CN109930048A

CN109930048A - 一种包镶聚晶金刚石材料及其制备方法、轴承及其制备方法

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Publication number: CN109930048A
Application number: CN201910308617.2A
Authority: CN
Inventors: 孟宪朋; 蔡明东; 刘军
Original assignee: Liaocheng All Super New Materials Co Ltd
Current assignee: Liaocheng All Super New Materials Co Ltd
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: CN109930048B

Abstract

本发明提供了一种包镶聚晶金刚石材料，包括：聚晶金刚石；包镶在所述聚晶金刚石表面的复合层，所述复合层的成分包括：0～70wt％的碳化钨；0～5wt％磷；3～20wt％铁；3～20wt％钴；3～40wt％镍；10～60wt％铜。本发明提供了一种包镶聚晶金刚石材料并采用这种材料制备轴承，本发明利用了包镶聚晶金刚石材料的包镶特点解决了聚晶金刚石难以和其他金属材料或者碳化物基体等结合的缺点，同时包镶聚晶金刚石材中的复合层具有良好的耐磨性和韧性，使包镶聚晶金刚石材料在制备轴承中具有良好的应用前景。本发明还提供了一种包镶聚晶金刚石材料的制备方法和轴承及其制备方法。

Description

一种包镶聚晶金刚石材料及其制备方法、轴承及其制备方法

技术领域

本发明涉及金刚石材料技术领域，尤其涉及一种包镶聚晶金刚石材料及其制备方法、轴承及其制备方法。

背景技术

在机械组装件中，轴承的使用提供了轴向部件的旋转，是动力传递的关键总承。机械传动中的径向轴承要求轴承材料的表面具有高硬度、高耐磨性以及低摩擦系数，同时要求轴承材料基体为调质后的合金钢以保证轴承组件的具有较高的强度和韧性。目前，通用的轴承材料主要为铬轴承钢Cr15SiMn，渗碳轴承钢20Cr2Mn2Mo，高温轴承钢Cr15Mo4以及以碳化钨为硬面材料的碳化钨轴承。

金刚石是一种理想的轴承材料，其具有极高的硬度、极低的摩擦系数以及极高的导热率。近年来，人造聚晶金刚石快速发展，金刚石复合片(PDC)得到了广泛的应用。PDC是利用高温、高压并在催化剂下将微米金刚石粉压制成型。高温高压烧结后的聚晶金刚石具有很强的金刚石碳-碳键组合。压制后的PDC经过线切割、磨削和抛光最终成型。PDC片一般由两部分组成，上表面为厚度1～2mm的金刚石层，基座为硬质合金。为了减少界面制备过程中产生的应力并增加结合强度，通常会在金刚石以及硬质合金基座之间设计添加过渡层。PDC片这种复合体将工作面的聚晶金刚石与具有一定强度和韧性的硬质合金基座形成一体，由于金刚石和大多数金属不润湿，PDC复合片的硬质合金基座提供了与整体工件其他部位连接的可能。

然而，由于PDC复合片内部的分层结构，钎焊或其他火焰焊接过程中的热应力和基体之间容易分层和断裂。而且，由于钴基聚晶金刚石的不耐高温性和脆性使其在制备轴承应用中也存在寿命缺陷以及易破碎的缺陷。

因此，如何采用金刚石材料制备力学性能较好的轴承成为本领域技术人员研究的热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种包镶聚晶金刚石材料及其制备方法、轴承及其制备方法，本发明提供的包镶聚晶金刚石材料制备得到的轴承具有良好的力学性能，使用寿命较长。

本发明提供了一种包镶聚晶金刚石材料，包括：

聚晶金刚石；

包镶在所述聚晶金刚石表面的复合层。

本发明对所述聚晶金刚石的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的聚晶金刚石即可，可由市场购买获得。在本发明中，所述聚晶金刚石是由金刚石粉与粘结剂在高温高压环境下烧结而成的复合材料。在本发明中，所述粘结剂可以为金属元素粘结剂，如钴、铁、镍或铁镍合金；也可以为碳化物形成元素粘结剂，如硅；还可以为碳酸盐，如碳酸钙。在本发明中，所述聚晶金刚石的耐高温性能优选＞1000℃。本发明对所述聚晶金刚石的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述种类的聚晶金刚石即可，可由市场购买获得。

