[发明专利]一种电解联合酸处理聚晶金刚石金属脱除的方法

说明书

本发明公开了一种电解联合酸处理脱除聚晶金刚石中金属的方法，属于超硬材料磨料磨具领域。主要过程分为聚晶金刚石表面净化、聚晶金刚石碱性电解液电解处理、聚晶金刚石酸解金属脱除处理三个部分。本发明操作简单，具有脱除金属效率高、安全、环保等一系列优点，大大提高了脱除金属深度，降低了聚晶金刚石在使用过程中的残余热应力，增强了聚晶金刚石的热稳定性和耐磨性。且和传统酸法脱除金属相比，此发明在室温下进行，避免了高温下强酸溶液挥发的情况，具有较高的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明专利涉及超硬材料磨料磨具领域，是一种电解联合酸处理脱除聚晶金刚石中金属的方法。

背景技术

聚晶金刚石（PCD）是由金刚石微粉与金属触媒在高温高压下烧结而成的，其具有金刚石的高硬度和高耐磨性，由于其良好的性能，所以被广泛应用于石油钻头、刀具等多个行业。随着科学技术的进步与发展，国内外对超硬材料提出了新的要求，尤其是热稳定性。PCD作为超硬材料重要的一部分，提高其热稳定性能使得产品能够更好地满足使用要求是当下我们要解决的重要难题。

目前提高PCD热稳定性最有效的方法就是去除金刚石聚晶层中的金属相钴、铝等元素。在PCD的烧结过程中，金属钴作为烧结助剂起催化剂作用，促进金刚石颗粒之间的结合生成D-D键。金属钴的存在之所以会降低聚晶金刚石的稳定性，有两个主要原因，一是所用烧结助剂金属钴与金刚石的热膨胀系数相差较大，由于聚晶金刚石工作条件多为高温条件，因此在工作过程中金刚石晶粒容易脱落从而降低金刚石复合片的性能，二是当温度高于700℃时金刚石会在钴元素的催化作用下转化为石墨使得PCD失效,导致其热稳定性降低。同时金属钴的存在会破坏PCD中形成的Ｄ－Ｄ键，使得PCD在高温条件下出现大规模的磨损、开裂、分层等热损伤，从而降低工具的使用寿命。铝等金属的存在由于热膨胀系数不同也会造成PCD内部热应力，造成内部裂纹、强度硬度下降等问题，从而降低其使用性能。

为提高PCD产品的使用性能，需除去其中的金属钴、铝等元素。目前已有很多国内外学者对PCD的金属脱除进行了研究，常用的方法为酸法金属脱除。酸金属脱除技术所用酸种类繁多，包括盐酸、硝酸、氢氟酸以及磷酸、硫酸、高氯酸，大多是采用腐蚀性强酸或将几种强酸进行混合作为金属脱除试剂，利用强酸试剂的强氧化性来达到脱除效果。而使用传统酸法存在两个弊端，一方面强酸在高温下挥发对环境产生危害，另一方面脱除深度和效果都不够理想。因此研究一种安全、环保、高效的金属脱除方法尤为关键。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种电解联合酸处理聚晶金刚石金属脱除的方法，在碱性电解液中对聚晶金刚石表面进行预处理，脱除部分表面金属，使后续酸处理过程中酸溶液能顺利进入到金刚石颗粒缝隙中对金属进行脱除。其原理可靠，操作简单，安全环保，大大提高了脱除深度，降低了聚晶金刚石在使用过程中的残余热应力，增强了聚晶金刚石的热稳定性和耐磨性。且和传统酸法金属脱除相比，此发明在室温下进行，避免了高温下强酸溶液挥发的情况，具有较高的实用价值和应用前景。

技术方案

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

a、聚晶金刚石表面净化处理，其具体过程为：先用丙酮溶液溶解聚晶金刚石表面有机溶剂，再用乙醇溶液清洗残留的丙酮溶液，最后将洗净的聚晶金刚石烘干备用；

b、聚晶金刚石碱性电解液电解处理，其具体过程为：将处理后的聚晶金刚石放入定制的电解池中电解处理，电解液是由Na₂CO₃、KOH、H₂O组成的混合溶液，Na₂CO₃溶液和KOH溶液比例为1：1到1：3之间，（Na₂CO₃，KOH）和H₂O的比例为1：20到1：50之间，以聚晶金刚石为阳极，金属铜片为阴极，确定电压在0.5v到1.5v之间，确定电解时间在24h到48小时之间；