CN117339477A - 一种pdc钻头用金刚石复合片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金刚石加工技术领域，且公开了一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，包括如下步骤：S1、制备金刚石粉料：将金刚石粉料经过合金罐球磨进行球磨2‑3h，将球磨后的金刚石粉末经过净化工序后降温至300℃以下出炉，将净化后的金刚石粉料加入料缸中，再加入金刚石粉料总重量80‑120％的酒精，将缸密封后加入球磨机中球磨压料6‑15h，再通过三维混料机混料烘干，或者电炉烘干。该PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，金刚石粉料经过球磨和净化工序之后，制备得到的金刚石粉料具有良好的热力学稳定性能，在高温高压合成压制过程中不容易出现石墨化的现象，从而减少金刚石复合片不耐磨以及崩片的可能性，使其具有更高的强度、韧性以及耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石加工技术领域，具体为一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法。
背景技术
金刚石复合片是由金刚石微粉和硬质合金基体在超高温、高压条件下烧结而成，它主要由硬质合金基体与烧结后的聚晶金刚石层组成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其它耐磨工具的理想材料。但是这种方法容易造成金刚石颗粒间的金属钴分布不均，或者大量堆积团聚或者缺少金属钴，大量堆积团聚则会因钴金属与金刚石热膨胀系数差异，从而形成大量的热残余应力，这些热残余应力极易引起微裂纹，使金刚石复合片在工作过程中出现不耐磨、崩片等现象；而金刚石颗粒间缺少金属钴的催化就难以形成D-D键，无法发挥金刚石耐磨性能，因此本发明提供了一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，包括如下步骤：
S1、制备金刚石粉料：将金刚石粉料经过合金罐球磨进行球磨2-3h，将球磨后的金刚石粉末经过净化工序后降温至300℃以下出炉，将净化后的金刚石粉料加入料缸中，再加入金刚石粉料总重量80-120％的酒精，将缸密封后加入球磨机中球磨压料6-15h，再通过三维混料机混料烘干，或者电炉烘干，将烘干后的金刚石粉料放置在真空炉中待用；
S2、制备金刚石复合片粗成品：按照不同的复合层的高度要求称取S1步骤中待用的金刚石粉料，将称取后的金刚石粉料按照重量配比分别放入由硬质合金基体制成的一号杯、二号杯以及三号杯中，组装完成后放入组装室内温度为50-150℃的干燥箱中干燥30-60min，再放入温度为50-100℃压机干燥箱中，再放入已完成校锤的压机中合成压制，合成后的半成品转入中间库内温度为250-300℃的烘箱中保温24h以上，得到金刚石复合片粗成品待用；
S3、金刚石复合片成品制备：将S2步骤中金刚石复合片粗成品通过陶瓷砂轮粗磨以及热处理之后，再通过树脂砂轮精磨，再放入超声波中清洗15-30min，晾干后在叶腊石上烘烤，烘烤完成后放置在50-100℃的干燥箱中存放，即得成品。
优选的，所述S1步骤中合金罐球磨为采用等重的φ5mm和φ10mm碳化钨球进行球磨；所述S1步骤中真空炉的压力为0.1MPa。
优选的，所述S1步骤中净化工序为氢气净化或真空净化。
优选的，所述氢气净化为：净舟皿放置在净化炉中2-6h，净化温度为850-950℃，净化时间为60min，气体流量为2-10L/min。
优选的，所述真空净化：净舟皿放置在真空炉中用2mm不锈钢板盖上，真空度0.6Pa，净化温度为150-650℃，净化时间为150-200min。
优选的，所述S2步骤中硬质合金基体为碳化钨/钴硬质合金基体；所述S2步骤中一号杯、二号杯以及三号杯中金刚石粉料的重量份配比为60-85：10-30：5-10。
优选的，所述S3步骤中热处理的温度为热处理温度300-650℃，热处理时间为1-4h，真空度为0.6Pa。
优选的，所述S3步骤中叶蜡石上烘烤的具体操作为：升温至150℃后恒温5h，再升温至200℃后恒温8h，再升温至250℃后恒温8h，关闭电源，随炉冷却至室温。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，具备以下有益效果：
该PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，金刚石粉料经过球磨和净化工序之后，制备得到的金刚石粉料具有良好的热力学稳定性能，在高温高压合成压制过程中不容易出现石墨化的现象，从而减少金刚石复合片不耐磨以及崩片的可能性，使其具有更高的强度、韧性以及耐磨性能，在制备金刚石复合片粗成品的过程中，硬质合金基体为碳化钨/钴硬质合金基体，其中含有一定量的钴，并非通过在金刚石表面镀钴，既可避免钴含量过高导致金刚石晶粒异常长大，又可避免金刚石晶粒间不能形成D-D键。