制造改性磨料复合片的方法技术

一种处理具有工作表面的磨料复合片的方法。使磨料复合片的工作表面或邻近工作表面的区域与卤素气体或包含卤化物离子源的气体环境接触，优选温度为等于或低于８００℃，以便从邻近工作表面的区域去除催化材料和任何异质金属基质材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术涉及制造改性磨料复合片(compact)的方法。利用金刚石复合片(也被称为PCD)和立方氮化硼复合片(也被 称为PCBN)的切削工具部件广泛用于钻孔、铣制、切削和其它这样的 磨料应用。该工具部件通常包含与载体结合的PCD或PCBN的层，所述 载体通常为硬质合金载体。该PCD或PCBN层可以构成(present)尖 锐的切削刃或刀口或者切削表面或研磨面。金刚石磨料复合片包含大量金刚石颗粒，它们含有大量的金刚石 与金刚石的直接结合。多晶金刚石将典型具有包含金刚石催化剂/溶剂 (例如钴、镍或包含一种或多种这些金属的合金)的第二相。cBN复 合片通常还包含粘结相，所述粘结相典型为cBN催化剂或包含这样的 催化剂。cBN的适宜粘结相的例子是铝、碱金属、钴、镍、鵠等。在使用中，这样的切削工具刀头(insert)在其寿命的不同阶段 经受大栽荷和高温。在早期阶段，当刀头的尖锐切削刃接触下层形成 物或工件时，切削工具经受大的接触压力。这导致可能引发许多断裂 过程，例如疲劳断裂。当刀头的切削刃磨损时，接触压力降低并且过低以致不能引起高 的能量失效。然而，该压力仍能够使在高接触压力下萌生的裂紋扩展 并且可能最终导致剥落型失效。在优化刀具性能中，典型通过控制诸如平均磨料粒径、总催化剂/ 溶剂含量、磨料密度等来实现增加的耐磨损性(以便实现更好的刀具 寿命)。然而，当典型使PCD或PCBN材料更耐磨时，其会变得更脆或 易于断裂。因此为改良的磨损性能而设计的PCD或PCBN元件往往具有 差的沖击强度或减小的耐剥落性。耐冲击性和耐磨损性之间的这种折 中使得设计(特别是对于苛刻应用)优化的结构固有地受到自身限制。如果可以消除或者控制较耐磨PCD或PCBN的碎屑行为，这时可以更充分地实现这些类型刀具的可能改善的性能。已知从PCD层除去所有的金属浸渍剂(infiltrant)导致对高温 下的热劣化的显著改良的抵抗性，正如US 4， 224， 380和GB 1 598 837 中所公开的。JP 59119500提出了 PCD烧结材料在加工表面的化学处 理之后的性能改善。这种处理溶解并去除与加工表面直接相邻的区域 中的催化剂/溶剂基质。要求该专利技术提高基质被除去的区域中的PCD 材料的耐热性，而不损害烧结金刚石的强度。US 6， 544， 308和6， 562， 462描述了据称具有改良耐磨损性而不损 失冲击强度的刀具的制造和行为。PCD切削元件的特征尤其在于切削 表面的邻近区域，该区域基本上不含催化材料。该部分去除(高达70 %的金刚石刀盘不含催化材料)据说对热稳定性有利。这些专利中提到的去除催化材料的方法是酸刻蚀法(例如使用热 氢氟酸/硝酸或氢氯酸/硝酸的混合物)或者放电或其它电学法或电流 法，或者热蒸发。然而，这些方法没有考虑到金属基质组成的变化。 在高温-高压的压力机中进行磨料复合片的烧结，所述压力机对于其产 生的压力和温度条件具有一定程度的可变性。由于难以监测合成与烧结所要求的高压和高温从而加重了这种可变性。该工艺可变性是由以下因素引起的压力机部件随着使用逐渐老 化，腔体(capsule)部件的物理尺寸和性能的变化，以及腔体内的压 力和温度梯度。可以通过仔细选择腔体部件的材料和结构以及通过腔 体的总体设计将这些梯度最小化。此外，可以改善压力机的压力-温度 -时间操作条件来将这些梯度最小化。然而，这些梯度决不可能被完全 消除。更大且不可避免的可变性来源是烧结不同PCD或PCBN产品所需的 不同工艺条件，这些产品根据设计可具有不同的粒径、不同的层厚、 不同的层组成和不同的总高度和外直径。所有上述可变性来源导致金属基质最终组成的差异。