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一种聚晶金刚石复合片

阅读：323发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种聚晶金刚石复合片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，包括：硬质合金基底；复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm；脱除残余金属层的厚度为30μm～50μm；包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。与现有技术相比，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度大，且不会对硬质合金基底产生腐蚀，从而提高了聚晶金刚石复合片在使用过程中的稳定性，延长使用寿命。，下面是一种聚晶金刚石复合片专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括：
硬质合金基底；
复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；
所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm；脱除残余金属层的厚度为30μm～50μm；
包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述保护层为聚四氟乙烯层。
3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述保护层的厚度为
0.3mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述保护层侧面边缘超出硬质合金基底与聚晶金刚石层接触平面的距离为1mm～1.5mm。

说明书全文

一种聚晶金刚石复合片

技术领域

[0001] 本实用新型涉及超硬材料技术领域，更具体地说，是涉及一种聚晶金刚石复合片。

背景技术

[0002] 聚晶金刚石复合片是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成的一种新型复合材料，其结构包括聚晶金刚石层和作为支撑体的硬质合金层。其中，聚晶金刚石层具有硬度高、耐磨性好的特点，而硬质合金层则从整体上提高了聚晶金刚石复合片的韧性和可焊性，因此聚晶金刚石复合片成为制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

[0003] 但是，聚晶金刚石复合片在高温高压合成过程中，其聚晶金刚石层中会残存部分金属，由于金属的热膨胀系数远高于金刚石，金属残留在金刚石颗粒间隙内，会由于聚晶金刚石复合片在工作时产生的高温使金属膨胀，从而引起微裂纹，加快材料的破坏和磨损，严重影响聚晶金刚石复合片在使用过程中的稳定性，降低工件的使用寿命。因此，需要对聚晶金刚石复合片进行残余金属的脱除。

[0004] 目前，传统脱除残余金属的方法如电解法和酸浸法，由于工艺条件的限制，脱除深度达到15μm以上后，便很难再浸出；而脱除深度达到25μm以上，则需要240个小时以上，效率极低，不适合大规模操作。因此，对于得到脱除残余金属的聚晶金刚石复合片的问题还没有解决。实用新型内容

[0005] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供了一种聚晶金刚石复合片，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度大，使用过程中的稳定性好，使用寿命长。

[0006] 本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，包括：

[0007] 硬质合金基底；

[0008] 复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm；脱除残余金属层的厚度为30μm～50μm；

[0009] 包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。

[0010] 优选的，所述保护层为聚四氟乙烯层。

[0011] 优选的，所述保护层的厚度为0.3mm～1mm。

[0012] 优选的，所述保护层侧面边缘超出硬质合金基底与聚晶金刚石层接触平面的距离为1mm～1.5mm。

[0013] 本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，包括：硬质合金基底；复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm；脱除残余金属层的厚度为30μm～50μm；包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。与现有技术相比，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度大，且不会对硬质合金基底产生腐蚀，从而提高了聚晶金刚石复合片在使用过程中的稳定性，延长使用寿命。检测结果表明，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度可以达到50μm。
附图说明

[0014] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0015] 图1为本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的结构示意图；

[0016] 图2为本实用新型进行酸浸渍处理所用的高压反应釜的结构示意图；

[0017] 图3为本实用新型实施例1提供的聚晶金刚石复合片聚晶金刚石层的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

[0018] 下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

[0019] 本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，包括：

[0020] 硬质合金基底；

[0021] 复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm；脱除残余金属层的厚度为30μm～50μm；

[0022] 包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。

[0023] 请参阅图1，图1为本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的结构示意图，其中，1为硬质合金基底，2为脱除残余金属层，3为未脱除残余金属层，4为保护层。

[0024] 在本实用新型中，所述硬质合金基底(1)为圆柱体，本实用新型对所述硬质合金基底(1)没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的作为聚晶金刚石复合片基底部分的硬质合金材料即可，所述硬质合金基底(1)能够提高聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性及可焊接性。