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：包括如下步骤：S1、制备金刚石粉料：将金刚石粉料经过合金罐球磨进行球磨2-3h，将球磨后的金刚石粉末经过净化工序后降温至300℃以下出炉，将净化后的金刚石粉料加入料缸中，再加入金刚石粉料总重量80-120％的酒精，将缸密封后加入球磨机中球磨压料6-15h，再通过三维混料机混料烘干，或者电炉烘干，将烘干后的金刚石粉料放置在真空炉中待用；S2、制备金刚石复合片粗成品：按照不同的复合层的高度要求称取S1步骤中待用的金刚石粉料，将称取后的金刚石粉料按照重量配比分别放入由硬质合金基体制成的一号杯、二号杯以及三号杯中，组装完成后放入组装室内温度为50-150℃的干燥箱中干燥30-60min，再放入温度为50-100℃压机干燥箱中，再放入已完成校锤的压机中合成压制，合成后的半成品转入中间库内温度为250-300℃的烘箱中保温24h以上，得到金刚石复合片粗成品待用；S3、金刚石复合片成品制备：将S2步骤中金刚石复合片粗成品通过陶瓷砂轮粗磨以及热处理之后，再通过树脂砂轮精磨，再放入超声波中清洗15-30min，晾干后在叶腊石上烘烤，烘烤完成后放置在50-100℃的干燥箱中存放，即得成品，所述S1步骤中合金罐球磨为采用等重的φ5mm和φ10mm碳化钨球进行球磨；所述S1步骤中真空炉的压力为0.1Mpa，所述S1步骤中净化工序为氢气净化或真空净化，所述氢气净化为：净舟皿放置在净化炉中2-6h，净化温度为850-950℃，净化时间为60min，气体流量为2-10L/min，所述真空净化：净舟皿放置在真空炉中用2mm不锈钢板盖上，真空度0.6Pa，净化温度为150-650℃，净化时间为150-200min，所述S2步骤中硬质合金基体为碳化钨/钴硬质合金基体；所述S2步骤中一号杯、二号杯以及三号杯中金刚石粉料的重量份配比为60-85：10-30：5-10，所述S3步骤中热处理的温度为热处理温度300-650℃，热处理时间为1-4h，真空度为0.6Pa，所述S3步骤中叶蜡石上烘烤的具体操作为：升温至150℃后恒温5h，再升温至200℃后恒温8h，再升温至250℃后恒温8h，关闭电源，随炉冷却至室温。
综上所述，该PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，金刚石粉料经过球磨和净化工序之后，制备得到的金刚石粉料具有良好的热力学稳定性能，在高温高压合成压制过程中不容易出现石墨化的现象，从而减少金刚石复合片不耐磨以及崩片的可能性，使其具有更高的强度、韧性以及耐磨性能，在制备金刚石复合片粗成品的过程中，硬质合金基体为碳化钨/钴硬质合金基体，其中含有一定量的钴，并非通过在金刚石表面镀钴，既可避免钴含量过高导致金刚石晶粒异常长大，又可避免金刚石晶粒间不能形成D-D键。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制备金刚石粉料：将金刚石粉料经过合金罐球磨进行球磨2-3h，将球磨后的金刚石粉末经过净化工序后降温至300℃以下出炉，将净化后的金刚石粉料加入料缸中，再加入金刚石粉料总重量80-120％的酒精，将缸密封后加入球磨机中球磨压料6-15h，再通过三维混料机混料烘干，或者电炉烘干，将烘干后的金刚石粉料放置在真空炉中待用；
S2、制备金刚石复合片粗成品：按照不同的复合层的高度要求称取S1步骤中待用的金刚石粉料，将称取后的金刚石粉料按照重量配比分别放入由硬质合金基体制成的一号杯、二号杯以及三号杯中，组装完成后放入组装室内温度为50-150℃的干燥箱中干燥30-60min，再放入温度为50-100℃压机干燥箱中，再放入已完成校锤的压机中合成压制，合成后的半成品转入中间库内温度为250-300℃的烘箱中保温24h以上，得到金刚石复合片粗成品待用；
S3、金刚石复合片成品制备：将S2步骤中金刚石复合片粗成品通过陶瓷砂轮粗磨以及热处理之后，再通过树脂砂轮精磨，再放入超声波中清洗15-30min，晾干后在叶腊石上烘烤，烘烤完成后放置在50-100℃的干燥箱中存放，即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述S1步骤中合金罐球磨为采用等重的φ5mm和φ10mm碳化钨球进行球磨；所述S1步骤中真空炉的压力为0.1MPa。
3.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述S1步骤中净化工序为氢气净化或真空净化。
4.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述氢气净化为：净舟皿放置在净化炉中2-6h，净化温度为850-950℃，净化时间为60min，气体流量为2-10L/min。
5.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述真空净化：净舟皿放置在真空炉中用2mm不锈钢板盖上，真空度0.6Pa，净化温度为150-650℃，净化时间为150-200min。
6.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述S2步骤中硬质合金基体为碳化钨/钴硬质合金基体；所述S2步骤中一号杯、二号杯以及三号杯中金刚石粉料的重量份配比为60-85：10-30：5-10。
7.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述S3步骤中热处理的温度为热处理温度300-650℃，热处理时间为1-4h，真空度为0.6Pa。
8.根据权利要求1所述的一种PDC钻头用金刚石复合片及其制备方法，其特征在于：所述S3步骤中叶蜡石上烘烤的具体操作为：升温至150℃后恒温5h，再升温至200℃后恒温8h，再升温至250℃后恒温8h，关闭电源，随炉冷却至室温。
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