在本发明中，所述聚晶金刚石的形状优选为片状，更优选为圆片状。在本发明中，所述片状的聚晶金刚石的厚度优选为3～10毫米，更优选为4～8毫米，最优选为5～6毫米。在本发明中，所述圆片状聚晶金刚石的直径优选为5～12毫米，更优选为6～10毫米，最优选为7～8毫米。

在本发明中，所述包镶指的是聚晶金刚石被复合层部分或者完全包覆，如聚晶金刚石其他表面均被复合层包覆只露出一个表面(一般露出面积最大的表面)，或者聚晶金刚石完全被复合层包覆处于复合层内部；可参看图4，图4为本发明制备的包镶聚晶金刚石材料，本发明中的包镶聚晶金刚石材料可以为内部镶嵌有多块形状(如长方体或圆柱体)不同的聚晶金刚石外部为复合层的块体材料，也可以为内部为聚晶金刚石外部为复合层的筒体材料。本发明中的包镶具有两种作用：一是建立过渡层增加了聚晶金刚石和基体的结合；二是在焊接或者其他和高温介质接触过程中避免对聚晶金刚石的烧损和破坏。

在本发明中，所述复合层的成分包括：

0～70wt％的碳化钨；

0～5wt％的磷；

3～20wt％的铁；

3～20wt％的钴；

3～40wt％的镍；

10～60wt％的含铜物质。

在本发明中，所述碳化钨的质量含量优选为30～60％，更优选为35～45％，最优选为40％。在本发明中，所述碳化钨优选部分使用铸造碳化钨，所述铸造碳化钨在碳化钨中的质量含量优选为0～20％，更优选为5～15％，最优选为8～12％。

在本发明中，所述磷的质量含量优选为1～4％，更优选为2～3％。本发明中磷成分的加入能够使制备得到的包镶聚晶金刚石材料具有更好的力学性能以及结合强度。

在本发明中，所述铁的质量含量优选为10～15％，更优选为12～13％。

在本发明中，所述钴的质量含量优选为5～15％，更优选为8～14％，最优选为12％。

在本发明中，所述镍的质量含量优选为5～10％，更优选为6～8％。

在本发明中，所述含铜物质的质量含量优选为15～40％，更优选为20～35％。在本发明中，所述含铜物质优选包括纯铜、磷铜和黄铜中的一种或几种。

在本发明中，所述复合层的厚度优选为聚晶金刚石(圆片状聚晶金刚石)直径的2～20％，更优选为5～15％，最优选为8～10％。在本发明中，所述复合层的厚度优选为0.25～5mm，更优选为0.5～4mm，最优选为1～3mm。

在本发明中，所述包镶聚晶金刚石材料的复合层密度优选为9.5～12.85g/cm³，更优选为10～12g/cm³，最优选为11g/cm³。在本发明中，所述包镶聚晶金刚石材料复合层的硬度优选为HRC20～40，更优选为HRC25～35，最优选为HRC30。

本发明提供了一种上述包镶聚晶金刚石的制备方法，包括：

使复合层材料包覆聚晶金刚石，然后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石；所述复合层材料包括：

0～70wt％的碳化钨；

0～5wt％的磷；

3～20wt％的铁；

3～20wt％的钴；

3～40wt％的镍；

10～60wt％的含铜物质。

在本发明中，所述复合材层材料的成分以及各成分的用量与上述技术方案所述复合层的成分以及各成分的用量一致，在此不再赘述。在本发明中，所述复合层材料的制备方法包括：

将碳化钨粉、磷粉、铁粉、钴粉、镍粉和含铜物质粉末混合，得到混合粉体即为复合层材料。

在本发明中，所述碳化钨粉的粒度优选＞200目，更优选为325～625目，更优选为350～600目，最优选为400～500目。在本发明中，所述碳化钨粉中优选含有部分的铸造碳化钨粉，能够提高复合层的耐磨性，所述铸造碳化钨粉的粒度优选为200～325目，更优选为250～300目，最优选为270～280目；所述铸造碳化钨粉的质量含量与上述技术方案所述铸造碳化钨的质量含量一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述磷粉的粒度优选＞325目，更优选为400～625目，更优选为500～600目。

