CN110102585A - 一种多层聚晶金刚石拉丝模坯及其制备方法和制得的模具 - Google Patents
一种多层聚晶金刚石拉丝模坯及其制备方法和制得的模具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于拉丝模具领域，尤其涉及一种多层聚晶金刚石拉丝模坯及其制备方法和制得的模具。所述模坯包括一体连接的至少两个聚晶金刚石堆叠层，且每个聚晶金刚石堆叠层的金刚石粒度结构不同。本发明所述模坯以及制得的模具由数个不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层组成，而且可以根据线材的特性进行模坯成型前的堆叠结构调整，有效利用不同粒度结构的聚晶金刚石具有不同耐磨性和韧性的特点，最终提高拉丝模具的使用寿命和耐磨性能进而可以有效延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于拉丝模具领域，尤其涉及一种多层聚晶金刚石拉丝模坯及其制备方法和制得的模具。
背景技术
聚晶金刚石是使用钴作为粘结剂在高温高压条件下将金刚石微粉颗粒粘结在一起形成的超硬材料，聚晶金刚石具有高硬度高耐磨性的特点，适合制作拉丝模具。聚晶金刚石拉丝模具在持续拉丝过程中，其压缩区最先与线材接触，拉丝过程中容易磨损出现环沟，模具定径区的作用在于取得被拉拔钢丝的准确尺寸，该区域受力最大，容易造成拉丝过程中模具开裂。因此，现有技术中的聚晶金刚石模具在长时间使用后，机械磨损较为严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层聚晶金刚石拉丝模坯及其制备方法和制得的模具，本发明所述模坯以及制得的模具由数个不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层组成，而且可以根据线材的特性进行模坯成型前的堆叠结构调整，进而可以有效延长使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种多层聚晶金刚石拉丝模坯，所述模坯包括一体连接的至少两个聚晶金刚石堆叠层，且每个聚晶金刚石堆叠层的金刚石粒度结构不同。
优选的，所述聚晶金刚石堆叠层由0.5-1微米、1-2微米、2-4微米、4-6微米、8-12微米、12-16微米、20-30微米、30-40微米或40-50微米粒径的金刚石微粉制成。更为具体的，每个聚晶金刚石堆叠层由上述一个粒径范围的金刚石微粉组成，并形成该堆叠层的粒度结构，而组成模坯的每个堆叠层的粒度结构是不同的。
优选的，所述聚晶金刚石堆叠层沿其堆叠方向的厚度为0.5-12mm。
所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，步骤如下：
1）将不同粒径范围的金刚石微粉分别与粘接剂通过高温高压烧结出不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层；
2）将步骤1）得到的数个不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层去除粘接剂后进行叠压，并与粘接剂通过再次高温高压烧结即得所述多层聚晶金刚石拉丝模坯。
优选的，所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，步骤1）中，所述金刚石微粉与粘接剂的质量配比为1：0.1-0.3，并于1500-1600℃，6-7GPa压力条件下的密闭容器内烧结制得聚晶金刚石堆叠层。
优选的，所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，步骤2）中，所述聚晶金刚石堆叠层与粘接剂的质量配比为1：0.1-0.3，并于1500-1600℃，6-7GPa压力条件下的密闭容器内烧结制得聚晶金刚石堆叠层。
优选的，所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，所述粘接剂为钴，且高温高压烧结时，粘接剂处于密闭容器内壁与金刚石微粉或聚晶金刚石堆叠层之间设置。
优选的，所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，所述粘接剂为钴，步骤2）中，采用酸浸法或电解法对聚晶金刚石堆叠层除去钴成分。所述酸浸法和电解法均为现有技术，当然也可以采用其他方法，只要能够去除聚晶金刚石中的钴成分即可。
