CN104646674B - 一种金刚石与金属胚体复合制作耐磨件的方法及其制品 - Google Patents

Abstract

一种金刚石与金属胚体复合制作耐磨件的方法及其制品，在金属坯体上加工出深孔，再将金刚石颗粒放入硬质合金的深孔内，并加入金属粘结材料，再将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体。本发明通过聚晶的方式将金刚石融入到耐磨件胚体的深孔内，完全不同于前面专利所述的嵌入式或者焊接方式，金刚石既能很好与耐磨件的胚体粘结在一起，又不会出现前面所述的会导致耐磨件本体材料产生应力过大的现象，可以大大提高耐磨件的使用性能，具有聚晶金刚石效果好，聚晶金刚石与基体材料结合紧密的特点。

Description

一种金刚石与金属胚体复合制作耐磨件的方法及其制品

技术领域

本发明涉及到一种耐磨件制作方法的改进，特别是一种金刚石与金属胚体复合制作耐磨件的方法制及其制品，可应用于制作各种钻凿用的钻头，或其它耐磨件性能改善。

背景技术：

当今随着机械化程度的越来越高，很多工作都是采取机械加工方式取代传统的手工加工模式，像钻探、耕地和山上的林业采摘作业等现在都在采用机械化作业，甚至家庭的清扫作业也都开始采用机械化作业，由此对于耐磨件的要求也越来越多，越来越高；目前为了提高耐磨件的性能许多情况下都在耐磨件的关键部位采用硬质合金制品来制作，如钻头的切削部位，犁头的尖部等，但在实际作业中发现，光是采用硬质合金还是耐磨程度不够，如是又有人提出在硬质合金上覆盖聚晶金刚石，即在硬质合金的关键部位以聚晶的方式在表面覆盖至少一颗金刚石，以进一步提高耐磨件的耐磨性能；可是尽管在硬质合金上复合了金刚石，可以得到比较高的硬度，但当碰到硬度较大的岩石或土层时，复合有金刚石的硬质合金耐磨件磨损仍很快，表现为寿命短、效率低，这样硬质合金球齿钻头就严重影响了破碎岩石或开凿土层的效果。另外还有一种就是将聚晶金刚石采取过盈配合硬压入到硬质合金体内，这样容易使得本体材料裂开，或产生很大的内应力，在使用中裂开吗，之所以会出现这种情况，因聚晶金刚石的硬度比硬质合金更高，在将金刚石压入所述的硬质合主体的孔洞内，有可能将所述硬质合金主体挤裂，即使没有挤裂，所述硬质合金球齿主体也形成有较大的内应力，而影响抗冲击性能，此外，金刚石可焊性差，基本通过难以焊接连接实现。因此很有必要对此加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明相关的主要有以下几个：

1、专利号为CN201410290940.9， 名称为“抗冲击金刚石硬质合金复合片”的发明专利，该专利公开了一种新型结构的金刚石硬质合金复合片。包括聚晶金刚石层和硬质合金基体，采用金刚石粉末与硬质合金基体装配在一起，在高压高温条件下金刚石粉末烧结形成聚晶金刚石层并与硬质合金基体形成金刚石硬质合金复合片；其中，所述硬质合金基体的装配界面上有柱状凸台，凸台顶端面有呈点阵装的半球形凸起；所述柱状凸台的上沿和下沿均为波浪形阶梯结构；下沿比上沿大。

2、专利号为CN201410057543.7， 名称为“提高刀尖强度的金刚石包覆硬质合金制切削工具”的发明专利，该专利公开了提高刀尖强度的金刚石包覆硬质合金制切削工具，提高金刚石膜与工具基体之间的耐剥离性、提高刀尖强度，并且提高耐崩刀性及耐磨损性。该金刚石包覆硬质合金制切削工具，具有从碳化钨基硬质合金制的工具基体和金刚石膜的界面向工具基体内部最深至8μm的深度的金属结合相的一部分通过化学处理被去除的部分去除金属结合相区域，通过从刀尖附近（从刀尖前端最大不超过100μm的区域）的后刀面的直角截面观察，在除部分去除金属结合相区域内的碳化钨之间及碳化钨与其他碳化物之间的结合晶界以外的碳化钨晶界，10～300nm厚度的金属结合相以碳化钨晶界长度的50%以上的比例存在，且存在于碳化钨晶界中的金属结合相的铬相对于钴的质量比例为0.21以上0.40以下。