在本发明中，所述铁粉的粒度优选＞325目，更优选为3～20微米，更优选为5～15微米，最优选为8～12微米。

在本发明中，所述钴粉的粒度优选＞325目，更优选为3～20微米，更优选为5～15微米，最优选为8～12微米。

在本发明中，所述镍粉的粒度优选＞325目，更优选为3～20微米，更优选为5～15微米，最优选为8～12微米。

在本发明中，所述含铜物质粉末的粒度优选＞325目，更优选为3～20微米，更优选为5～15微米，最优选为8～12微米。

在本发明中，所述混合粉体的粒度优选＞325目，更优选为3～45微米，更优选为5～40微米，更优选为10～30微米，最优选为15～25微米。

本发明采用复合层材料中各原料的粒度优选＞325目，便于混合、装配和压实，能够缩短热压烧结的时间。

在本发明中，所述包覆为部分包覆或完全包覆，即复合层材料将聚晶金刚石部分包覆，使聚晶金刚石只有一个表面不被包覆，或复合层材料将聚晶金刚石完全包覆，使聚晶金刚石完全处于复合层材料之中。

在本发明中，所述包镶聚晶金刚石材料的制备方法优选为：

将聚晶金刚石放置在模具的凹模内；

将复合层材料填充在凹模内使其覆盖或完全包覆聚晶金刚石；

将模具的凹模和凸模对位后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石材料。

在本发明中，所述模具优选为石墨模具。

在本发明中，所述热压烧结既可以为真空热压烧结也可以为非真空热压烧结；所述真空热压烧结的真空度优选为100Pa以下，本发明采用真空热压烧结能够有效降低烧结温度，提高制备得到的制品的微观组织结构以及力学性能。本发明采用真空热压烧结能够有效降低烧结温度(一般为100～150℃)和时间，防止晶粒长大。

在本发明中，所述热压烧结的温度优选为800～1250℃，更优选为900～1200℃，最优选为1000～1100℃。在本发明中，所述热压烧结的压力优选为10～25MPa，更优选为12～30MPa，最优选为15MPa。在本发明中，所述热压烧结的时间优选为5～60秒，更优选为10～50秒，更优选为20～40秒，最优选为30秒。

本发明提供的包镶聚晶金刚石材料可以用于制备轴承，如径向轴承或推力轴承。本发明提供的包镶聚晶金刚石材料具有高韧性，在制备轴承过程中也可以采用冷压或热压的过赢配合方法。

本发明提供了一种轴承，包括：

轴承基体；

设置在所述轴承基体表面的包镶聚晶金刚石层区。

本发明对所述轴承基体的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的轴承材质制备的轴承形状构件即可。在本发明中，所述轴承基体的材质优选为碳钢或合金钢，所述碳钢优选为高强度碳钢；所述合金钢优选为中碳合金钢。本发明对所述轴承基体的形状和结构没有特殊的限制，本领域技术人员可根据所需的轴承选择本领域技术人员熟知的形状和结构的轴承构件即可。在本发明中，所述轴承基体的形状与本发明所需的轴承形状一致。

在本发明中，所述包镶聚晶金刚石层由上述技术方案所述的包镶聚晶金刚石材料形成，所述包镶聚晶金刚石层的成分和结构与上述技术方案所述包镶聚晶金刚石材料的成分和结构一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述包镶聚晶金刚石层既可以设置在轴承基体的内表面，也可以设置在轴承基体的外表面。在本发明中，所述包镶聚晶金刚石层的厚度优选为3～8毫米，更优选为5～6毫米。

本发明提供了一种上述技术方案所述轴承的制备方法，包括：

在轴承基体表面复合包镶聚晶金刚石材料，得到轴承；

所述复合的方法为堆焊、钎焊或熔渗。

本发明对所述堆焊的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的堆焊技术方案即可，如可采用等离子转移弧堆焊(PTA)的方法。在本发明中，所述焊接的方法优选为：

