[发明专利]一种表面改性的聚晶金刚石及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚晶金刚石性能的改进，具体涉及一种表面改性的聚晶金刚石及其加工方法。

背景技术

金刚石-硬质合金复合片（简称金刚石复合片或PDC）是将金刚石粉末添加一定的烧结助剂与硬质合金基体组装在一起后，在专用金刚石液压机上，并在超高压高温条件下烧结制得。它由聚晶金刚石层和硬质合金基体构成。由于聚晶金刚石层硬度高、耐磨性好，加上硬质合金基体具有良好的韧性和可焊性，使其在石油钻探、地质钻探及煤田开采和切削加工等领域中得到广泛应用。

在制造PDC或制造整体聚晶金刚石时通常采用钴、镍、铁作为烧结助剂对金刚石粉进行超高压高温烧结。最常用的触媒金属是钴及其合金，常用的超高压高温烧结的压力条件是4.5-6GPa。在此条件下，要使金刚石颗粒之间互相直接烧结在一起形成D-D结合结构（金刚石-金刚石结合），必须采用上述烧结助剂才能完成烧结，从而得到性能优异的聚晶金刚石层，聚晶金刚石的显微组织是由具有相连骨架结构的金刚石相和弥散分布的“小岛状”金属相组成。

金刚石颗粒烧结成骨架结构后，整个聚晶金刚石的性能完全依赖金刚石骨架结合的程度。金刚石颗粒间结合得越充分，结合面积越大，聚晶金刚石的强度越好、越耐磨。该强度基本与弥散在骨架间隙中的金属相无关。相反，铁族金属相的存在对聚晶金刚石的使用性能是有害的，其中包括热损害和应力损害。

在PDC用作工具工作时，其与工件接触的工作点附近常常有很高的工作温度，局部能达到七八百摄氏度，甚至上千摄氏度。研究表明，作为高压下促使石墨转变为金刚石的触媒金属—钴、镍、铁，常压下也会促进金刚石向石墨的转变。因此，PDC中的铁族金属相会因工作点高温温度不同在一定程度上减低PDC的耐磨性，造成热损害。

金刚石的热膨胀系数只是钴的十分之一，当工作温度很高时，钴相膨胀远大于金刚石骨架的膨胀，产生热应力。热应力达到一定值后，会破坏金刚石骨架，使聚晶金刚石出现裂纹，造成应力损害。

因而现有聚晶金刚石本体的结构和加工方法还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种表面改性的聚晶金刚石及其加工方法，将聚晶金刚石本体上的触媒金属去除形成孔洞，并采用非触媒高导热性金属嵌入这些孔洞中，从而消除聚晶金刚石本体在高温工作时的热损害和应力损害。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种表面改性的聚晶金刚石，包括聚晶金刚石本体，其中，在所述聚晶金刚石本体上设置有去除触媒金属后形成的孔洞，在所述孔洞中嵌置有非触媒金属。

所述表面改性的聚晶金刚石，其中，所述非触媒金属为铜、银、铝、或者铜、银、铝的合金。

所述表面改性的聚晶金刚石，其中，所述孔洞的深度为0.1-1mm。

一种表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，包括：

将聚晶金刚石本体表面的触媒金属去除，并在聚晶金刚石本体表面形成孔洞；

将非触媒金属嵌入所述孔洞中。

所述表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，所述将聚晶金刚石本体表面的触媒金属去除，并在聚晶金刚石本体表面形成孔洞的步骤具体包括：

将聚晶金刚石本体在王水中煮沸，并在沸腾的王水中保持20-60小时；

将聚晶金刚石本体取出清洗至中性。

所述表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，所述将非触媒金属嵌入所述孔洞中的步骤具体包括：

以1400转/秒的转速转动的铜轮与聚晶金刚石本体表面接触；

进给0.1-0.4毫米进行强力摩擦，使聚晶金刚石本体的表面被铜覆盖。

所述表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，

将聚晶金刚石本体在王水中煮沸，并在沸腾的王水中保持10-110小时；

将聚晶金刚石本体取出清洗至中性。

所述表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，所述将非触媒金属嵌入所述孔洞中的步骤具体包括：将聚晶金刚石本体置于铜模具中，以该模具为阴极，以硫酸铜溶液为电解液，纯铜板为阳极，进行电沉积。

所述表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，所述的非触媒金属为铜、银、铝、或者铜、银、铝的合金。

所述表面改性的聚晶金刚石的加工方法，其中，所述孔洞的深度为0.1-1mm。

本发明提供的一种表面改性的聚晶金刚石及其加工方法，采用了将聚晶金刚石本体上的触媒金属去除，并将非触媒金属嵌入去除触媒金属后在聚晶金刚石表面形成的孔洞中，从而消除了聚晶金刚石在高温工作时的热损害和应力损害，延长了聚晶金刚石的使用寿命。

附图说明