[0025] 在本实用新型中，所述硬质合金基底上复合有聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层(2)和未脱除残余金属层(3)，所述未脱除残余金属层(3)位于脱除残余金属层(2)和硬质合金基底(1)之间。在本实用新型中，所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm，优选为2mm。在本实用新型中，所述残余金属为钴和钨中的一种或两种，所述残余金属对聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层有破坏作用；在本实用新型中，所述未脱除残余金属层(3)位于脱除残余金属层(2)和硬质合金基底(1)之间，这样的结构使所述脱除残余金属层(2)位于聚晶金刚石复合片最外层，提高了聚晶金刚石复合片使用过程中的稳定性，延长其使用寿命。所述脱除残余金属层(2)的厚度为30μm～50μm。

[0026] 在本实用新型中，所述保护层(4)包覆在硬质合金基底(1)底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面，这样的结构使硬质合金基底(1)底面和全部侧面包覆在保护层内侧，而硬质合金基底(1)与聚晶金刚石层接触平面在聚晶金刚石层内侧，从而避免硬质合金基底(1)接触酸液而被腐蚀。在本实用新型中，所述保护层(4)侧面边缘超出硬质合金基底(1)与聚晶金刚石层接触平面的距离优选为1mm～1.5mm，更优选为1.2mm。

[0027] 在本实用新型中，所述保护层(4)优选为聚四氟乙烯层；所述聚四氟乙烯是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，具有抗酸抗碱及耐高温的特点。在本实用新型中，所述聚四氟乙烯层的制备方法具体为：

[0028] 将待处理的聚晶金刚石复合片依次进行表面清洗、喷砂处理和电喷镀，得到带有保护层的聚晶金刚石复合片。

[0029] 本实用新型将待处理的聚晶金刚石复合片进行表面清洗；所述表面清洗能够去除聚晶金刚石复合片表面的油污。本实用新型对所述表面清洗的方法没有特殊限制，优选采用丙酮清洗。

[0030] 对待处理的聚晶金刚石复合片进行表面清洗后，本实用新型将表面清洗后的聚晶金刚石复合片进行喷砂处理；本实用新型对所述喷砂处理的方法没有特殊限制，所述喷砂处理的目的是增加处理后表面与聚四氟乙烯层之间的附着力，延长聚四氟乙烯层的耐久性。

[0031] 对表面清洗后的聚晶金刚石复合片进行喷砂处理后，本实用新型将喷砂处理后的聚晶金刚石复合片进行电喷镀，得到聚四氟乙烯层。本实用新型对所述电喷镀的方法没有特殊限制，所述电喷镀的目的是在上述技术方案中所述保护层(4)的位置镀附聚四氟乙烯层。

[0032] 在本实用新型中，所述保护层(4)的厚度优选为0.3mm～1mm，更优选为0.5mm。

[0033] 本实用新型还提供了一种聚晶金刚石复合片的处理方法，包括以下步骤：

[0034] a)将待处理的聚晶金刚石复合片依次进行表面清洗、喷砂处理和电喷镀，得到带有保护层的聚晶金刚石复合片；所述保护层包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面；

[0035] b)将得到的带有保护层的聚晶金刚石复合片进行酸浸渍处理，得到处理后的聚晶金刚石复合片；所述处理后的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间。

[0036] 本实用新型将待处理的聚晶金刚石复合片依次进行表面清洗、喷砂处理和电喷镀。本实用新型对所述待处理的聚晶金刚石复合片的种类和来源没有特殊限制，优选为河南晶锐超硬材料有限公司生产的1913型聚晶金刚石复合片；所述待处理的聚晶金刚石复合片没有经过残余金属脱除。

[0037] 本实用新型将待处理的聚晶金刚石复合片进行表面清洗，所述表面清洗能够去除聚晶金刚石复合片表面的油污。本实用新型对所述表面清洗的方法没有特殊限制，优选采用丙酮清洗。所述表面清洗的时间优选为30-60min，更优选为45min。

