硬质合金基体的表面预处理方法及金刚石复合片制备方法与流程

本发明涉及金刚石复合片制备领域，尤其涉及硬质合金基体的表面预处理方法及金刚石复合片制备方法。

背景技术：

常规聚晶金刚石复合片的制造，一般通过将金刚石微粉与硬质合金基体封装在难熔金属容器中，在高温高压（hpht）条件下烧结制得。在hpht处理期间，硬质合金中的金属催化剂（co、ni、fe）熔化并渗透到金刚石颗粒的间隙区域中，促进金刚石颗粒间的生长，形成“d-d”结合的多晶金刚石（pcd），且pcd与硬质合金基体形成连接。与此同时，在金刚石颗粒的间隙区域占据大量的金属催化剂。

在hpht处理期间，在pcd与硬质合金基体的连接区域（即金刚石复合片中pcd与硬质合金基体的界面）中，产生显著的碳化钨晶粒（wc晶粒）异常长大（“agg”），这种异常长大的碳化钨晶粒通常为针状结构，有时也突出到pcd层中，从而在金刚石复合片在地下钻进或者切削过程中，引起应力集中导致pcd层与基体的剥离。此外，在高温条件下，使硬质合金中的co溶解形成碳的不饱和熔体，co熔体由于熔渗力的作用，对界面不致密的金刚石层造成极大的“冲蚀”形成超宽的钴池，同时溶解界面金刚石形成过饱和的钴碳固溶体，会加剧形成超宽的钴池。过宽的钴池极易导致pdc在高温使条件下界面脱层的发生。可见，co与金刚石之间的热膨胀系数巨大差异是pdc热稳定性的主要影响因素。

为了提升硬质合金基体与pcd层界面强度，“非平面（non-planar）”的界面技术和界面过渡层技术被广发应用。如现有技术cn201526273u中提出凹槽结构的基体结合面，将因结构引起的残余应力减低至最低，但是无法解决因界面异常长大引起的应力集中问题；现有技术us8069937通过界面形成贫碳的η相，从而解决wc异常长大，但是η相的存在，易导致硬质合金变脆，耐冲击性变差。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供硬质合金基体的表面预处理方法及金刚石复合片制备方法，旨在解决聚晶金刚石复合片中pcd层与硬质合金基体容易出现界面脱层的问题。

一种硬质合金基体的表面预处理方法，其中，包括：

步骤a、配制酸溶液；

步骤b、将硬质合金基体置于所述酸溶液中，并超声处理；

步骤c、取出超声处理后的硬质合金基体，进行清洗处理和烘干处理。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述酸溶液为无机酸溶液；

所述无机酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液、氢氟酸溶液、磷酸溶液中的一种。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述酸溶液为有机酸溶液。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述有机酸溶液为草酸溶液、酒石酸溶液中的一种。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述酸溶液为混合酸溶液。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述混合酸溶液为王水、路易斯酸中的一种。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述酸溶液的质量分数为0.1%-80%。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述超声处理的频率为20hz-20khz。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述超声处理的时间为5分钟-72小时。

所述的硬质合金基体的表面预处理方法，其中，所述超声处的理温度为15℃-300℃。

一种金刚石复合片的制备方法，其中，包括：

采用如上所述硬质合金基体的表面预处理方法对硬质合金基体进行预处理；

将平均粒度为0.5-50μm的金刚石微粉和预处理后的硬质合金基体置于难熔金属容器中，在烧结压力为5-10gpa，烧结温度为1400-2200℃的条件下，制备得到金刚石复合片。

有益效果：本发明提出一种硬质合金基体的表面预处理方法，一方面，能够避免在制备金刚石复合片过程中出现界面wc晶粒异常长大的问题，进而提升制备得到的金刚石复合片的抗冲击性能；另一方面，能够改变金刚石复合片的界面微结构，在高温条件下使钴液进入金刚石层的速度更慢，从而减缓钴液对界面金刚石的“冲蚀”，使界面处富钴层更薄，进而提升金刚石复合片的耐热性能。

附图说明

图1为本发明对比例所制备的金刚石复合片的sem图。

图2为本发明实施例1所述制备的金刚石复合片的sem图。

具体实施方式

本发明提供一种硬质合金基体的表面预处理方法及金刚石复合片制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种硬质合金基体的表面预处理方法，其中，包括：

