CN110607427A - 硬质合金六面顶锤及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硬质合金六面顶锤的制备方法，涉及超硬材料合成技术领域，本发明的硬质合金六面顶锤的制备方法，包括对小斜面进行喷丸处理的步骤，通过对小斜面进行喷丸处理，一方面，能够提高小斜面的表面粗糙度，从而保证硬质合金六面顶锤的小斜面与叶腊石等传压介质密封边有较大的摩擦力；另一方面，喷丸处理可在硬质合金六面顶锤的小斜面上形成压应力，从而提高硬质合金六面顶锤的使用性能，并且采用喷丸工艺对小斜面进行处理的成本更低。

Description

硬质合金六面顶锤及其制备方法
技术领域
本发明涉及超硬材料合成技术领域，特别地涉及一种硬质合金六面顶锤及其制备方法。
背景技术
六面顶压机是国内使用最广泛的大腔体压机，这种压机具有自对中性强、造价低、易操作等优点，是国内合成金刚石和立方氮化硼(cBN)等超硬材料的主要设备。压机上的顶锤是静态高压形成的主要构件，不仅是传递扩大压力的构件，还与叶腊石配合起到密封的作用。目前国内的六面顶压机工作腔密封原理主要是：在金刚石高温高压合成的过程中，高压由六个硬质合金顶锤直接作用在叶蜡石六个面上，叶腊石被挤向硬质合金顶锤小斜面的缝隙(国内硬质合金顶锤小斜面倾斜角一般为41-42°)，与顶锤的小斜面相互挤压摩擦形成叶腊石密封边，直到达到预先设定的压力值，所以叶腊石密封边与硬质合金顶锤小斜面的摩擦力决定了工作腔的密封性和压力。但存在两方面的问题：一方面，现今用于六面顶压机的顶锤斜面大都是光滑的平面，与叶腊石摩擦系数较小，压机需要为密封边的接触面提供很大的正压力来提高摩擦力，保证工作腔的密封性。所以，顶锤传递的压力一部分损失在了叶腊石密封边上，而降低了工作腔内的压力。另一方面，随着北京市门头沟区的叶蜡石资源的枯竭，各种替代叶腊石的传压介质材料如高岭土、滑石、氧化镁、绢云母等矿物和顶锤的摩擦系数与叶腊石和顶锤的摩擦系数不一致，导致在合成的过程中容易产生放“气炮”的现象，导致六面顶锤失效，造成金刚石产业化成本的提高。
为了解决顶锤的小斜面与叶腊石密封边的摩擦力，中国专利CN 207709014U公开了一种顶锤，其通过在小斜面上设置数个圆柱体形的凸起，凸起的直径为0.2mm-1.5mm，凸起的高度为0.2-1mm。该结构可以保证顶锤的小斜面与叶腊石密封边较大的摩擦力，但是这种顶锤制作工艺复杂，成本很高。
此外，中国专利CN201692799U公开了一种顶锤，其通过在四棱台形顶部的侧面上设置镀层，镀层为金属层，该结构可以短时间保证顶锤的小斜面与叶腊石密封边较大的摩擦力，但是由于工作压力大，时间久了金属镀层会被磨平，导致无法持续保证顶锤的斜面与叶腊石密封边较大的摩擦力，且成本也较高。
发明内容
本发明提供一种硬质合金六面顶锤及其制备方法，用于解决现有技术中存在的上述技术问题。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种硬质合金六面顶锤的制备方法，包括以下步骤：
步骤100：在硬质合金六面顶锤上除小斜面之外的其余表面均覆盖保护层，使所述硬质合金六面顶锤仅有所述小斜面裸露在外部；
步骤200：对所述小斜面进行喷丸处理；
其中，所述小斜面为位于所述硬质合金六面顶锤的锤顶四周大斜面上方的斜面。
在一个实施方式中，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷丸介质为刚玉，所述刚玉目数为25-80目。
在一个实施方式中，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射压力为0.2-0.7MPa。
在一个实施方式中，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射距离为45-105mm。
在一个实施方式中，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射角度为0-45°。
在一个实施方式中，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射时间为20-100s。
在一个实施方式中，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理后获得的小斜面的粗糙度至少为0.2μm。
在一个实施方式中，步骤100中，在硬质合金六面顶锤上除小斜面之外的其余表面均覆盖铝箔以形成保护层。