将多个包镶聚晶金刚石材料分散固定在轴承基体表面；

采用焊料将所述包镶聚晶金刚石材料的复合层和轴承基体进行堆焊，得到轴承。

在本发明中，所述包镶聚晶金刚石材料的成分与结构与上述技术方案所述的包镶聚晶金刚石材料一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述焊料优选包括镍基合金粉、碳化钨颗粒和氮化硼粉。在本发明中，所述镍基合金粉、碳化钨颗粒和氮化硼粉的质量比优选为(30～60):(45～65):(0～10)，更优选为(40～50):(50～60):(2～8)，最优选为(43～47):(53～57):(3～6)。

在本发明中，所述固定的方法优选为将多个包镶聚晶金刚石材料点焊固定在轴承基体表面。

在本发明中，所述堆焊的方法优选为等离子堆焊，所述堆焊过程中的焊接电流优选为90～140安培，更优选为100～130安培，最优选为110～120安培；离子气流量优选为1.4～1.8L/min，更优选为1.5～1.7L/min，最优选为1.6L/min；送粉速率优选为25～35g/min，更优选为28～32g/min，最优选为30g/min。

本发明对所述熔渗的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的熔渗的技术方案即可。在本发明中，所述熔渗的温度优选为800～1150℃，更优选为900～1150℃，最优选为1150℃。在本发明中，所述熔渗过程中的填充材料优选包括：碳化钨粉和镍粉；所述碳化钨粉和镍粉的质量比优选为(80～95)：(5～20)，更优选为85:15。在本发明中，所述熔渗过程中采用的熔渗剂优选为锰白铜；助熔剂优选为硼砂。

在本发明中，所述钎焊的方法优选为火焰钎焊或感应加热钎焊。

在本发明中，所述钎焊的温度优选为400～800℃，更优选为500～700℃，最优选为550～650℃。

在本发明中，所述包镶聚晶金刚石材料的形状优选为片状，更优选为圆片状，本发明优选使用钎焊的方法直接在轴承基体上钎焊包镶聚晶金刚石材料制备金刚石推力和径向轴承。

现有技术中PDC复合片钎焊的关键是钎焊温度的控制，如低于750℃，从而减少聚晶金刚石层的石墨化以及金刚石和硬质合金基座由于物理界面的存在在高应力下的分层或断裂，由于物理界面的存在，使后期表面加工在金刚石表面产生裂纹，从而导致成品率下降。本发明充分利用包镶聚晶金刚石材料的低摩擦系数、高热导率、耐高温等轴承特性以及包镶烧结硬面复合层的耐磨和高韧性，从而广泛使用在轴承中。

在本发明中，所述轴承基体表面复合包镶聚晶金刚石材料后优选进行冷却、清理和后处理；所述后处理优选包括粗磨、精磨和机械加工，使获得的轴承尺寸和精度满足本领域技术人员所需的要求。本发明对所述粗磨和精磨的具体方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的粗磨和精磨的方法即可。

本发明提供的包镶聚晶金刚石材料分别从芯部的金刚石材料以及包镶材料进行优化设计，充分利用包镶聚晶金刚石材料的低摩擦系数、耐高温性能，以及包镶材料的耐磨性、高韧性以及可钎焊性，从而解决了径向轴承复杂的制备工艺和材料选择的困难。

本发明提供了一种包镶聚晶金刚石材料并采用这种材料制备轴承尤其是径向轴承。本发明利用了包镶聚晶金刚石材料的包镶特点解决了聚晶金刚石难以钎焊的缺点，同时包镶聚晶金刚石材料包镶的碳化钨以及金属基体具有良好的耐磨性和韧性，使包镶聚晶金刚石材料在制备轴承应用中具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料的扫描电镜图；

图2为本发明实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料的扫描电镜图；

图3为本发明实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料的扫描电镜图；

图4为本发明制备的包镶聚晶金刚石材料图片。

具体实施方式

下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例所用的聚晶金刚石为聊城全超新材料有限公司提供的聚晶金刚石产品，所用聚晶金刚石为直径为7.50毫米，高度为6.50毫米的圆片。