步骤a、配制酸溶液；

步骤b、将硬质合金基体置于所述酸溶液中，并超声处理；

步骤c、取出超声处理后的硬质合金基体，进行清洗处理和烘干处理。更优选地，所述清洗处理具体为将硬质合金基体在水中进行超声清洗处理，除去残留在硬质合金基体上的杂质。

本发明硬质合金基体的表面预处理方法是在制备金刚石复合片之前，对硬质合金基体采用酸溶液对硬质合金基体进行的预处理步骤，达到改善金刚石复合片性能的目的。

本发明具体是通过酸溶液对硬质合金基体进行预处理后的硬质合金基体，能够有效消除界面wc异常长大的问题，提高金刚石的抗冲击性能。

本发明采用酸溶液对硬质合金基体进行预处理，能够改变制备得到的金刚石复合片的界面微结构，在高温条件下，可以减缓液体钴流入金刚石层中的速度，防止钴液体在界面附近的大量累积，提高金刚石复合片的耐热性能。

本发明中所述酸溶液可以是无机酸溶液、有机酸溶液或是混合酸溶液。本发明所述酸溶液通过酸处理改变硬质合金基体，从而达到提高金刚石复合片的抗冲击性能和耐热性能。

优选地，所述无机酸溶液为硫酸溶液、盐酸、硝酸溶液、氢氟酸溶液、磷酸溶液中的一种或多种；所述有机酸溶液为草酸溶液、酒石酸溶液中的一种或两种；所述混合酸溶液为王水、路易斯酸中的一种。本发明所述酸溶液不限于上述举例。

优选地，所述酸溶液的质量分数为0.1%-80%。不同的酸溶液的成分不同，其酸溶液的质量分数也不同，如所述酸溶液为质量分数为50%的硫酸溶液。所述酸溶液的质量分数不宜超过80%，提高预处理的效果。

优选地，所述超声处理的频率为20hz-20khz，所述超声处理的时间为5分钟-72小时，所述超声处的理温度为15℃-300℃。上述硬质合金的表面预处理参数不宜过大或过小，保证制备的金刚石复合片的品质。

下面为结合本发明所述硬质合金的表面预处理方法的金刚石复合片的制备方法，包括：

采用如权利要求1所述硬质合金基体的表面预处理方法对硬质合金基体进行预处理；

将平均粒度为0.5-50μm的金刚石微粉和预处理后的硬质合金基体置于难熔金属容器中，在烧结压力为5-10gpa，烧结温度为1400-2200℃的条件下，制备得到金刚石复合片。

具体地，所述金刚石复合片制造方法，包括步骤：

1、将硬质合金基体加工到规定尺寸，超声清洗烘干；

2、配置一定质量浓度的酸溶液；

3、将硬质合金基体置于酸溶液中，超声处理；

4、将步骤3处理后的硬质合金基体取出，超声清洗处理和烘干处理；

5、将烘干处理后的硬质合金基体与金刚石微粉封装在难熔金属容器中，随后进行高温高压（hpht）处理，制备得到金刚石复合片。

所述步骤5具体包括：将平均粒度为0.5-50μm的金刚石微粉和预处理后的硬质合金基体置于难熔金属容器中，在烧结压力5-10gpa，烧结温度1400-2200℃的条件下，制备得到金刚石复合片。

下面通过具体的实施例和对比例对本发明的技术方案作进一步说明。

对比例

将wcco13硬质合金基体与平均粒度15μm的微粉组装于难熔金属容器中，随后，在约6.5gpa、1450℃的条件合成金刚石复合片。

图1为本对比例所制备的金刚石复合片的sem图。如图1所示在pcd与硬质合金基体的界面出现显著的wc晶粒异常长大的现象。

实施例1

1、配制酸溶液：将质量分数为98%的硫酸溶液与质量浓度为65%的硝酸溶液加水混合，制得混合酸；其中，硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为2:1:3。

2、将wcco13硬质合金基体置于酸溶液中，加热至50℃，超声处理2小时，超声频率为25khz。

3、将步骤2处理后的硬质合金基体置于清水中超声清洗30分钟，取出烘干。

4、将步骤3烘干后的硬质合金基体与平均粒度15μm的金刚石微粉组装于难熔金属容器中，随后，在约6.5gpa、1450℃的条件合成金刚石复合片。

图2为本实施例所述制备的金刚石复合片的sem图。如图2所示，在pcd与硬质合金基体的界面没有产生wc晶粒异常长大现象。

实施例2

1、配制酸溶液：将300g酒石酸加入到300g水中，配制得到酸溶液。

2、将wcco13硬质合金基体置于酸溶液中，加热至80℃，超声处理10小时，超声频率为45khz。

3、将步骤2处理后的硬质合金基体置于清水中超声清洗30分钟，取出烘干。

4、将步骤3烘干后的硬质合金基体与平均粒度15μm的金刚石微粉组装于难熔金属容器中，随后，在约6.5gpa、1450℃的条件合成金刚石复合片。

本发明公开了硬质合金基体的表面预处理方法及金刚石复合片制备方法，解决了现有技术中界面wc异常长大并有效减少界面富钴层厚度，从而提升金刚石复合片的抗冲击性和耐热性。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。