本发明所述制备方法的工艺理论如下：1）先将不同粒度范围的金刚石微粉混合钴制成不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层；2）将不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层按照一定顺序叠放，然后再烧结成一体的聚晶金刚石模坯。其中，由于各个聚晶金刚石堆叠层中含有粘接剂钴，为了防止聚晶金刚石堆叠层之间无法顺利结合至一个整体，因此需要先除去聚晶金刚石堆叠层中的钴成分，如此既保留了各个聚晶金刚石堆叠层的单体结构，也方便聚晶金刚石堆叠层于再次高温高压烧结中与钴结合形成整体模坯结构。
使用所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯制得的聚晶金刚石拉丝模具。
由于现有技术中的聚晶金刚石在制备时，虽然金刚石微粉颗粒粒度不同，但是经过混合搅拌后，其整体位置分布是均匀的，因此利用现有技术中聚晶金刚石制得的拉丝模具存在易磨损和开裂的问题。而申请人发现，粗粒度结构的聚晶金刚石耐磨性高于细粒度结构的聚晶金刚石，细粒度结构的聚晶金刚石抗开裂性能优于粗粒度结构的聚晶金刚石，如果能够对聚晶金刚石的结构粒度进行层级设置，则可以有效避免聚晶金刚石制得的模具出现压缩区易磨损、定径区易开裂或者其他相应的问题，因此遂有本案产生。同时，本发明技术方案中，不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层的具体参数可以根据某一具体模具的使用要求进行设计，如形成相应粒度结构的金刚石微粉的粒径选择范围、聚晶金刚石的叠放结构即何种粒度结构和厚度的聚晶金刚石堆叠层如何安排叠放顺序，以实现相应粒度结构的聚晶金刚石堆叠层作为模具各区处的材料等等。
对本发明所述的模坯进行机械加工，即得拉丝模具，还需要说明的是，所述模坯中聚晶金刚石堆叠层的堆叠方向即为拉丝模具的模孔轴线方向。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明所述模坯以及制得的模具由数个不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层组成，而且可以根据线材的特性进行模坯成型前的堆叠结构调整，有效利用不同粒度结构的聚晶金刚石具有不同耐磨性和韧性的特点，最终提高拉丝模具的使用寿命和耐磨性能进而可以有效延长使用寿命。
附图说明
图1为实施例1所述的三层聚晶金刚石拉丝模坯的结构示意图；
图2为实施例2所述的四层聚晶金刚石拉丝模坯的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种三层聚晶金刚石拉丝模坯，包括由上至下一体堆叠排列的第一聚晶金刚石堆叠层201、第二聚晶金刚石堆叠层202和第三聚晶金刚石堆叠层203。第一聚晶金刚石堆叠层由粒度范围8-12微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径5.2mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为0.5mm；第二聚晶金刚石堆叠层由粒度范围2-4微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径5.2mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为1.5mm；第三聚晶金刚石堆叠层由粒度范围4-6微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径5.2mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为0.5mm。
本实施例所述三层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法如下：
1）将8-12微米、2-4微米和4-6微米这三种不同粒径范围的金刚石微粉分别预压至圆柱体，然后将三个圆柱体分别放入密闭容器内，并使得钴位于圆柱体与密闭容器内壁之间设置，钴的用量为金刚石微粉的20wt%，然后于1550℃，7GPa压力条件下的密闭容器内分别烧结1800s，制得第一、第二和第三聚晶金刚石堆叠层；
3）将步骤1所得的第一、第二和第三聚晶金刚石堆叠层利用电解法去钴后，由上至下顺次叠压后放入密闭容器内，并使得钴位于聚晶金刚石堆叠层与密闭容器内壁之间设置，钴的用量为聚晶金刚石堆叠层的20wt%，然后于1550℃，7GPa压力条件下的密闭容器内分别烧结1800s，即得所述三层聚晶金刚石拉丝模坯。
本实施例所述多层聚晶金刚石拉丝模坯可制成用于拉拔高强度不锈钢丝的拉丝模具。
实施例2
