[發明專利]一種金剛石-高釩鈦硬質合金聚晶復合片及其制備方法

有效

• 申請號: 201410570426.0
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104493182A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 申建中;夏文俊;蔣洪奎
• 申請（專利權）人: 金華中燁超硬材料有限公司
• 主分類號: B22F7/02
• 分類號: B22F7/02;B22F3/16;B22F1/00;C22C29/08;B32B15/04;B32B9/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 劉芬豪

技術領域

本發明屬于超硬材料制備領域，特別地涉及一種金剛石高釩鈦硬質合金聚晶復合片及其制備方法，適用于地質鈷探用低成本、高韌性、高抗沖擊金剛石復合片。

背景技術

聚晶金剛石復合片是一種金剛石聚晶與硬質合金基體組成的復合材料，具有硬度高、耐磨性好的特點。現有聚晶金剛石-硬質合金復合片通常采用鎢鈷類硬質合金作為基體材料，然后在高溫(通常1200～1600℃)、高壓(通常5Gpa以上)的一次合成。其他的，如在硬質合金上進行CVD或者PVD金剛石或者立方氮化硼、氮化鈦涂層。該技術已經應用多年，但該技術僅僅是為提高硬質合金的切削性能，是硬質合金性能提升的拓展延續。采用CVD、PVD處理的金剛石涂層硬質合金，主要應用在金屬切削方面。

地質鈷探用材料通常要求材料具有高硬度、高強度，高耐磨性、抗沖擊，要求材料具有好的綜合性能而不是單一性能。采用硬質合金進行CVD或者PVD處理的材料難以適應高性能地質鈷探的使用要求，尤其是石油鈷探高鈷探深度的要求，這類鈷探最忌諱井底損壞。

為了實現鈷探用材料的抗沖擊性，一般選用高含鈷量的鎢鈷類硬質合金。高含鈷量的硬質合金對金剛石聚晶的直接影響就是對金剛石使用過程的反催化，促使金剛石石墨化，從而降低了金剛石聚晶的性能。

鎢鈷類硬質合金具有強度高、硬度高的特點，但其韌性差、抗沖擊性能差，在地質鈷探等場合難以適應要求。目前，為改善此類基底硬質合金的性能，還集中在添加晶粒細化劑等研究方向上，硬質合金中添加碳化釩即屬于此。對于基底材料采用功能梯度硬質合金來發揮和改善材料性能還未見研究和報道。

采用CVD聚晶切割片增強的聚晶復合片，是制造金剛石聚晶復合片的另外工藝。采用CVD法可生產大尺寸、高厚度聚晶金剛石塊體。但在聚晶金剛石塊體與基底材料的復合上，目前還鮮有研究。采用CVD聚晶切割片增強的制造方法，如公開號為102700191A，公開日為2012年10月3日的中國發明專利ZL201210200657.3公開了一種制造方法，但該方法只是采用簡單的熱壓燒結工藝，聚晶CVD金剛石增強條與金剛石聚晶微粉之間無法形成有效的C-C共價鍵的化學鍵結合，聚晶微粉與微粉之間也未形成有效的C-C共價鍵的化學鍵結合，只是簡單的聚晶混合燒結體，產品性能差是工藝缺陷的必然。另外，將CVD聚晶切割片與金剛石聚晶微粉埋入硬質合金粉末中進行壓制、燒結，尤其是在氫氣氣氛下進行燒結，由于鈷的“反催化”及氫氣的“脫碳”效應，會顯著降低金剛石聚晶及聚晶復合片的性能，此種制造方法有待進一步提升。

鎢屬于難熔金屬，屬于保護性開采資源，價格昂貴。鈦屬于地殼中分布最廣和豐度高的元素之一；中國鈦資源居于世界首位，占世界已開采量的64％左右。釩也屬于中國的優勢資源，中國的釩資源占世界一半左右，其資源儲量達數十倍于鎢。利用廉價的資源代替部分鎢，可有效降低成本，同時符合國家達長期戰略利益。然而，用于制造硬質合金的碳化鎢硬度與金剛石相近；碳化鈦功能陶瓷粘接相差異較大；碳化鈦陶瓷還僅用于金屬精密加工等方面。碳化鈦金屬陶瓷在500℃以上硬度急劇降低，不能用于高溫使用的耐磨材料。但碳化鈦金屬陶瓷具有高韌性、抗沖擊等特點。

故，針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，利用廉價的鈦、釩資源，利用碳化鈦基、碳化釩基陶瓷的韌性、抗沖擊性與鎢鈷類硬質合金的高硬度、高耐磨性，生產一種具有復合功能的功能梯度復合材料，既可解決一般鎢鈷硬質合金的不足，又可提高產品綜合性能，同時降低產品生產成本，是一舉多得的方案。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種金剛石-高釩鈦硬質合金聚晶復合片，通過改進原料使用結構與合金基底結構，以及優化各層材料的配比、各層材料的性能，使得金剛石聚晶復合片具有低成本、高韌性、抗沖擊的優點。

本發明的又一目的在于提供一種金剛石-高釩鈦硬質合金聚晶復合片的制備方法，用于通過改進的原料，制備工藝以及合金基底結構，提供了一種生產具有低成本、高韌性、抗沖擊金剛石聚晶復合片的新工藝，通過產品的功能復合達到最終目的。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種金剛石-高釩鈦硬質合金聚晶復合片的制備方法，包括以下步驟：

S10，硬質合金準備