一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，包括将金刚石微粉和非晶硼粉进行高温处理反应得到表面镀覆硼层的金刚石微粉；再将表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料进行加热反应得到表面包覆硼合金镀层的金刚石。本发明专利技术提出的一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，通过在金刚石微粉表面形成碳化硼与硼合金层，能够明显提高金属合金镀层与金刚石之间的结合强度，并且整个制备方法工艺简单，有利于产业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法
本专利技术涉及金刚石表面处理的
，尤其涉及一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法。
技术介绍
金刚石本身除了具有硬度高、抗腐蚀、耐磨性等优异性能，还具有优良的光学、声学、热学和电学等性质。半个多世纪以来，人造金刚石的生产及应用技术的发展突飞猛进，其在数量、质量和许多性能上已达到甚至超过了天然金刚石。金刚石及其制品不仅广泛应用于机械、冶金、建工、交通、国防等各个工业
，更已拓展到高性能的耐热件、耐蚀件、导热元件和芯片等重要领域。以金刚石等为主的超硬材料已成为现代制造技术的基本手段，对国有支柱产业和国防工业起着支撑和促进作用。据国外权威人士统计，世界金刚石的需求正以平均8％左右的年增长速度递增，目前工业金刚石50％左右用于制造石材加工工具。可以预见，当金刚石产品普及后，人类的物质文明就会更上一层楼，乃至达到巅峰，进入永恒的金刚石时代。金刚石与大部分金属、陶瓷等材料界面之间性能差异较大，界面能较高，使得金刚石与金属或合金间难以有效地润湿，界面结合力较差，即金刚石磨粒与结合剂之间一般是机械镶嵌，在磨削力的作用下极易脱落，降低了磨具的使用寿命。据估算孕镶式金刚石工具中金刚石利用率仅为60％左右，每年有数百万克拉的昂贵金刚石脱落而流失于废屑之中，损失以千万元计。为提高金刚石工具的寿命，采用金刚石表面改性方法提高金刚石表面与金属间的浸润性和结合强度成为比较合理的方法。目前国内镀覆比较均匀的是采用磁控溅射、化学镀、电镀、PVD、CVD等方法在金刚石表面沉积金属层或碳化物层来提高金刚石与金属间的结合力。相对电镀、化学镀来说，由于镀层金属与金刚石之间仍然处于机械咬合，二者之间结合强度不高；而PVD、CVD以及磁控溅射则一方面设备成本高，效率低下，另一方面不适合于金刚石粉体表面改性，镀覆表面均匀性难以控制。因此，本领域迫切需要一种低成本、显著改善金刚石与金属间的结合性能的金刚石表面改性的方法。
技术实现思路
基于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，通过在金刚石微粉表面形成碳化硼与硼合金层，能够明显提高金属合金镀层与金刚石之间的结合强度，并且整个制备方法工艺简单，有利于产业化生产。本专利技术提出的一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，包括如下步骤：S1、将金刚石微粉和非晶硼粉按质量比10:0.5-1混合均匀后，在真空度≤10-3Pa的条件下升温至1050-1250℃后保温反应30-60min，冷却至室温后得到共混粉体，过筛去掉多余的硼粉，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面镀覆硼层的金刚石微粉；S2、将表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料、有机溶剂混合均匀后，在真空条件下或在惰性气氛或还原性气氛中进行加热反应，加热反应的温度为900-1100℃，时间为10-30min，冷却后过筛去掉多余的金属原料，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面包覆硼合金镀层的金刚石。优选地，S1中，所述金刚石微粉的粒径为50-500μm，非晶硼粉的粒径为1-10μm。优选地，S1中，在将金刚石微粉和非晶硼粉混合之前，对金刚石微粉进行清洗；具体的，将金刚石微粉浸泡在稀硫酸溶液中，在60-80℃条件下保温搅拌60-90min，过滤后采用蒸馏水反复冲洗至洗涤液pH为6-7，再采用丙酮超声清洗30-60min，接着采用蒸馏水超声清洗10-30min，过滤后采用无水乙醇冲洗，再真空干燥。优选地，S1中，过筛去掉多余的硼粉时，具体将所述共混粉体分别过30目、80目、150目筛子去掉多余的硼粉。优选地，S2中，所述金属原料为在800-1200℃条件下与硼有一定溶解度的任意金属，优选为铜、镍、铝、银、锌、金、锡、镁中的一种或者多种的组合。优选地，S2中，所述有机溶剂为无水乙醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙二醇中的一种或者多种和草酸二乙酯的组合。优选地，S2中，将表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料、有机溶剂的重量比为6-15:2-10:1-3。优选地，S2中，表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料、有机溶剂混合均匀后，在真空条件下或在压力为100-100000Pa的惰性气氛或还原性气氛中进行加热反应。优选地，S2中，过筛去掉多余的金属原料时，具体分别过30目、80目、150目筛子去掉多余的金属原料。优选地，金刚石表面包覆镀层的总厚度为10-1000nm。