实施例1

按照质量含量配比38wt％的碳化钨粉(3～10微米，其中含有10wt％的粒度为200～325目的铸造碳化钨粉)、10wt％的粒度为3～5微米铁粉、14wt％的粒度为1～3微米钴粉、4wt％的粒度为3～5微米镍粉和34wt％的粒度为3～20微米铜粉混合，得到复合层混合粉体；

将聚晶金刚石放入石墨模具的凹模内，将上述复合层混合粉体填充在凹模内，使其覆盖聚晶金刚石(部分包覆聚晶金刚石，聚晶金刚石的底面不被包覆)，将模具的凹模和凸模对位后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石材料；所述热压烧结的真空度为5×10^- ⁵torr，温度为1100℃，压力为8MPa，时间为2分钟。

采用固体材料密度计，对本发明实施例1制备得到的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行密度测试，检测结果为包镶聚晶金刚石材料复合层的密度为11.15g/mm³。

使用洛氏硬度计，对本发明实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行硬度测试，检测结果为，硬度为28.5HRc。

对本发明实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料进行激光切割，抛光和使用扫描电子显微镜检测，检测结果如图1、图2和图3所示，图1为本发明实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料复合层与聚晶金刚石界面的扫描电镜图，由图1可知，聚晶金刚石与复合层在热压下的界面呈冶金结合；图2为100倍下复合层的组织结构图，图2中的粗颗粒为铸造碳化钨，由图2可知，除均匀分布的细小的碳化钨以及粗大的铸造碳化钨外，其他金属粉末均合金化；图3为500倍下的复合层的组织结构图，图3中白色颗粒为碳化钨，基体为Cu-Co-Fe-Ni合金，由图3可知，在高倍下局部存在基体合金的偏析聚集。

实施例2

按照质量含量配比20wt％的粒度为3～5微米铁粉、20wt％的粒度为1～3微米钴粉、35wt％的粒度为3～5微米镍粉和25wt％的粒度为3～20微米铜粉混合，得到复合层混合粉体；

将聚晶金刚石放入石墨模具的凹模内，将上述复合层混合粉体填充在凹模内，使其覆盖聚晶金刚石(部分包覆聚晶金刚石，聚晶金刚石的底面不被包覆)，将模具的凹模和凸模对位后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石材料；所述热压烧结的真空度为5×10^- ⁵torr，温度为1050℃，压力为8MPa，时间为2分钟。

按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备得到的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行密度测试，检测结果包镶聚晶金刚石复合层的密度为7.85g/mm³。

按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行硬度测试，检测结果为，硬度为15.8HRc。

实施例3

按照质量含量配比25wt％的粒度为3～5微米铁粉、10wt％的粒度为1～3微米钴粉、28wt％的粒度为3～5微米镍粉和35wt％的粒度为3～20微米铜粉和2wt％的粒度为5～30微米的磷粉混合，得到复合层混合粉体；

将聚晶金刚石放入石墨模具的凹模内，将上述复合层混合粉体填充在凹模内，使其覆盖聚晶金刚石(部分包覆聚晶金刚石，聚晶金刚石的底面不被包覆)，将模具的凹模和凸模对位后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石材料；所述热压烧结的真空度为5×10^- ⁵torr，温度为1020℃，压力为8MPa，时间为2分钟。

按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备得到的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行密度测试，检测结果为包镶聚晶金刚石复合层的密度为7.85g/mm³。

按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行硬度测试，检测结果为，硬度为14.8HRc。

实施例4

按照质量含量配比50wt％的碳化钨粉(3～10微米，其中含有10wt％的粒度为200～325目的铸造碳化钨粉)、10wt％的粒度为3～5微米铁粉、5wt％的粒度为1～3微米钴粉、8wt％的粒度为3～5微米镍粉和25wt％的粒度为3～20微米铜粉和2wt％的粒度为5～30微米的磷粉混合，得到复合层混合粉体；