在一个实施方式中，步骤100之前还包括以下步骤：
依次采用湿磨工艺、干燥工艺、压制工艺、烧结工艺、粗磨工艺和精磨工艺对硬质合金进行处理以获得所述硬质合金六面顶锤。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种硬质合金六面顶锤，其采用上述的硬质合金六面顶锤的制备方法制备获得。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对小斜面进行喷丸处理，一方面，能够提高小斜面的表面粗糙度，从而保证硬质合金六面顶锤的小斜面与叶腊石等传压介质密封边有较大的摩擦力；另一方面，喷丸处理可在硬质合金六面顶锤的小斜面上形成压应力，从而提高硬质合金六面顶锤的使用性能，并且采用喷丸工艺对小斜面进行处理的成本更低。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的一个实施例中硬质合金六面顶锤的制备方法的流程图；
图2是本发明的一个优选实施例中硬质合金六面顶锤的主视图；
图3是本发明的一个优选实施例中硬质合金六面顶锤的俯视图。
附图标记：
1-硬质合金六面顶锤；2-大斜面；3-小斜面；4-锤顶。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，根据本发明第一个方面，本发明提供一种硬质合金六面顶锤的制备方法，其包括以下步骤：
首先，可以依次采用湿磨工艺、干燥工艺、压制工艺、烧结工艺、粗磨工艺和精磨工艺对硬质合金进行处理以获得所述硬质合金六面顶锤。上述工艺均可采用现有的工艺方法，本发明对此不再赘述。
其次，在硬质合金六面顶锤上除小斜面之外的其余表面均覆盖保护层，使硬质合金六面顶锤仅有小斜面裸露在外部。具体地，通过在硬质合金六面顶锤上除小斜面之外的其余表面均覆盖铝箔以形成保护层。形成保护层的目的是为了在后续的步骤中对小斜面进行处理时不会影响到其他表面。
最后，对小斜面进行喷丸处理，喷丸处理后的小斜面，一方面，能够提高其表面粗糙度，以保证硬质合金六面顶锤的小斜面与叶腊石等传压介质密封边有较大的摩擦力；另一方面，喷丸处理可在硬质合金六面顶锤的小斜面上形成压应力，从而提高硬质合金六面顶锤的使用性能。
需要说明的是，本发明所述的小斜面是与大斜面相对而言，如图2和3所示，硬质合金六面顶锤1的锤顶4四周具有面积不同的两种斜面，即大斜面2以及位于大斜面2上方的小斜面3。换言之，锤顶4从上到下依次形成小斜面3和大斜面2。
一般地，小斜面3的数量为4个，其与硬质合金六面顶锤1的锤顶4之间的夹角为41°左右；大斜面2的数量为4个，其与硬质合金六面顶锤1的锤顶4之间的夹角为46°左右。
下面对喷丸处理的工艺过程进行详细地说明。
具体来说，对小斜面进行喷丸处理时，采用的喷丸介质为刚玉，所述刚玉目数为25-80目；采用的喷射压力为0.2-0.7MPa；采用的喷射距离为45-105mm；采用的喷射角度为0-45°；采用的喷射时间为20-100s。
进一步地，通过对小斜面进行喷丸处理后获得的小斜面的粗糙度至少为0.2μm，与未经过喷丸处理的小斜面的粗糙度Ra0.059μm(或Ra0.058μm)相比，可以看出经过喷丸处理后的粗糙度更大，从而保证硬质合金六面顶锤的小斜面与叶腊石等传压介质密封边有较大的摩擦力。
下面以具体的亚微晶粒六面顶锤WC-10Co(晶粒度0.8μm)和细晶粒WC-8Co(晶粒度1.2μm)为例对本发明的方法进行详细地说明。
实施例一
第一步，将亚微晶粒六面顶锤WC-10Co(晶粒度0.8μm)按现有的硬质合金生产湿磨-干燥-压制-烧结-粗磨-精磨等工艺流程进行生产，以获得硬质合金六面顶锤。
第二步，将精磨后获得的硬质合金六面顶锤上除小斜面外，其余部分均用铝箔覆盖保护以形成保护层。
第三步，将经过铝箔保护处理过的硬质合金六面顶锤置于喷丸机中对其小斜面进行喷丸处理。所采用的喷丸工艺参数如下：喷丸介质采用刚玉，刚玉目数为70目，喷射压力0.6MPa，喷射距离为100mm，喷射角度为15°，每个小斜面的喷丸时间均为30s、60s或90s。
具体地，采用30s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.306μm；采用60s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.499μm；采用90s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.580μm。
本实施例中采用的喷丸工艺和小斜面的粗糙度如表1所示。
