脱钴金刚石复合片的强化处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种脱钴金刚石复合片的强化处理方法及装置，该强化处理方法是对脱钴金刚石复合片的金刚石层进行真空渗钛，其能够有效阻止脱钴后的金刚石复合片抗冲击性能的下降，同时，有效提高其热稳定性，延长金刚石复合片的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
脱钴金刚石复合片的强化处理方法及装置
本专利技术属于超硬复合材料
，具体涉及一种脱钴金刚石复合片的强化处理方法及装置。
技术介绍
超硬复合材料是指金刚石和立方氮化硼一类的硬质合金与其它基体材料复合而成，既具有超硬材料硬度、耐磨性，又具有基体材料功能的一类复合材料。金刚石复合片是将金刚石微粉及粘结剂依附在硬质合金基体上、经高温高压合成，不仅具有极高的硬度与耐磨性，还具有硬质合金的抗冲击及焊接性能，广泛的应用在机械刀具、石油与地质钻头领域。金刚石复合片的金刚石层中，存在合成过程中从基体里渗入的钴或者添加的粘结剂钴，金刚石颗粒与颗粒靠粘结剂钴连接。由于金刚石层与硬质合金层、金刚石层中金刚石与粘结剂钴，都在弹性模量、膨胀系数等物理性能上存在很大差异，因此，金刚石层中钴的存在，会导致金刚石复合片在高温合成过程中会产生较大的热残余应力，同时在使用过程中产生的热量也会增加热应力，这都将影响金刚石复合片的热稳定性，使得金刚石复合片用在钻头上钻进时的强度、耐热性降低，复合片刀具切削时易崩刃、变钝，复合片钻头崩边失效、寿命降低。为了提高金刚石复合片抗冲击和耐热性能，许多生产厂家对金刚石层粘结剂钴进行脱除，脱钴后虽然可以提高金刚石复合片的耐热性能、耐磨性能，但金刚石层内残留的空隙会降低金刚石复合片的强度，进而影响其抗冲击性能。因此，提供一种强度和耐热性能较佳的脱钴金刚石复合片，为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术一方面提供了脱钴金刚石复合片的强化处理方法，能够有效阻止脱钴后的金刚石复合片抗冲击性能的下降，同时，有效提高其热稳定性，延长金刚石复合片的使用寿命。本专利技术另一方面提供了脱钴金刚石复合片的强化处理装置。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种脱钴金刚石复合片强化处理方法，包括：对脱钴金刚石复合片的金刚石层进行真空渗钛，得到强化处理后的脱钴金刚石复合片。进一步地，所述真空渗钛通过真空热处理炉实现，渗钛时，炉内压力小于10-4Pa，炉温保持在600℃-800℃，保温时间0.5-2小时；优选地，所述炉内压力小于4×10-4Pa；优选地，所述炉温保持在600℃-755℃；优选地，所述炉温保持在730℃-745℃；优选地，所述保温时间为1-1.5小时。进一步地，渗钛之前，还包括：将脱钴金刚石复合片置于真空热处理炉内，将金刚石层埋入钛粉中，抽真空至炉内气压小于10-3Pa时，再对炉体升温并持续抽真空；优选地，所述炉内气压小于5×10-3Pa。进一步地，所述对炉体升温并持续抽真空，具体包括：炉内温度升至120℃-150℃时，保温0.5-1小时，之后继续加热并抽真空至渗钛时炉温及气压；优选地，继续加热的时间为1.5-2.5小时。进一步地，渗钛完成后，还包括：停止加热，待炉内温度降至100℃以下，停止抽真空，通入高纯氮气至炉内气压达到标准大气压，取出强化处理后的脱钴金刚石复合片。进一步地，所述高纯氮气的纯度≥99.999％。进一步地，所述钛粉的纯度≥99.99％，粒度小于1000目。本专利技术提供的一种脱钴金刚石复合片强化处理装置，包括：真空热处理炉和控制系统，所述真空热处理炉，其炉腔的内壁上设有保温材料层，所述炉腔的内壁与保温材料层之间绕轴间隔设有至少两个环形加热器，在所述炉腔内形成多个相互连通的加热保温区，各个所述加热保温区内分别设有测温传感器；所述控制系统，与所述测温传感器电连接，根据所述测温传感器检测的炉温调控所述炉腔内各个加热保温区内的温度；优选地，所述环形加热器包括三个，将所述炉腔间隔分成三个相互连通的加热保温区；优选地，所述环形加热器为钼丝；优选地，所述保温材料层是由硅酸铝纤维制成的保温瓦。进一步地，所述保温材料层至少包括两层，靠近炉腔外壁的外层为开合式结构，炉腔的外部设有控制该外层关闭或打开的控制部件。进一步地，与所述真空热处理炉尾部连通的抽真空管路上，设有第二进气管路，用于向所述炉腔内输送保护气氛或还原气氛；优选地，所述第二进气管路的进气端包括至少两个进气支管路，各个所述进气支管路上分别设有进气阀门，靠近所述第二进气管路的出气端处设有气阀开关，用于控制所述第二进气管路与所述抽真空管路的连通，所述抽真空管路上设有压力表，所述第二进气管路上设有气压表。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：1)对脱钴金刚石复合片的金刚石层进行渗钛处理，钛原子扩散迁移的过程中，与金刚石层发生界面反应，生成强碳化物-碳化钛，外延生长在金刚石上，生成的碳化钛与金刚石强力结合，具有高强、高硬的特性，同时化学稳定和热稳定优良。