[0038] 对待处理的聚晶金刚石复合片进行表面清洗后，本实用新型将表面清洗后的聚晶金刚石复合片进行喷砂处理。本实用新型对所述喷砂处理的方法没有特殊限制，所述喷砂处理的目的是增加处理后表面与聚四氟乙烯层之间的附着力，延长聚四氟乙烯层的耐久性。所述喷砂处理的压强优选为0.3MPa-0.8MPa，更优选为0.5MPa；所述喷砂处理的时间优选为15s-60s，更优选为30s。

[0039] 对表面清洗后的聚晶金刚石复合片进行喷砂处理后，本实用新型将喷砂处理后的聚晶金刚石复合片进行电喷镀。本实用新型对所述电喷镀的方法没有特殊限制，所述电喷镀的目的是在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面镀附保护层。所述电喷镀的喷射速度优选为4m/s-8m/s，更优选为5m/s；所述电喷镀的时间优选为60s-120s；更优选为80s。

[0040] 在本实用新型中，将待处理的聚晶金刚石复合片依次进行表面清洗、喷砂处理和电喷镀，得到带有保护层的聚晶金刚石复合片。所述保护层优选为聚四氟乙烯层；所述聚四氟乙烯是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，具有抗酸抗碱及耐高温的特点。在本实用新型中，所述保护层(4)的厚度优选为0.3mm～1mm，更优选为0.5mm。

[0041] 得到带有保护层的聚晶金刚石复合片后，本实用新型将得到的带有保护层的聚晶金刚石复合片进行酸浸渍处理，得到处理后的聚晶金刚石复合片；所述处理后的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间。

[0042] 在本实用新型中，所述酸浸渍处理的装置优选为高压反应釜，所述高压反应釜的结构示意图如图2所示，其中，5为高压反应釜腔体，6为搅拌桨，7为承载架，8为酸溶液，9为带有保护层的聚晶金刚石复合片。所述聚晶金刚石复合片(9)的聚晶金刚石层向上放置，与酸溶液(8)接触。

[0043] 在本实用新型中，将得到的带有保护层的聚晶金刚石复合片进行酸浸渍处理的过程，优选具体为：将得到的带有保护层的聚晶金刚石复合片浸渍在酸溶液中，在搅拌的条件下进行高温高压反应，得到处理后的聚晶金刚石复合片。

[0044] 在本实用新型中，将所述带有保护层的聚晶金刚石复合片(9)放置在承载架(7)上，然后将酸溶液(8)加入到高压反应釜腔体(5)中。在本实用新型中，所述聚晶金刚石复合片(9)的聚晶金刚石层向上放置，与酸溶液(8)接触。所述酸溶液(8)的加入量为所述高压反应釜腔体(5)容积的2/3。在本实用新型中，所述酸优选为盐酸、硝酸和氢氟酸中的一种或多种。本实用新型对所述酸的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述盐酸、硝酸和氢氟酸的市售商品即可。本实用新型所述酸的浓度优选为饱和浓度；盐酸浓度优选为36％～38％；硝酸浓度优选为69％；氢氟酸浓度优选为40％。

[0045] 将酸溶液(8)加入到高压反应釜腔体(5)后，本实用新型在搅拌桨(6)搅拌的条件下进行高温高压反应。在本实用新型中，所述搅拌桨(6)进行搅拌的速度优选为100r/min～180r/min；更优选为120r/min。在本实用新型中，所述高温高压反应的温度优选为50℃～160℃，更优选为150℃；所述高温高压反应的压力优选为5MPa～10MPa，更优选为
7MPa；所述高温高压反应的时间优选为1h～48h；更优选为24h。

[0046] 在本实用新型中，将得到的带有保护层的聚晶金刚石复合片进行酸浸渍处理，得到处理后的聚晶金刚石复合片；所述处理后的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间。本实用新型对处理后的聚晶金刚石复合片进行电镜扫描，检测结果表明，处理后的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度可以达到50μm。