将聚晶金刚石放入石墨模具的凹模内，将上述复合层混合粉体填充在凹模内，使其覆盖聚晶金刚石(部分包覆聚晶金刚石，聚晶金刚石的底面不被包覆)，将模具的凹模和凸模对位后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石材料；所述热压烧结的真空度为5×10^- ⁵torr，温度为1125℃，压力为8MPa，时间为2分钟。

按照实施例1的方法，对本发明实施例4制备得到的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行密度测试，检测结果包镶聚晶金刚石材料复合层的密度为11.95g/mm³。

按照实施例1的方法，对本发明实施例4制备的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行硬度测试，检测结果为，硬度为38.5HRc。

实施例5

按照质量含量配比65wt％的的碳化钨粉(3～10微米，其中含有10wt％的粒度为200～325目的铸造碳化钨粉)、5wt％的粒度为3～5微米铁粉、15wt％的粒度为1～3微米钴粉、4wt％的粒度为3～5微米镍粉和10wt％的粒度为3～20微米铜粉和1wt％的粒度为5～30微米的磷粉混合，得到复合层混合粉体；

将聚晶金刚石放入石墨模具的凹模内，将上述复合层混合粉体填充在凹模内，使其覆盖聚晶金刚石(部分包覆聚晶金刚石，聚晶金刚石的底面不被包覆)，将模具的凹模和凸模对位后进行热压烧结，得到包镶聚晶金刚石材料；所述热压烧结的真空度为5×10^- ⁵torr，温度为1150℃，压力为8MPa，时间为2分钟。

按照实施例1的方法，对本发明实施例5制备得到的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行密度测试，检测结果包镶聚晶金刚石材料复合层的密度为12.85g/mm³。

按照实施例1的方法，对本发明实施例5制备的包镶聚晶金刚石材料的复合层进行硬度测试，检测结果为，硬度为42.5HRc。

实施例6

将多个实施例4制备的包镶聚晶金刚石材料点焊固定在径向轴承基体表面(包镶聚晶金刚石材料的复合层与轴承基体表面焊接)；采用焊料将上述包镶聚晶金刚石材料的复合层和推力轴承基体进行等离子转移弧堆焊，得到轴承；所述焊料为质量比为45:55:5的镍基合金粉、碳化钨颗粒和氮化硼粉；所述等离子堆焊过程中的焊接电流120安培，离子气流量为1.6L/min，送粉速率为30g/min。

将堆焊好的径向轴承表面进行粗磨和精磨加工后进行仿真模拟井下泥浆马达的旋转钻进测试。

测试结果表明，同一位置同样工况下北京全超机械制品有限公司提供的额定工作直径为130毫米的碳化钨(TC)轴承(比较例轴承)的磨损量是0.158毫米(254工作小时，轴承外径为130毫米)，而实施例6的包镶聚晶金刚石轴承的磨损量为0.001毫米，磨损效果提高了15倍。

实施例7

按照实施例6所述的方法制备轴承，与实施例6的区别在于，采用实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料替换实施例4制备的包镶聚晶金刚石材料。

按照实施例6的方法，测试本发明实施例7制备的轴承的性能，检测结果为，本发明实施例7制备的轴承同一位置同样工况下磨损量为0.018mm，为比较例轴承的9倍。

实施例8

将多个实施例5制备的包镶聚晶金刚石材料点焊固定在径向轴承基体表面(包镶聚晶金刚石材料的复合层与轴承基体表面焊接)；将包镶聚晶金刚石材料之间的缝隙处填充质量比为85：15的碳化钨粉和镍粉材料，然后使用锰白铜并在硼砂助熔剂的作用下在1150℃下进行熔渗，冷却，然后进行内外圆磨制备得到轴承。

按照实施例6的方法，测试本发明实施例8制备的轴承的性能，检测结果为，本发明实施例8制备的轴承同一位置同样工况下的磨损量为0.015mm，为比较例轴承的10倍。

实施例9

按照实施例8所述的方法制备轴承，与实施例8的区别在于，采用实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料替换实施例5制备的包镶聚晶金刚石材料。

