[发明专利]一种纳米钻石烯增强硬质合金复合材料及其制备方法

说明书

一种纳米钻石烯增强硬质合金复合材料，该复合材料由以下重量份数的原料制成：硬质合金粉30～60份、纳米钻石烯5～25份、663‑Cu‑稀土预合金粉15～25份、Co粉5～15份、Ni‑Mn预合金粉5～15份、Fe‑P预合金粉5～15份，上述各原料之和为100份。同时本发明还进一步公开其制备方法，发现加入适量的纳米钻石烯，在不降低硬质合金原有韧性的前提下，可大幅提高其硬度，从而使其耐磨性和使用寿命大大增加；其次纳米钻石烯的导热率高，它的加入能提高硬质合金制品的散热速率，减小因温差过大、应力集中而造成开裂的几率；其制备方法简单，硬质合金生产厂家无需再投入大量资金，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域 ，具体涉及一种纳米钻石烯增强硬质合金复合材料及其制备方法。

背景技术

随着机械制造、采矿和建筑等行业的快速发展，对耐磨材料及其制品的使用量越来越多，同时对制品的质量也提出了越来越高的要求。目前来看，常用的耐磨材料主要有两种：一种是以碳化钨为代表的硬质合金，另一种是以人造金刚石为代表的非金属超硬材料。相比于硬质合金来说金刚石具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数小和导热率高的特点。但硬质合金并没有因此而被完全取代，因为相比于金刚石，硬质合金除了具有韧性好、高温稳定性好和可焊接性能好的特点，还具有工艺相对简单、生产成本低、产品尺寸范围大等特点，许多金刚石制品还需要以硬质合金作为基体，比如孕镶金刚石钻头的胎体、聚晶金刚石复合片(PDC)的基体等。

硬质合金具有的优良特性使它不断没有被取代，反而运用的越来越广，尤其是高韧性的钢结硬质合金。传统硬质合金是由硬质颗粒和粘结剂经粉末冶金制备而成，粘结剂是软相，含量过多材料韧性好、但硬度差，含量过低硬度高、但韧性差，所以硬度和韧性很难同时兼顾。钢结硬质就是以增加粘结剂的含量来提高材料任性的，这势必会牺牲其硬度，因此在保持钢结硬质合金高韧性的前提下，来提升其硬度，是一件非常有意义的工作。多年的研究表明，从传统硬质合金本身配方上的调整是很难的，复合是材料增强的有效方式，特别是纳米材料在材料的增强上有着很好地效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米钻石烯增强硬质合金复合材料，同时提供其制备方法是本发明的又一发明目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种纳米钻石烯增强硬质合金复合材料，该复合材料由以下重量份数的原料制成：硬质合金粉30～60份、纳米钻石烯5～25份、663-Cu-稀土预合金粉15～25份、Co粉5～15份、Ni-Mn预合金粉5～15份、Fe-P预合金粉5～15份，上述各原料之和为100份。本发明中，除了纳米钻石烯外，所有成分的粒度均在0.1～10um之间。

所述纳米钻石烯使用前须经过清洗和表面镀钛处理，其粒度配比为50nm：100nm：250nm=(1-2)：(2-3)：(4-5)。

所述纳米钻石烯使用前清洗和表面镀钛处理的具体步骤为：

a)超声波碱洗：将纳米钻石烯置于碱液中超声波碱洗，采用的超声波频率为25～30KHz，碱液为浓度8%～12%的NaOH溶液，碱液温度为50 ℃～60℃，搅拌速度为25～30rpm，清洗时间为25～30min；

b)超声波清洗：超声波频率均为30KHz，清洗液为去离子水，搅拌速度为25～30rpm，搅拌时间为20～30min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；

c)酸洗活化：酸洗液为浓度为25%～30%的硫酸溶液，酸洗温度控制在50～60℃，搅拌速度为15～20rpm，搅拌时间为20～30min，以达到将原料表面活化的目的；

d)超声波水洗：超声波水洗为常温清洗，超声波频率为30～40KHz，水洗液为去离子水。将原料入去离子水中并旋转搅拌，旋转转速为20～25rpm，搅拌时间为8～10min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；