[0047] 本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，包括：硬质合金基底；复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间；包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。与现有技术相比，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度大，且不会对硬质合金基底产生腐蚀，从而提高了聚晶金刚石复合片在使用过程中的稳定性，延长使用寿命。检测结果表明，本实用新型提供的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层残余金属的脱除深度可以达到50μm。

[0048] 为了进一步说明本实用新型，下面通过以下实施例进行详细说明。

[0049] 实施例1

[0050] (1)取河南晶锐超硬材料有限公司生产的1913型聚晶金刚石复合片，首先采用丙酮清洗40min，去除聚晶金刚石复合片表面的油污，然后将清洗后的聚晶金刚石复合片进行喷砂处理35s，再在6m/s条件下进行电喷镀90s，得到带有聚四氟乙烯层的聚晶金刚石复合片；所述聚四氟乙烯层包覆在聚晶金刚石复合片的硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面，所述聚四氟乙烯层的厚度为0.5mm。

[0051] (2)取50片上述带有聚四氟乙烯层的聚晶金刚石复合片，放置在高压反应釜中，然后加入500mL浓度为36％的工业盐酸。所述高压反应釜的结构示意图如图2所示，其中，5为高压反应釜腔体，6为搅拌桨，7为承载架，8为36％的工业盐酸，9为带有聚四氟乙烯层的聚晶金刚石复合片。所述聚晶金刚石复合片(9)的聚晶金刚石层向上放置，与36％的工业盐酸(8)接触。

[0052] 然后，封闭高压反应釜腔体(5)，设置温度为150℃，压力为7MPa，进行高温高压反应24h，同时打开搅拌桨(6)在120r/min的条件下进行搅拌。反应完毕后，得到处理后的聚晶金刚石复合片；所述处理后的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间。

[0053] (3)对处理后的聚晶金刚石复合片进行电镜扫描，检测结果如图3所示，图3为本实用新型实施例1提供的聚晶金刚石复合片聚晶金刚石层的扫描电子显微镜图。由图3可知，白线以上为脱除残余金属层，白线以下为未脱除残余金属层，根据脱除残余金属层的厚度可知实施例1提供的聚晶金刚石复合片的残余金属脱除深度可以达到50μm。

[0054] 实施例2

[0055] (1)取河南晶锐超硬材料有限公司生产的1913型聚晶金刚石复合片，首先采用丙酮清洗45min，去除聚晶金刚石复合片表面的油污，然后将清洗后的聚晶金刚石复合片进行喷砂处理40s，再在5m/s条件下进行电喷镀100s，得到带有聚四氟乙烯层的聚晶金刚石复合片；所述聚四氟乙烯层包覆在聚晶金刚石复合片的硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面，所述聚四氟乙烯层的厚度为1.0mm。

[0056] (2)取50片上述带有聚四氟乙烯层的聚晶金刚石复合片，放置在高压反应釜中，然后加入500mL浓度为36％的工业盐酸。所述高压反应釜的结构示意图如图2所示，其中，5为高压反应釜腔体，6为搅拌桨，7为承载架，8为36％的工业盐酸，9为带有聚四氟乙烯层的聚晶金刚石复合片。所述聚晶金刚石复合片(9)的聚晶金刚石层向上放置，与36％的工业盐酸(8)接触。

[0057] 然后，封闭高压反应釜腔体(5)，设置温度为120℃，压力为9MPa，进行高温高压反应24h，同时打开搅拌桨(6)在160r/min的条件下进行搅拌。反应完毕后，得到处理后的聚晶金刚石复合片；所述处理后的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层包括脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质合金基底之间。

[0058] (3)对处理后的聚晶金刚石复合片进行电镜扫描，检测结果表明实施例2提供的聚晶金刚石复合片的残余金属脱除深度可以达到30μm。

[0059] 所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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