按照实施例6的方法，测试本发明实施例9制备的轴承的性能，检测结果为，本发明实施例9制备的轴承同一位置同样工况下的磨损量为0.022mm，为比较例轴承的5～7倍。

实施例10

将多个实施例4制备的包镶聚晶金刚石材料采用火焰钎焊的方法焊接在推力轴承基体表面，钎焊的温度为800℃，得到包镶聚晶金刚石推力轴承。

采用干性轴承摩擦方法(即无冷却系统工况)，测试本发明实施例10制备得到的轴承的耐高温性能，检测结果表明，本发明实施例4制备的轴承磨损量随压力的增加在850℃范围内呈线性增加；而北京全超机械制品有限公司提供的PDC轴承的磨损量随压力增加是温度的指数增长模式。

本发明实施例10制备得到的轴承具有良好的耐磨性及耐高温性能，可适用于冷却系统不是很有效的轴承应用领域。

实施例11

按照实施例10所述的方法制备轴承，与实施例10的区别在于，采用实施例1制备的包镶聚晶金刚石材料替换实施例4制备的包镶聚晶金刚石材料。

按照实施例6的方法，测试本发明实施例11制备的轴承的性能，检测结果为，本发明实施例11制备的轴承同一位置同样工况下的磨损量为实施例10的1.05倍，这说明包镶聚晶金刚石轴承里金刚石起主要抗摩擦磨损作用。

本发明实施例10和实施例11中的轴承制备方法也可应用于制备径向轴承上，将实施例10和实施例11中的推力轴承基体替换为径向轴承基体即可。

由以上实施例可知，本发明提供了一种包镶聚晶金刚石材料，包括：聚晶金刚石；包镶在所述聚晶金刚石表面的复合层，所述复合层的成分包括：0～70wt％的碳化钨；0～5wt％磷；3～20wt％铁；3～20wt％钴；3～40wt％镍；10～60wt％铜。本发明提供了一种包镶聚晶金刚石材料并采用这种材料制备轴承，本发明利用了包镶聚晶金刚石材料的包镶特点解决了聚晶金刚石难以和其他金属材料或者碳化物基体等结合的缺点，同时包镶聚晶金刚石材中的复合层具有良好的耐磨性和韧性，使包镶聚晶金刚石材料在制备轴承中具有良好的应用前景。本发明还提供了一种包镶聚晶金刚石材料的制备方法和轴承及其制备方法。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种包镶聚晶金刚石材料，包括：

聚晶金刚石；

包镶在所述聚晶金刚石表面的复合层，所述复合层的成分包括：

0～70wt％的碳化钨；

0～5wt％的磷；

3～20wt％的铁；

3～20wt％的钴；

3～40wt％的镍；

10～60wt％的含铜物质。

2.根据权利要求1所述的包镶聚晶金刚石材料，其特征在于，所述聚晶金刚石的粘结剂选自钴、铁、镍、铁镍合金、硅或碳酸盐。

3.根据权利要求1所述的包镶聚晶金刚石，其特征在于，所述复合层的厚度为0.25～5.0mm。

4.一种包镶聚晶金刚石的制备方法，包括：

0～70wt％的碳化钨；

0～5wt％的磷；

3～20wt％的铁；

3～20wt％的钴；

3～40wt％的镍；

10～60wt％的含铜物质。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热压烧结的温度为800～1250℃；

所述热压烧结的压力为5～50MPa；

所述热压烧结的时间为5～60秒。

6.一种轴承，包括：

轴承基体；

设置在所述轴承基体表面的包镶聚晶金刚石层区，所述包镶聚晶金刚石层由权利要求1所述的包镶聚晶金刚石材料形成。

7.根据权利要求6所述的轴承，其特征在于，所述轴承基体的材质选自碳钢或合金钢。

8.根据权利要求6所述的轴承，其特征在于，所述包镶聚晶金刚石层的厚度为3～8毫米。

9.一种轴承的制备方法，包括：

在轴承基体表面复合包镶聚晶金刚石材料，得到轴承；

所述复合的方法为堆焊、熔渗或钎焊。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述堆焊的方法为等离子转移弧堆焊；

所述熔渗的温度为800～1150℃；

所述钎焊的方法为火焰钎焊或感应加热钎焊；

所述钎焊的温度为400～800℃。