如图2所示，一种四层聚晶金刚石拉丝模坯，包括由上至下一体堆叠排列的第一聚晶金刚石堆叠层201、第二聚晶金刚石堆叠层202、第三聚晶金刚石堆叠层203和第四聚晶金刚石堆叠层204。第一聚晶金刚石堆叠层由粒度范围20-30微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径12.9mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为1mm；第二聚晶金刚石堆叠层由粒度范围12-16微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径12.9mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为3mm；第三聚晶金刚石堆叠层由粒度范围8-12微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径12.9mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为3mm；第四聚晶金刚石堆叠层由粒度范围4-6微米的金刚石微粉制成，其呈截面直径12.9mm的圆柱体，轴向高度即堆叠方向的厚度为1.5mm。
本实施例所述四层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法如下：
1）将20-30微米、12-16微米、8-12微米和4-6微米这四种不同粒径范围的金刚石微粉分别预压至圆柱体，然后将四个圆柱体分别放入密闭容器内，并使得钴位于圆柱体与密闭容器内壁之间设置，钴的用量为金刚石微粉的10wt%，然后于1500℃，6GPa压力条件下的密闭容器内分别烧结1000s，制得第一、第二、第三和第四聚晶金刚石堆叠层；
3）将步骤1所得的第一、第二、第三和第四聚晶金刚石堆叠层利用酸浸法去钴后，由上至下顺次叠压后放入密闭容器内，并使得钴位于聚晶金刚石堆叠层与密闭容器内壁之间设置，钴的用量为聚晶金刚石堆叠层的10wt%，然后于1500℃，6GPa压力条件下的密闭容器内分别烧结1000s，即得所述四层聚晶金刚石拉丝模坯。
本实施例所述多层聚晶金刚石拉丝模坯可制成用于拉拔高强度弹簧线的拉丝模具。
Claims (9)
1.一种多层聚晶金刚石拉丝模坯，其特征在于，所述模坯包括一体连接的至少两个聚晶金刚石堆叠层，且每个聚晶金刚石堆叠层的金刚石粒度结构不同。
2.如权利要求1所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯，其特征在于，所述聚晶金刚石堆叠层由0.5-1微米、1-2微米、2-4微米、4-6微米、8-12微米、12-16微米、20-30微米、30-40微米或40-50微米粒径范围的金刚石微粉制成。
3.如权利要求1所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯，其特征在于，所述聚晶金刚石堆叠层沿其堆叠方向的厚度为0.5-12mm。
4.权利要求1-3任一所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）将不同粒径范围的金刚石微粉分别与粘接剂通过高温高压烧结出不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层；
2）将步骤1）得到的数个不同粒度结构的聚晶金刚石堆叠层去粘接剂后进行叠压，并与粘接剂通过再次高温高压烧结即得所述多层聚晶金刚石拉丝模坯。
5.如权利要求4所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述金刚石微粉与粘接剂的质量配比为1：0.1-0.3，并于1500-1600℃，6-7GPa压力条件下的密闭容器内烧结制得聚晶金刚石堆叠层。
6.如权利要求4所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述聚晶金刚石堆叠层与粘接剂的质量配比为1：0.1-0.3，并于1500-1600℃，6-7GPa压力条件下的密闭容器内烧结制得聚晶金刚石堆叠层。
7.如权利要求4-6任一所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，其特征在于，所述粘接剂为钴，且高温高压烧结时，粘接剂处于密闭容器内壁与金刚石微粉或聚晶金刚石堆叠层之间设置。
8.如权利要求4所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯的制备方法，其特征在于，所述粘接剂为钴，步骤2）中，采用酸浸法或电解法对聚晶金刚石堆叠层除去钴成分。
9.使用权利要求1-3任一所述的多层聚晶金刚石拉丝模坯制得的聚晶金刚石拉丝模具。
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| GR01 | Patent grant | ||
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