本专利技术提出的一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，首先采用非晶硼粉对金刚石微粉进行高温共混处理，在金刚石颗粒表面镀覆一层均匀厚度的硼层，然后再将该表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料以及有机溶剂混合形成浆料，在高温加热处理条件下，浆料中的有机溶剂先进行挥发，金属原料即均匀粘附在金刚石颗粒表面，一方面，粘附在金刚石颗粒表面的非晶B粉与金刚石颗粒表面碳原子发生化学反应生成碳化硼，另一方面，金属原料逐步处于融化或半融化状态，金刚石颗粒表面的硼就会和周围的大量金属液相反应，在金刚石颗粒最外层形成硼合金金属层，最终获得表面包覆硼合金镀层的金刚石。由此可知，本专利技术所述制备方法得到的金刚石表面包覆镀层中同时包括碳化硼纳米层以及硼合金纳米层，所述碳化硼纳米层直接结合于金刚石颗粒表面，所述硼合金纳米层结合于所述碳化硼纳米层表面，即通过碳化硼过渡层连接了金刚石和金属，并且由于金刚石与金属之间通过化学键结合牢固的结合在一起，显著提高了两者的界面结合能力，同时改善了金刚石与金属之间的润湿性，特别是金刚石粉体与金属之间的结合性，因此在金刚石刀具、金刚石钻头、电子等多方面具有很好的应用前景。此外，本专利技术制备方法不同于以往的金刚石表面镀覆处理工艺，具有处理设备简单、便宜，制备工艺简单、快速的优点。附图说明图1为本专利技术制备的表面包覆硼合金镀层的金刚石的结构示意图；图2为本专利技术实施例1中制备的表面包覆硼合金镀层的金刚石的SEM图；图3为本专利技术实施例1中制备的表面包覆硼合金镀层的金刚石的EDS图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，包括如下步骤：S1、将粒径为200μm金刚石微粉浸泡在稀硫酸溶液中，在70℃条件下保温搅拌80min，过滤后采用蒸馏水反复冲洗至洗涤液pH为7，再采用丙酮超声清洗30min，接着采用蒸馏水超声清洗20min，过滤后采用无水乙醇冲洗3遍，再真空干燥，得到清洗后的金刚石微粉；将清洗后的金刚石微粉和粒径为1μm非晶硼粉按质量比10:0.5加入高速混料机中混合均匀，将混合均匀的粉体用石墨坩埚装好，放入真空碳管炉中，抽真空，待真空度抽到10-3Pa以下后，升温至1150℃后保温反应40min，冷却至室温后得到共混粉体，分别过30目、80目、150目筛子去掉多余的硼粉，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面镀覆硼层的金刚石微粉；S2、将表面镀覆硼层的金刚石微粉和铜粉、有机溶剂按重量比为10:3:2加入搅拌机中搅拌混合均匀，所述有机溶剂为无水乙醇和草酸二乙酯的混合物，再放入真空碳管炉中，抽真空后通入氢气，氢气压力为1000Pa，升温至900℃，保温30min，然后随炉冷却至室温，冷却后分别过30目、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将金刚石微粉和非晶硼粉按质量比10:0.5‑1混合均匀后，在真空度≤10‑3Pa的条件下升温至1050‑1250℃后保温反应30‑60min，冷却至室温后得到共混粉体，过筛去掉多余的硼粉，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面镀覆硼层的金刚石微粉；S2、将表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料、有机溶剂混合均匀后，在真空条件下或在惰性气氛或还原性气氛中进行加热反应，加热反应的温度为900‑1100℃，时间为10‑30min，冷却后，过筛去掉多余的金属原料，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面包覆硼合金镀层的金刚石。

【技术特征摘要】
1.一种金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将金刚石微粉和非晶硼粉按质量比10:0.5-1混合均匀后，在真空度≤10-3Pa的条件下升温至1050-1250℃后保温反应30-60min，冷却至室温后得到共混粉体，过筛去掉多余的硼粉，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面镀覆硼层的金刚石微粉；S2、将表面镀覆硼层的金刚石微粉和金属原料、有机溶剂混合均匀后，在真空条件下或在惰性气氛或还原性气氛中进行加热反应，加热反应的温度为900-1100℃，时间为10-30min，冷却后，过筛去掉多余的金属原料，再采用去离子水超声清洗，接着采用无水乙醇冲洗，真空干燥后，得到表面包覆硼合金镀层的金刚石。2.根据权利要求1所述的金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，其特征在于，S1中，所述金刚石微粉的粒径为50-500μm，非晶硼粉的粒径为1-10μm。3.根据权利要求1或2所述的金刚石表面包覆硼合金镀层的制备方法，其特征在于，S1中，在将金刚石微粉和非晶硼粉混合之前，对金刚石微粉进行清洗；具体的，将金刚石微粉浸泡在稀硫酸溶液中，在60-80℃条件下保温搅拌60-90min，过滤后采用蒸馏水反复冲洗至洗涤液pH为6-7，再采用丙酮超声清洗30-60min，接着采用蒸馏水超声清洗10-30min，过滤后采用无水乙醇冲洗，再真空干燥。4.根据权利要求1-3任一项所述的金刚石表面包覆硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡昌悌，
申请(专利权)人：芜湖昌菱金刚石工具有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34