同时，碳化钛的膨胀系数更接近金刚石，进入脱钴孔隙内的钛以及生成的碳化钛能够更好地填充金刚石层内的孔隙，有效提高金刚石复合片的强度。钛原子扩散进入脱钴金刚石层的残留孔隙，并与其发生界面反应生成碳化钛，有效提高了脱钴金刚石复合片的热稳定性和强度。2)操作简单、成本低，利于工业化生产。3)通过在炉腔内间隔设置环形加热器将炉腔分为多个加热区域，对炉腔进行分段加热，减小炉膛内的温差，使其温度场均匀，不同区域内样品受热均匀，提高热处理效率。同时通过对保温材料层的外层进行开合控制，以根据实际需要分别调控热处理炉的升温速度和降温度速，提高加热和降温效率的同时有效节约能源。4)通过在抽真空管道上增设第二进气管路，热处理炉在进行热处理过程中能够向炉膛内输入保护气氛或还原气氛，增加热处理炉的实用性。附图说明图1：为本专利技术提供的脱钴金刚石复合片的金刚石层电镜扫描图；图2：为本专利技术提供的对图1中的脱钴金刚石复合片进行强化处理后的金刚石层的电镜扫描图；图3：为本专利技术中使用的真空热处理炉的结构示意图。1.排水器，2.冷却水管，3-1.保温瓦操作杆，3-2.保温瓦开关盖，4.炉门，5.炉腔，6-1.压力表，6-2.气压表，7.弯头，8.高真空蝶阀，9.充气阀，10.三通阀操作杆，11.扩散泵加热器，12.扩散泵，13.机械泵，14.保温材料层，15.气阀开关，16.进气管道，16-1.进气手动阀门，16-2.进气手动阀门。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。一种脱钴金刚石复合片强化处理方法：对脱钴金刚石复合片的金刚石层进行真空渗钛，得到强化处理后的脱钴金刚石复合片。渗钛过程中，钛原子扩散迁移，与金刚石层发生界面反应，生成强碳化物-碳化钛，外延生长在金刚石上，生成的碳化钛与金刚石强力结合，有效提高了脱钴金刚石复合片的热稳定性和强度。同时，碳化钛的膨胀系数更接近金刚石，进入脱钴孔隙内的钛以及生成的碳化钛，能更好地填充金刚石层内的孔隙，有效提高金刚石复合片的强度。该渗钛过程，为了避免金刚石层表面石墨化，优选其在真空低压环境中进行渗钛处理，因此，优选渗钛设备为真空热处理炉。实测，渗钛反应时，保持炉内压力小于10-4Pa(比如10-5Pa、3×10-5Pa、5×10-5Pa、8×10-5Pa)，其他条件不变，金刚石层的渗钛量最多，而且渗钛过程最快，效果最佳。渗钛过程中，温度对于金刚石品质影响至关重要，尤其温度过高会对金刚石强度产生较大影响。当温度高于800℃时，金刚石层表面容易产生石墨化，造成其强度下降，因此优选渗钛温度最高不超过800℃，而温度过低，无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱钴金刚石复合片强化处理方法，其特征在于，包括：对脱钴金刚石复合片的金刚石层进行真空渗钛，得到强化处理后的脱钴金刚石复合片。

【技术特征摘要】
1.一种脱钴金刚石复合片强化处理方法，其特征在于，包括：对脱钴金刚石复合片的金刚石层进行真空渗钛，得到强化处理后的脱钴金刚石复合片。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空渗钛通过真空热处理炉实现，渗钛时，炉内压力小于10-4Pa，炉温保持在600℃-800℃，保温时间0.5-2小时；优选地，所述炉内压力小于4×10-4Pa；优选地，所述炉温保持在600℃-755℃；优选地，所述炉温保持在730℃-745℃；优选地，所述保温时间为1-1.5小时。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，渗钛之前，还包括：将脱钴金刚石复合片置于真空热处理炉内，将金刚石层埋入钛粉中，抽真空至炉内气压小于10-3Pa时，再对炉体升温并持续抽真空；优选地，所述炉内气压小于5×10-3Pa。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对炉体升温并持续抽真空，具体包括：炉内温度升至120℃-150℃时，保温0.5-1小时，之后继续加热并抽真空至渗钛时炉温及气压；优选地，继续加热的时间为1.5-2.5小时。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，渗钛完成后，还包括：停止加热，待炉内温度降至100℃以下，停止抽真空，通入高纯氮气至炉内气压达到标准大气压，取出强化处理后的脱钴金刚石复合片。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高纯氮气的纯度≥99.999％。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙延龙，刘一波，尹翔，徐燕军，
申请(专利权)人：北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司，安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11