表1喷丸工艺和小斜面的粗糙度列表
可以看出，喷丸时间越长，则获得的小斜面的粗糙度越大。
实施例二
第一步，将亚微晶粒六面顶锤WC-10Co(晶粒度0.8μm)按现有的硬质合金生产湿磨-干燥-压制-烧结-粗磨-精磨等工艺流程进行生产，以获得硬质合金六面顶锤。
第二步，将精磨后获得的硬质合金六面顶锤上除小斜面外，其余部分均用铝箔覆盖保护以形成保护层。
第三步，将经过铝箔保护处理过的硬质合金六面顶锤置于喷丸机中对其小斜面进行喷丸处理。所采用的喷丸工艺参数如下：喷丸介质采用刚玉，刚玉目数为50目，喷射压力为0.6MPa，喷射距离为100mm，喷射角度为15°，每个小斜面的喷丸时间均为30s、60s或90s。
具体地，采用30s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.342μm；采用60s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.513μm；采用90s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.788μm。
本实施例中采用的喷丸工艺和小斜面的粗糙度如表2所示。
表2喷丸工艺和小斜面的粗糙度列表
可以看出，喷丸时间越长，则获得的小斜面的粗糙度越大。
实施例三
第一步，将亚微晶粒六面顶锤WC-10Co(晶粒度0.8μm)按现有的硬质合金生产湿磨-干燥-压制-烧结-粗磨-精磨等工艺流程进行生产，以获得硬质合金六面顶锤。
第二步，将精磨后获得的硬质合金六面顶锤上除小斜面外，其余部分均用铝箔覆盖保护以形成保护层。
第三步，将经过铝箔保护处理过的硬质合金六面顶锤置于喷丸机中对其小斜面进行喷丸处理。所采用的喷丸工艺参数如下：喷丸介质采用刚玉，刚玉目数为50目，喷射压力为0.6MPa，喷射距离为50mm，喷射角度为15°，每个小斜面的喷丸时间均为30s、60s或90s。
具体地，采用30s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.363μm；采用60s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.532μm；采用90s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.795μm。
本实施例中采用的喷丸工艺和小斜面的粗糙度如表3所示。
表3喷丸工艺和小斜面的粗糙度列表
可以看出，喷丸时间越长，则获得的小斜面的粗糙度越大。
实施例四
第一步，将亚微晶粒六面顶锤WC-10Co(晶粒度0.8μm)按现有的硬质合金生产湿磨-干燥-压制-烧结-粗磨-精磨等工艺流程进行生产，以获得硬质合金六面顶锤。
第二步，将精磨后获得的硬质合金六面顶锤上除小斜面外，其余部分均用铝箔覆盖保护以形成保护层。
第三步，将经过铝箔保护处理过的硬质合金六面顶锤置于喷丸机中对其小斜面进行喷丸处理。所采用的喷丸工艺参数如下：喷丸介质采用刚玉，刚玉目数为50目，喷射压力为0.3MPa，喷射距离为50mm，喷射角度为30°，每个小斜面的喷丸时间均为30s、60s或90s。
具体地，采用30s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.265μm；采用60s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.351μm；采用90s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.059μm提高至0.412μm。
本实施例中采用的喷丸工艺和小斜面的粗糙度如表4所示。
表4喷丸工艺和小斜面的粗糙度列表
可以看出，喷丸时间越长，则获得的小斜面的粗糙度越大。
实施例五
第一步，将细晶粒六面顶锤WC-8Co(晶粒度1.2μm)按现有的硬质合金生产湿磨-干燥-压制-烧结-粗磨-精磨等工艺流程进行生产，以获得硬质合金六面顶锤。
第二步，将精磨后获得的硬质合金六面顶锤上除小斜面外，其余部分均用铝箔覆盖保护以形成保护层。
第三步，将经过铝箔保护处理过的硬质合金六面顶锤置于喷丸机中对其小斜面进行喷丸处理。所采用的喷丸工艺参数如下：喷丸介质采用刚玉，刚玉目数为60目，喷射压力为0.6MPa，喷射距离为100mm，喷射角度为15°，每个小斜面的喷丸时间均为30s、60s或90s。