3、专利公开号为CN1021288008， 名称为“聚晶金刚石硬质合金复合碎岩球齿潜孔钻头及其制造工艺” 的发明专利，该专利公开了一种聚晶金刚石硬质合金复合碎岩球齿潜孔钻头及其制造工艺，包括硬质合金球齿主体(1) ，在所述的硬质合金球齿主体(1)中至少设有一颗聚晶金刚石。所述的聚晶金刚石为聚晶金刚石短圆柱(2) ，设在所述的硬质合金球齿主体(1)上的孔涧内，所述的聚晶金刚石短圆柱(2) 的长度和直径尺寸为1 ~ 50mmXφ1~φ30mm。通过机械加工方式得到所需尺寸的潜孔钻头钢体，然后将聚晶金刚石硬质合金复合球齿的硬质合金球齿主体固定在潜孔钻头钢体的孔内，对潜孔钻头钢体进行固复合齿后处理质量检验包装出库。

上述这些专利虽然涉及到了金刚石在硬质合金中的应用，但是仔细分析可以看出，这些专利都没有改变前面所述的应用方式，其中专利公开号为CN1021288008， 名称为“聚晶金刚石硬质合金复合碎岩球齿潜孔钻头及其制造工艺” 的发明专利就是一种典型的将聚晶金刚石短圆柱通过过盈配合或焊接的方式镶嵌固定在所述的硬质合金球齿主体的孔洞内的做法，然而，该等连接方式存在以下缺陷：因聚晶金刚石的硬度比硬质合金更高，在将金刚石压入所述的硬质合金球齿主体的孔洞内，有可能将所述硬质合金球齿主体挤裂，即使没有挤裂，所述硬质合金球齿主体也形成有较大的内应力，对整体性能产生不利影响，所以对于前面所述的金刚石在硬质合金中应用所存在的一些问题仍没有有效解决，因此有必要需要进一步加以研究。

发明内容

本发明的目的在于解决目前金刚石在硬质合金中应用所存在的一些问题，提出一种新的金刚石作为耐磨体与其它基材结合的方法及制品，该种方法可以有效解决目前金刚石压入所述的硬质合金中应力过大，容易开裂的问题。

基于上述设想，本发明提出的技术方案是：一种金刚石与金属胚体复合方法，在金属坯体上加工出深孔，再将金刚石颗粒放入硬质合金的深孔内，并加入金属粘结材料，再将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体。

进一步地，所述的金属坯体为硬质合金材料制作的胚体，或优质金属钢材制作的胚体。

进一步地，所述的在金刚石颗粒为0.5μm~5μm金刚石微粉，所述的金属粘结材料为粒度≤400目的钴粉粉末或镍粉粉末或者两者的混合物；金刚石微粉与金属粘结材料的配比为100：10—20（重量百分比）。

进一步地，所述的高温高压是在温度为1390-1450℃，压力为5300-5800 Mpa。

进一步地，所述的在金属坯体上加工出深孔是指在金属胚体最容易磨损的部位通过金属加工制作出深孔状的孔洞。

进一步地，所述的孔洞的形状为圆柱形或蘑菇形或伞状形或葫芦形。

进一步地，所述的将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体是将装满了金刚石微粉与金属粘结材料的金属胚体，置于高温高压的炉内，并在金属胚体装有金刚石微粉与金属粘结材料的孔表面上安装一个压板，压板上设有一个通孔，通孔正对着金属胚体的深孔口，再将一个压头以活塞的方式直接压入压板上的通孔，在温度1390-1450℃，压力为5300-5800 Mpa的工艺条件下进行聚晶成型，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体。

