[發(fā)明專利]一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石復(fù)合片及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010094736.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111300924A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳文;張海潮;佘丁順;田斌;康嘉杰;孟德忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): B32B15/16
• 分類號(hào): B32B15/16;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00;B32B37/10;B32B37/06;B32B38/00;B32B37/12;C01B32/28
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本發(fā)明一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石復(fù)合片及其制備方法，提出了一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石復(fù)合片及其制備方法，主要由硬質(zhì)合金層，普通金剛石微粉層以及混料金剛石微粉層三個(gè)組成部分自下而上階梯平鋪后經(jīng)過(guò)預(yù)壓制備坯體，而后經(jīng)過(guò)高溫高壓燒結(jié)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述聚晶金剛石復(fù)合片在保證其自身強(qiáng)度的前提下，通過(guò)在粉體中添加MAX潤(rùn)滑相，使得聚晶金剛石復(fù)合片獲得自潤(rùn)滑特性。所述聚晶金剛石復(fù)合片克服了聚晶金剛石復(fù)合材料在真空下潤(rùn)滑劑選擇受限的困難，使得聚晶金剛石復(fù)合片在真空條件下的使用更加高效，延長(zhǎng)了其在真空環(huán)境下的服役壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)超硬材料工具設(shè)計(jì)及制備領(lǐng)域，具體涉及到一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石復(fù)合片及其制備方法。

背景技術(shù)

燒結(jié)聚晶金剛石復(fù)合片是一種以金剛石微粉為原料，經(jīng)過(guò)高溫高壓燒結(jié)合成的新型復(fù)合材料。由于其具有高硬度、高耐磨及優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，其廣泛應(yīng)用于拉絲模具、地質(zhì)鉆探、硬質(zhì)材料切削刀具等方面。隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，空間環(huán)境鉆探及開(kāi)采逐漸成為新的挑戰(zhàn)。然而聚晶金剛石工件在外太空環(huán)境下的使用存在問(wèn)題，由于太空下高真空環(huán)境的影響，傳統(tǒng)燒結(jié)聚晶金剛石工具在服役過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的黏著現(xiàn)象，使得金剛石工具在服役過(guò)程中表面剪切力過(guò)大，導(dǎo)致失效。而在真空環(huán)境下潤(rùn)滑劑的選擇受到環(huán)境限制，因此開(kāi)發(fā)一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石材料對(duì)于其太空中的應(yīng)用有著重要意義。

聚晶金剛石在真空條件下產(chǎn)生高黏著的主要原始是摩擦配副兩端的材料的粘附作用導(dǎo)致的。在大氣條件下，聚晶金剛石材料與其對(duì)磨副在高真空條件下表面會(huì)吸附大氣中的水分子以及其他物質(zhì)形成吸附層，從而鈍化表面懸鍵。但出于真空條件下時(shí)，聚晶金剛石材料及其對(duì)磨副表面的吸附層在真空環(huán)境的作用下解吸附，被鈍化的懸鍵重新裸露。隨著界面的不斷滑動(dòng)，摩擦界面處的對(duì)磨副兩端發(fā)生鍵合，從而產(chǎn)生黏著。這是聚晶金剛石材料在真空下摩擦學(xué)性能較差的主要原因。因此在改善聚晶金剛石材料真空摩擦磨損性能的研究中，尋找一種能夠減輕粘附、降低摩擦同時(shí)不影響聚晶金剛石自身強(qiáng)度的添加材料尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于植被一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石復(fù)合片，其結(jié)構(gòu)為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包含底層的硬質(zhì)合金基體層，中間層的普通金剛石微粉層，和最表層的混料金剛石微粉層，硬質(zhì)合金基體由WC-Co硬質(zhì)合金制備。在燒結(jié)聚晶金剛石粉料中均勻添加MAX相，通過(guò)對(duì)其含量、粒度和放置位置的專門(mén)設(shè)計(jì)，達(dá)到在保證金剛石顆粒結(jié)合強(qiáng)度的基礎(chǔ)上改善聚晶金剛石的摩擦磨損性能的目的，添加潤(rùn)滑相MAX相應(yīng)當(dāng)與金剛石粉體混料均勻，在不影響聚晶金剛石復(fù)合片燒結(jié)強(qiáng)度的條件使得聚晶金剛石材料在摩擦過(guò)程中具備自潤(rùn)滑特性，以解決上述背景技術(shù)中提出的一步提升聚晶金剛石材料的摩擦磨損性能，使其獲得更加高效長(zhǎng)時(shí)的服役性能的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種具備自潤(rùn)滑特性的聚晶金剛石復(fù)合片，其結(jié)構(gòu)為復(fù)合結(jié)構(gòu)，包含底層的硬質(zhì)合金基體層，中間層的普通金剛石微粉層，和最表層的混料金剛石微粉層。

所述硬質(zhì)合金基體由WC-Co硬質(zhì)合金制備。

所述普通金剛石微粉層的金剛石微粉平均粒徑為20~30μm；混料金剛石微粉層包含金剛石粉體以及MAX相潤(rùn)滑劑，所述金剛石粉體的平均粒徑為10~20μm。

MAX相可選用Ti₃SiC₂、Ti₂AlC、Ti₃GeC₂、Ti₃(Si,Ge)C₂中的一種或多種；所述金剛石粉體以及MAX相潤(rùn)滑劑的混料配比，按質(zhì)量百分含量計(jì)算應(yīng)當(dāng)為金剛石粉體：MAX相=1:0.1~0.3。

MAX相的中值粒徑D50 = 5~8 μm，所述MAX相的分布方式為完全均勻散布在所述聚晶金剛石復(fù)合片中，或以相對(duì)集中的島嶼狀分布在所述聚晶金剛石復(fù)合片中，所述島嶼的直徑范圍不超過(guò)5mm。