[發明專利]一種以低鈷含量燒結碳化鎢為基體的聚晶金剛石復合片

在審

• 申請號: 201811587201.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN110116221A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 姜文輝
• 申請（專利權）人: 姜文輝
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;E21B10/567;C22C29/08
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明是關于一種具有涂層覆蓋的、以低鈷含量燒結碳化鎢作為基體的聚晶金剛石復合片。該復合片是由聚晶金剛石層和燒結碳化鎢基體構成，其中：聚晶金剛石層為未脫除觸媒材料或脫除觸媒材料(部分或全部)的，燒結碳化鎢基體含有3％～10％(重量百分數)的鈷或鈷基合金作為粘結劑。涂層至少覆蓋燒結碳化鎢基體的部分表面，可擴展覆蓋聚晶金剛石層的部分乃至全部表面。涂層為單層或者多層，但至少包含一金屬或合金層。涂層的制備方法有物理氣相沉積、化學氣相沉積、熱反應沉積和擴散、電鍍、化學鍍、或者它們的組合。本發明的聚晶金剛石復合片具有減少的殘余應力、低脆性，以及優異的抗沖蝕耐磨性能和可釬焊性能。

技術領域

本發明是關于一種用于切削工具、磨具及鉆具上以低鈷含量燒結碳化鎢為基體的聚晶金剛石復合片，屬于道路橋梁建設、機械加工、石材加工、采礦、石油鉆探及開采等領域。

背景技術

聚晶金剛石復合片(Polycrystalline Diamond Cutter,PDC)業已為人們所熟知，它是由一聚晶金剛石(Polycrystalline Diamond,PCD)層和硬質合金(燒結碳化物)支撐基體構成，聚晶金剛石復合片制備通常是在高溫高壓下、在觸媒材料的輔助下、在燒結碳化物基體上、將細小的金剛石顆粒燒結粘合在一起，常見的金屬觸媒材料為鈷、鎳、鐵及其它們的合金，該工藝即為常見的高溫高壓過程。聚晶金剛石復合片的支撐基體為燒結碳化物，例如：以鈷作為粘結劑的燒結碳化鎢。在高溫高壓燒結過程中，燒結碳化物基體中的鈷或其它金屬觸媒材料可擴散至聚晶金剛石層中的金剛石顆粒間，作為觸媒，它促進金剛石顆粒間的結合(金剛石與金剛石鍵結合，即Diamond-to-Diamond,簡稱D-D鍵結合)，形成聚晶金剛石層。另一種方法，先將金剛石顆粒與粉末狀的觸媒材料預先混合均勻，然后在高溫高壓下燒結，形成聚晶金剛石。

聚晶金剛石復合片也可通過釬焊方法，將制好的無基體支撐的聚晶金剛石層與燒結碳化物基體焊合在一起來制備。如前所述，無基體支撐的聚晶金剛石層可通過在高溫高壓下、在觸媒材料的輔助下燒結而成。

人們認識到聚晶金剛石中的金屬觸媒材料(如：鈷)對其熱穩定性是非常有害的。金屬觸媒材料不僅促進金剛石的石墨化，而且，由于其熱膨脹系數與金剛石有顯著差異，導致形成高的熱應力。為了改進聚晶金剛石的熱穩定性，各種熱穩定聚晶金剛石(ThermallyStable Polycrystalline Diamond,TSPCD)相繼問世，它們或者是用非金屬觸媒材料、或者是將合成的聚晶金剛石中金屬觸媒材料部分或全部脫除掉。

熱穩定聚晶金剛石復合片(Thermally Stable Polycrystalline DiamondCutter,TSPDC)是指由熱穩定聚晶金剛石層(TSPCD)和燒結碳化物基體構成的聚晶金剛石復合片。通常，熱穩定聚晶金剛石復合片是通過脫除掉聚晶金剛石層中部分或全部金屬觸媒材料(如：鈷)來獲得的。脫除金屬觸媒材料的方法有化學、電化學及其它技術。最常見的是部分脫除金屬觸媒材料，即僅脫除聚晶金剛石層表面和亞表層中的金屬觸媒材料，深度一般是幾十至幾百微米、不超過1毫米，而聚晶金剛石層內部仍保留金屬觸媒材料。美國專利(April 2,2005；U.S.Pat.No.6,878,447B2；Polycrystalline Diamond PartiallyDepleted of Catalyzing Material)和(July 15,2003；U.S.Pat.No.6,592,985B2；Polycrystalline Diamond Partially Depleted of Catalyzing Material)是關于部分脫除金屬觸媒材料的聚晶金剛石復合片的。完全脫除金屬觸媒材料不僅耗時長，而且還會導致聚晶金剛石層變脆。部分脫除金屬觸媒材料的聚晶金剛石除了改善其熱穩定性，而且還保持聚晶金剛石良好的抗沖擊性能。部分脫除金屬觸媒材料的熱穩定聚晶金剛石復合片具有優異的綜合性能，在切削應用中如石油鉆探取得極大的成功，得到廣泛的應用。