金属基质组 成的可变性导致金属基质的可变去除速率，因为金属基质的某些组分将对去除方法更敏感，而某些较不敏感。当金属基质组成的可变性来 源在于腔体内时，这导致磨料复合片内热稳定层厚度的变化，而这是 不允许的，因为其将转变为磨料复合片上的较好和较差性能的区域。 当可变性来源是压力机或压力机条件时，换而言之在腔体以外时，必须根据特定的磨料复合片产品连续调节去除催化材料的条件。基于 生产的观点，这是不方便的并且可能更昂贵。专利技术概述一种处理具有工作表面的磨料复合片的方法，该方法包括使磨 料复合片的工作表面或邻近工作表面的区域与卣素气体或包含卣化物 离子源的气体环境接触，优选温度为等于或低于800X:，以便从邻近 工作表面的区域去除催化材料和任何异质金属基质材料。工作表面或邻近区域的接触优选发生在约300匸至约800X:的温度下，更优选发生在约650t:至约700x:。磨料复合片优选包含PCD或PCBN。磨料复合片的金属基质典型包含催化剂/溶剂例如Ni、 Co或Fe，物钛、钒、铌、钽、铬、钼和鴒的碳化物，和可选的第二相和粘结 剂相。优选依照HPHT方法生产PCD或PCBN磨料复合片。 卤素气体或气体环境优选包含氯、氯化氢、氟化氢、 一氧化碳、 氢和氟。根据本专利技术的另外方面，提供了包含磨料材料层的磨料复合片， 该层包含催化材料、异质金属基质材料、和可选的第二相或粘结剂相， 该磨料复合片具有工作表面并且与基材(特别是硬质合金基材)沿着 界面结合，该磨料复合片的特征在于磨料层具有贫乏催化材料和异质 金属基质材料的邻近工作表面的特别均匀的区域，以及富含催化材料 和异质金属基质材料的区域。优选实施方案详述本专利技术的关键在于从磨料复合片去除金属基质材料(典型地除催 化材料以外包含异质金属基质材料)，使得产生贫乏金属基质或催化 剂材料的基本均勻的层或区域。因此，本专利技术特别针对于从PCD或PCBN去除金属基质从而导致均 匀的处理层厚度的方法。由于典型的磨料复合片的金属基质是由一种 或多种耐腐蚀金属(例如鴒)和一种或多种易腐蚀金属(例如钴)以 变化的量组成，因此该方法必须能够以类似的速率除去所有这些金属 以便形成均匀厚度的处理层。为方便起见，将使用具有包括鴒和钴的金属基质材料的磨料复合 片来说明本专利技术。众所周知，鴒与fi素反应产生卣化钨物质。为了解 决层厚可变性的问题考虑开发一种两步方法的可能性，该方法首先通 过氢氯酸去除钴，然后通过与囟素源高温反应去除钨。据认为两步法 是必需的，因为钴卣化物通常需要高温来挥发，并且这些高温对磨料 复合片的强度和磨损行为是有害的。例如，氯化钴CoCl2在724t:熔化 并且在1049r沸腾。在多晶金刚石磨料复合片的情形中，其可以接触 而不发生损伤的最大温度是约800匸，且然后只能在惰性气氛或真空 中，并持续短的时间段。去除金属基质的任何过程必须在显著低于800 C下进行，因此用卣素源处理磨料复合片几乎必然导致形成固体或熔 融的钴卣化物物质，该钴离化物将钝化或掩蔽金属表面以及减緩或停 止金属的去除过程。考虑到上述，使用氯气以及含一氧化碳的氯气处理PCD，在600 。C、 650"C和700"C下在氩气混合物中进行测试。令人意外的结果是钴 和钨两者都被去除，尽管一些钨残留下来。XRF分析显示残留的钨与 氧结合。此外在400t:、 500。C、 600。C和700X:下使用氯气在氩气氛中 进行试验，但是这次使用氢氯酸气体作为氢源，以便使任何钨氧化物 物质以钨的氯氧化物形式挥发。也可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理具有工作表面的磨料复合片的方法，该方法包括：使磨料复合片的工作表面或邻近工作表面的区域与卤素气体或包含卤化物离子源的气体环境接触，以便从邻近工作表面的区域去除催化材料和任何异质金属基质材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AH拉斯，
申请(专利权)人：六号元素产品控股公司，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]