度为0.1mm，扫描电流为10mA。
采用上述方法制备得到的孕镶金刚石，密度为9.85；孔隙度为A02、B00；抗弯强度为380MPa。
对比例1
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石。将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为700℃，扫描功率为2500W，扫描速度因子为100，扫描间距为0.1mm，分层厚度为0.1mm，扫描电流为10mA。
原料组成如下：
对比例1-1、对比例1-2、对比例1-3和对比例1-4制备得到的孕镶金刚石的性能如下：
对比例 密度(g/cm<sup>3</sup>) 孔隙度 抗弯强度(MPa.)
对比例1-1 6.38 有大于25um孔洞 110-360
对比例1-2 8.50 有大于25um孔洞 180-420
对比例1-3 10.66 A08B08，有少量空隙 200-500
对比例1-4 10.67 A00B00 920-1500
对比例2
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，原料包括混合均匀的体积分数为28％的铸造WC粉末、体积分数为18％的镀镍的金刚石粉末以及体积分数为54％的NiBSi固溶体合金粉末。其中，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，参数如下：
对比例2-1、对比例2-2、对比例2-3和对比例2-4的制备得到的孕镶金刚石性能如下：
对比例 密度(g/cm<sup>3</sup>) 孔隙度 抗弯强度(MPa.)
对比例2-1 9.38 有少量裂纹 360-800
对比例2-2 9.5 有少量微裂纹 520-930
对比例2-3 9.57 A02B00 920-1150
对比例2-4 9.5 A06B06，少量层裂纹 580-900
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (22)

1.一种孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石，其中，所述原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：
铸造WC粉末 15％-38.5％；
镀镍的金刚石粉末 12.5％-31.25％；
NiBSi固溶体合金粉末 30.25％-72.5％。
2.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，
所述NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1％-2％，Si的质量百分比为2％-4％，Ni的质量百分比为94.7％。
3.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，所述NiBSi固溶体合金粉末的粒径为105μm-45μm。
4.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，制备得到的孕镶金刚石中的金刚石的浓度为50％-125％。
5.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，所述镀镍的金刚石粉末的粒径为150μm-250μm。
6.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，所述铸造WC粉末的粒径为25μm-105μm。
7.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，所述铸造WC为WC和W2C的共晶混合物，所述铸造WC的晶体结构为共晶针状组织结构。
8.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，在将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的步骤之后还包括如下步骤：
将制备得到的所述孕镶金刚石进行保温操作。
9.如权利要求8所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，将制备得到的所述孕镶金刚石进行保温操作的步骤中，所述保温温度为400℃-700℃，保温时间为2小时。
10.如权利要求1所述的孕镶金刚石的制备方法，其特征在于，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶金刚石的操作中，预热温度为450℃-700℃，扫描功率为300W-3000W，扫描速度因子为30-120，扫描间距为0.01mm-0.2mm，分层厚度为0.05mm-0.2mm，扫描电流为4.5mA-22mA。
11.一种采用如权利要求1至10中任一项所述的孕镶金刚石的制备方法制备得到的孕镶金刚石。
12.一种孕镶钻头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据孕镶钻头的三维模型，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头，其中，所述原料包括混合均匀的以下体积分数的各组分：
铸造WC粉末 15％-38.5％；
镀镍的金刚石粉末 12.5％-31.25％；
NiBSi固溶体合金粉末 30.25％-72.5％。
13.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，
所述NiBSi固溶体合金中，B的质量百分比为1％-2％，Si的质量百分比为2％-4％，Ni的质量百分比为94.7％。
14.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，所述NiBSi固溶体合金粉末的粒径为105μm-45μm。
15.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，制备得到的孕镶钻头中的金刚石的浓度为50％-125％。
16.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，所述镀镍的金刚石粉末的粒径为150μm-250μm。
17.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，所述铸造WC粉末的粒径为25μm-105μm。
18.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，所述铸造WC为WC和W2C的共晶混合物，所述铸造WC的晶体结构为共晶针状组织结构。
19.如权利要求12所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，在将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头的步骤之后还包括如下步骤：
将制备得到的所述孕镶钻头进行保温操作。
20.如权利要求19所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，将制备得到的所述孕镶钻头进行保温操作的步骤中，所述保温温度为400℃-700℃，保温时间为2小时。
21.如权利要求1所述的孕镶钻头的制备方法，其特征在于，将原料采用电子束选区熔化技术制备得到孕镶钻头的操作中，预热温度为450℃-700℃，扫描功率为300W-3000W，扫描速度因子为30-120，扫描间距为0.01mm-0.2mm，分层厚度为0.05mm-0.2mm，扫描电流为4.5mA-22mA。
22.一种采用如权利要求12至21中任一项所述的孕镶钻头的制备方法制备得到的孕镶钻头。
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