进一步地，所述的聚晶具体制作步骤如下：

1、配料：按重量配比：金刚石微粉100份、金属粘结材料10~20份；

2、混料：将步骤1所得的物料混合均匀，形成混合物料；

3、净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：830~860℃，压力10~100Pa，时间4~6小时，得到预制料；

4、基体材料预处理：将用作基体材料的金属胚体表面去油、去除氧化层；

5、组装：将步骤3得到的预制料置入金属胚体的深孔内，并用压机压实；

6、聚晶：将步骤5得到的金属胚体，放在烧结炉内，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，进行高温高压聚晶烧结，聚晶烧结温度为1390~1450℃，压力为5300~5800Mpa，时间为10~20分钟；

7、后处理：聚晶完成后，自然冷却，卸去压板，将步骤6所得的含有聚晶体的耐磨件进行打磨修正后即得产品。

一种按照上述方法制作出的耐磨件，包括金属胚体，在金属胚体上开有深孔，深孔内聚晶有聚晶金刚石体。

进一步地，所述的深孔是指在金属胚体最容易磨损的部位，通过金属加工制作出深孔状的孔洞。

进一步地，所述的深孔的形状为圆柱形或蘑菇形或伞状形或葫芦形。

本发明的有益效果：

本发明通过聚晶的方式将金刚石融入到耐磨件胚体的深孔内，完全不同于前面专利所述的嵌入式或者焊接方式，金刚石既能很好与耐磨件的胚体粘结在一起，又不会出现前面所述的会导致耐磨件本体材料产生应力过大的现象，可以大大提高耐磨件的使用性能，具有聚晶金刚石效果好，聚晶金刚石与基体材料结合紧密的特点。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施例结构示意图；

图2为本发明的另一个具体实施例结构示意图；

图3为附图2的俯视图；

图4为另一个具体实施例结构示意图；

图5为附图4的俯视图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图对本发明做进一步的描述。

实施例一

一种具有复合金刚石芯棒的改进型钻牙，用以安装于钻头上，其包括呈回转体设置的硬质合金钻牙主体1以及复合金刚石芯棒2，其中，所述硬质合金钻牙主体1的中心部位具有一盲孔（未标号），所述复合金刚石芯棒2复合成型于所述盲孔中，且所述复合金刚石芯棒2与所述硬质合金钻牙主体1间具有过渡层3，所述过渡层3由精钢石和硬质合金相互渗透形成。

本发明又提供一种具有复合金刚石芯棒的改进型钻牙的制造方法，其包括以下步骤：

（a）、制造硬质合金钻牙主体1；

（b）、在所述硬质合金钻牙主体1内中心部位开设一盲孔；

（c）、将精钢石颗粒置于所述盲孔中，采用顶锤压制所述盲孔的开口端，在高温高压条件下成型。

具体聚晶制作步骤如下：

1、配料：按重量配比：金刚石微粉100份、钴 粉10~13份、硅：4~5份、立方碳化硼：0.8~1.5份；

2、混料：将步骤1所得的物料混合均匀，形成混合物料；

3、净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：830~860℃，压力10~100Pa，时间4~6小时，得到预制料；

4、基体材料预处理：将用作基体材料的金属胚体表面去油、去除氧化层；

5、组装：将步骤3得到的预制料置入金属胚体的深孔内，并用压机压实；

6、聚晶：将步骤5得到的金属胚体，放在烧结炉内，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，进行高温高压聚晶烧结，聚晶烧结温度为1390~1450℃，压力为5300~5800Mpa，时间为10~20分钟；

7、后处理：聚晶完成后，自然冷却，卸去压板，将步骤6所得的含有聚晶体的耐磨件进行打磨修正后即得产品。

基于上述技术方案的公开，本发明提供一种具有复合金刚石芯棒的改进型钻牙具有以下有益效果：本发明提供一种具有复合金刚石芯棒的改进型钻牙，所述复合金刚石芯棒2与所述硬质合金钻牙主体1间复合成型形成，而非采用过盈配合或焊接结合，因而，不会对所述硬质合金钻牙主体1造成不良影响，此外，所述复合金刚石芯棒2位于所述硬质合金钻牙主体1的中间部位，以使所述具有复合金刚石芯棒的改进型钻牙保持锋利。

