一種金剛石表面鍍碳化硼的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金剛石表面鍍碳化硼的方法。
【背景技術】
[0002]將金剛石顆粒鑲嵌在金屬胎體中的器具被廣泛應用于工業(yè)加工、地址勘測和石油開采等領域中，例如砂輪和孕鑲金剛石鉆頭。在這些器具中起主要切削作用的金剛石顆粒通常用青銅作為粘結劑鑲嵌金屬胎體中，但銅與金剛石的內稟物理性質決定了銅對金剛石顆粒的把持是非常不牢固的。在金剛石器具，如孕鑲金剛石鉆頭，的使用過程中就往往可以明顯的觀察到金剛石顆粒未被磨損就提前從胎體中掉落，嚴重降低使用壽命。目前一些專利中提出了金剛石表面鍍金屬層的方法來改善金屬胎體對金剛石顆粒的把持力。例如專利DE 2418101提出了一種金剛石表面鍍鎳膜的方法，專利CN 85102371A提出了一種在金剛石上鍍鈦的工藝。這些方法在一定程度上改善了金剛石顆粒與金屬胎體的附著力，但胎體對金剛石顆粒僅僅是簡單的機械包鑲，其效果仍差強人意。
[0003]專利CN 87107715A中提出了一種硼皮金剛石聚晶的合成方法:預先將金剛石顆粒與硼粉進行混合，隨后在高溫高壓條件下合成聚晶金剛石。但在這種方法中硼只是簡單的附著在金剛石顆粒表面，強結合力主要來自于聚晶合成的高溫高壓過程。因此這種方法并不適合于制造金屬胎體包裹金剛石顆粒的器具。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現有處理方法存在的上述問題，提供一種新的方法即一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，用以提高金剛石與其他金屬材料的粘結強度，更充分的利用昂貴的金剛石材料。
[0005]本發(fā)明之方法是在真空加熱條件下對金剛石顆粒表面滲硼，使金剛石表面鍍上碳化硼膜。
[0006]本發(fā)明包括以下具體步驟:
[0007](一 )、對金剛石顆粒表面進行超聲清洗；
[0008]( 二)、將硼粉、硼酸和金剛石顆粒在研缽中研磨使其充分混合；
[0009](三)、將步驟(二)中的混合原料放置到爐體內抽真空至100帕斯卡以下；
[0010](四)、將爐體內溫度升至300°C并恒溫30分鐘；
[0011](五)、將爐體內溫度升至1200°C并恒溫3?12小時；
[0012](六)、爐溫降至室溫后將鍍碳化硼的金剛石顆粒與廢料分離并清洗，得到表面鍍有碳化硼膜的金剛石。
[0013]所述步驟(一)中使用的清洗劑為硝酸、鹽酸、丙酮和酒精。
[0014]所述步驟(三)中，控制加熱速度在約6°C /分鐘，并嚴格控制爐內壓強在100帕斯卡以下。
[0015]所述步驟(六)中，可根據金剛石顆粒大小選擇不同目數的分樣篩對鍍碳化硼的金剛石顆粒與廢料進行分離，并將鍍碳化硼的金剛石顆粒置于稀硝酸中煮沸以清洗表面殘余廢料。
[0016]本發(fā)明的原理是利用高溫使硼向金剛石潛表層進行擴散并在金剛石顆粒表層形成碳化硼鍍層。由于碳化硼與金剛石和金屬胎體之間都存在穩(wěn)固的化學鍵連接，明顯優(yōu)于金剛石或其他表面鍍層金剛石與金屬胎體之間的簡單機械結合，故其結合程度較之現有工藝明顯提尚。
[0017]本發(fā)明制得的表面鍍有碳化硼膜的金剛石除了可以提高金屬胎體與金剛石的結合力外，還可以使得金剛石抗氧氣、鐵、鎳、鈷等的侵蝕能力大幅提升，有效防止孕鑲金剛石鉆頭制備過程中金剛石的氧化與石墨化現象的發(fā)生，從而保證鑲嵌在金屬胎體中的金剛石外形完整、棱角清晰、性能穩(wěn)定，使得所制器具磨耗比大幅度提升，使用壽命明顯延長。
【具體實施方式】