具体地，采用30s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.058μm提高至0.385μm；采用60s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.058μm提高至0.613μm；采用90s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.058μm提高至0.650μm。
本实施例中采用的喷丸工艺和小斜面的粗糙度如表5所示。
表5喷丸工艺和小斜面的粗糙度列表
可以看出，喷丸时间越长，则获得的小斜面的粗糙度越大。
实施例六
第一步，将细晶粒六面顶锤WC-8Co(晶粒度1.2μm)按现有的硬质合金生产湿磨-干燥-压制-烧结-粗磨-精磨等工艺流程进行生产，以获得硬质合金六面顶锤。
第二步，将精磨后获得的硬质合金六面顶锤上除小斜面外，其余部分均用铝箔覆盖保护以形成保护层。
第三步，将经过铝箔保护处理过的硬质合金六面顶锤置于喷丸机中对其小斜面进行喷丸处理。所采用的喷丸工艺参数如下：喷丸介质采用刚玉，刚玉目数为30目，喷射压力为0.6MPa，喷射距离为100mm，喷射角度为15°，每个小斜面的喷丸时间均为30s、60s或90s。
具体地，采用30s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.058μm提高至0.908μm；采用60s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.058μm提高至1.111μm；采用90s的喷丸时间，硬质合金六面顶锤的小斜面粗糙度从精磨过后的Ra0.058μm提高至1.256μm。
本实施例中采用的喷丸工艺和小斜面的粗糙度如表6所示。
表6喷丸工艺和小斜面的粗糙度列表
综上所述，本发明的制备方法，其可获得任意所需要的小斜面的粗糙度，从而与新型传压介质材料如高岭土、滑石、氧化镁、绢云母等矿物相匹配，有利于工业化大规模生产和推广；此外，本发明的制备方法可通过常规硬质合金喷丸设备生产，利于工业化大规模生产。
根据本发明的第二个方面，本发明还提供一种硬质合金六面顶锤，其采用上述的硬质合金六面顶锤的制备方法制备获得。如图2和3所示，本发明的硬质合金六面顶锤1，包括锤顶4四周从上向下依次设置的小斜面3和大斜面2，其中小斜面3为经过本发明所述的喷丸处理后的斜面。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤100：在硬质合金六面顶锤上除小斜面之外的其余表面均覆盖保护层，使所述硬质合金六面顶锤仅有所述小斜面裸露在外部；
步骤200：对所述小斜面进行喷丸处理；
其中，所述小斜面为位于所述硬质合金六面顶锤的锤顶四周大斜面上方的斜面。
2.根据权利要求1所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷丸介质为刚玉，所述刚玉目数为25-80目。
3.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射压力为0.2-0.7MPa。
4.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射距离为45-105mm。
5.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射角度为0-45°。
6.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理时，采用的喷射时间为20-100s。
7.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤200中对所述小斜面进行喷丸处理后获得的小斜面的粗糙度至少为0.2μm。
8.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤100中，在硬质合金六面顶锤上除小斜面之外的其余表面均覆盖铝箔以形成保护层。
9.根据权利要求1或2所述的硬质合金六面顶锤的制备方法，其特征在于，步骤100之前还包括以下步骤：
依次采用湿磨工艺、干燥工艺、压制工艺、烧结工艺、粗磨工艺和精磨工艺对硬质合金进行处理以获得所述硬质合金六面顶锤。
10.一种硬质合金六面顶锤，其特征在于，其采用权利要求1-9中任一项所述的硬质合金六面顶锤的制备方法制备获得。
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