实施例二

一种具有复合金刚石块的钻牙，包括采用硬质合金制成的圆柱状的钻牙主体1及自所述钻牙主体201向上延伸的凸台202，所述凸台202的顶面为矩形工作面205，于所述矩形工作面205上开设有矩形槽（未标号），所述矩形槽中复合形成有复合金刚石块203，且所述复合金刚石块203与所述钻牙主体201之间形成有一层渗透层204，所述渗透层4由金刚石和硬质合金相互渗透形成，为聚晶金刚石体。所述矩形槽的宽度为所述矩形工作面205的宽度的二分之一到三分之二，从而，以保障所述具有复合金刚石块的钻牙的强度和锋利。

具体聚晶制作步骤如下：

1、配料：按重量配比：金刚石微粉100份、钴 粉12~15份、镍：2~3份、立方碳化硼：0.8~1.5份；

2、混料：将步骤1所得的物料混合均匀；

3、净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：830~860℃，压力10~100Pa，时间4~6小时，得到预制料；

4、基体材料预处理：将用作基体材料的金属胚体表面去油、去除氧化层；

5、组装：将步骤3得到的预制料置入金属胚体的深孔内，并用压机压实；

6、聚晶：将步骤5得到的金属胚体，放在烧结炉内，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，进行高温高压聚晶烧结，聚晶烧结温度为1400~1450℃，压力为5600~5800Mpa，时间为10~20分钟；

7、后处理：聚晶完成后，自然冷却，卸去压板，将步骤6所得的含有聚晶体的耐磨件进行打磨修正后即得产品。

实施例三

一种具有多根复合金刚石芯棒的钻牙，其包括硬质合金钻牙主体301及多根复合金刚石芯棒302，其中，所述硬质合金钻牙主体301包括呈圆柱体设置的基体、由所述基体的上端延伸的第一锥形凸台304、及由所述第一锥形凸台304的上端延伸的第二锥形凸台306，所述第一锥形凸台304与所述第二锥形凸台304之间形成有环形台阶面305，于所述第二锥形凸台306的顶面设有一个第一盲孔（图中未标号），于所述环形台阶面305上均匀设有多个第二盲孔（图中未标号），所述第一盲孔和所述第二盲孔中均复合形成有复合金刚石芯棒302，且所述复合金刚石芯棒302与所述硬质合金钻牙主体301间具有过渡层303，所述过渡层303由精钢石和硬质合金相互渗透形成的聚晶金刚石。于本实施例中，所述第一盲孔自所述第二锥形凸台306的顶面的中心位置开设，所述第二盲孔等距分布于以所述第一盲孔的中心线上的点为圆心的圆周上。

具体聚晶制作步骤如下：

1、配料：按重量配比：金刚石微粉100份、钴 粉15~17份、硅：1.8~2.5份；

2、混料：将步骤1所得的物料混合均匀；

3、净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：830~860℃，压力10~100Pa，时间4~6小时，得到预制料；

4、基体材料预处理：将用作基体材料的金属胚体表面去油、去除氧化层；

5、组装：将步骤3得到的预制料置入金属胚体的深孔内，并用压机压实；

6、聚晶：将步骤5得到的金属胚体，放在烧结炉内，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，进行高温高压聚晶烧结，聚晶烧结温度为1400~1450℃，压力为5600~5800Mpa，时间为10~20分钟；

7、后处理：聚晶完成后，自然冷却，卸去压板，将步骤6所得的含有聚晶体的耐磨件进行打磨修正后即得产品。

通过上述实施例可以看出，本发明涉及一种金刚石与金属胚体复合方法，在金属坯体上加工出深孔，再将金刚石颗粒放入硬质合金的深孔内，并加入金属粘结材料，再将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体。

进一步地，所述的金属坯体为硬质合金材料制作的胚体，或优质金属钢材制作的胚体。

进一步地，所述的在金刚石颗粒为0.5μm~5μm金刚石微粉，所述的金属粘结材料为粒度≤400目的钴粉粉末或镍粉粉末或者两者的混合物；金刚石微粉与金属粘结材料的配比为100：10—20（重量百分比）。