[0018]將30?35目黃金剛石顆粒用稀硝酸、丙酮和酒精分別進行超聲清洗10分鐘。用研缽研磨將清洗后的金剛石、硼粉(300目，純度:97%)和硼酸(純度:99.99%)按照質量比1:1:1.6進行研磨I小時以上。用高溫陶瓷干鍋盛裝充分混合后的原料并置于管式爐內。開啟機械泵使系統(tǒng)真空小于100帕斯卡。以6°C/分鐘的速度將爐內溫度升至300°C，并在300°C保溫30分鐘。將爐內溫度進一步提高到1200°C，并在1200°C下恒溫10小時。在保持系統(tǒng)真空條件下將爐溫降至室溫。用40目分樣篩將鍍碳化硼后的金剛石顆粒與剩余廢料進行分離。將分離出的鍍碳化硼的金剛石顆粒置于稀硝酸中煮沸30分鐘。鍍碳化硼的金剛石顆粒對氧氣的侵蝕能力明顯提高，在空氣中加熱到1500°C仍能保持金剛石單晶顆粒形狀完好、棱角分明。
[0019]使用63#配方(40w% WC, 15w% YG6, 5w% Ni, 5w% Mn, 35w% 663 青銅)作為胎體，用鍍碳化硼的金剛石制成孕鑲金剛石鉆頭。與傳統(tǒng)孕鑲金剛石鉆頭相比，使用鍍碳化硼的金剛石做成的孕鑲金剛石鉆頭的鉆進速度和使用壽命都得到了大幅度的提高。
【主權項】
1.一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，該方法是在真空加熱條件下對金剛石顆粒表面滲硼，使金剛石表面鍍上碳化硼膜。
2.根據權利要求1所述的一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，該方法的具體步驟如下: (一)、對金剛石顆粒表面進行超聲清洗； (二)、將硼粉、硼酸和金剛石顆粒在研缽中研磨使其充分混合； (三)、將步驟(二)中的混合原料放置到爐體內抽真空至100帕斯卡以下； (四)、將爐體內溫度升至300°C并恒溫30分鐘； (五)、將爐體內溫度升至1200°C并恒溫3?12小時； (六)、爐溫降至室溫后將鍍碳化硼的金剛石顆粒與廢料分離并清洗，得到表面鍍有碳化硼膜的金剛石。
3.根據權利要求2所述的一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，其特征在于:所述步驟(一)中使用的清洗劑為硝酸、鹽酸、丙酮和酒精。
4.根據權利要求2所述的一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，其特征在于:所述步驟(三)中，控制加熱速度為6°C /分鐘。
5.根據權利要求2所述的一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，其特征在于:所述步驟(六)中制得的鍍碳化硼的金剛石顆粒置于稀硝酸中煮沸以清洗表面殘余廢料。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種金剛石表面鍍碳化硼的方法，該方法是在真空度小于100帕斯卡、300℃恒溫30分鐘、1200℃恒溫3～12小時的條件下對金剛石顆粒表面滲硼，使金剛石表面鍍上碳化硼膜。本發(fā)明制得的表面鍍有碳化硼膜的金剛石除了可以提高金屬胎體與金剛石的結合力外，還可以使得金剛石抗氧氣、鐵、鎳、鈷等的侵蝕能力大幅提升，有效防止了孕鑲金剛石鉆頭制備過程中金剛石的氧化與石墨化現象的發(fā)生，從而保證鑲嵌在金屬胎體中的金剛石外形完整、棱角清晰、性能穩(wěn)定，使得所制器具磨耗比大幅度提升，使用壽命明顯延長。
【IPC分類】C04B41-50
【公開號】CN104591783
【申請?zhí)枴緾N201510044635
【發(fā)明人】孟慶南, 孫友宏, 劉寶昌, 高科, 馬銀龍
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月29日