进一步地，所述的高温高压是在温度为1400-1450℃，压力为5600-5800 Mpa。

进一步地，所述的在金属坯体上加工出深孔是指在金属胚体最容易磨损的部位通过金属加工制作出深孔状的孔洞。

进一步地，所述的孔洞的形状为圆柱形或蘑菇形或伞状形或葫芦形。

进一步地，所述的将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体是将装满了金刚石微粉与金属粘结材料的金属胚体，置于高温高压的炉内，并在金属胚体装有金刚石微粉与金属粘结材料的孔表面上安装一个压板，压板上设有一个通孔，通孔正对着金属胚体的深孔口，再将一个压头以活塞的方式直接压入压板上的通孔，在温度1390-1450℃，压力为5300-5800 Mpa的工艺条件下进行聚晶成型，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体。

进一步地，所述的聚晶具体制作步骤如下：

1、配料：按重量配比：金刚石微粉100份、金属粘结材料10~20份；

2、混料：将步骤1所得的物料混合均匀，形成混合物料；

3、净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：830~860℃，压力10~100Pa，时间4~6小时，得到预制料；

4、基体材料预处理：将用作基体材料的金属胚体表面去油、去除氧化层；

5、组装：将步骤3得到的预制料置入金属胚体的深孔内，并用压机压实；

6、聚晶：将步骤5得到的金属胚体，放在烧结炉内，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，进行高温高压聚晶烧结，聚晶烧结温度为1390~1450℃，压力为5300~5800Mpa，时间为10~20分钟；

7、后处理：聚晶完成后，自然冷却，卸去压板，将步骤6所得的含有聚晶体的耐磨件进行打磨修正后即得产品。

很显然，上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种金刚石与金属胚体复合方法，在金属坯体上加工出深孔，再将金刚石颗粒放入硬质合金的深孔内，并加入金属粘结材料，再将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体；其特征在于，所述的在金属坯体上加工出深孔是在金属胚体最容易磨损的部位通过金属加工制作出深孔状的孔洞，所述的孔洞的形状为圆柱形或蘑菇形或伞状形或葫芦形；所述的将装有金刚石混合料的金属胚体置于高温高压下，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体是将装满了金刚石微粉与金属粘结材料的金属胚体，置于高温高压的炉内，并在金属胚体装有金刚石微粉与金属粘结材料的孔表面上安装一个压板，压板上设有一个通孔，通孔正对着金属胚体的深孔口，再将一个压头以活塞的方式直接压入压板上的通孔，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，在温度1400~1450℃，压力为5600-5800 Mpa的工艺条件下进行聚晶成型，使得在金属胚体深孔内的金刚石颗粒与金属胚体深孔的内壁融合形成聚晶金刚石体；所述的金属坯体为硬质合金材料制作的胚体，或优质金属钢材制作的胚体；所述的在金刚石颗粒为0.5μm~5μm金刚石微粉，所述的金属粘结材料为粒度≤400目的钴粉粉末或镍粉粉末或者两者的混合物；金刚石微粉与金属粘结材料的配比重量百分比为100：10—20；所述的聚晶具体制作步骤如下：

1）配料：按重量配比：金刚石微粉100份、金属粘结材料10~20份；

2）混料：将步骤1所得的物料混合均匀，形成混合物料；

3）净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：830~860℃，压力10~100Pa，时间4~6小时，得到预制料；

4）基体材料预处理：将用作基体材料的金属胚体表面去油、去除氧化层；

5）组装：将步骤3得到的预制料置入金属胚体的深孔内，并用压机压实；

6）聚晶：将步骤5得到的金属胚体，放在烧结炉内，并通过压头直接压在深孔内的预制料上表面，进行高温高压聚晶烧结，聚晶烧结温度为1400~1450℃，压力为5600~5800Mpa，时间为10~20分钟；

7）后处理：聚晶完成后，自然冷却，卸去压板，将步骤6所得的含有聚晶体的耐磨件进行打磨修正后即得产品。