超硬材料微粉的镀钛工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超硬材料表面处理方法，尤其涉及一种超硬材料微粉的镀钛方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，对工件的要求也越来越高，磨料磨具作为机械加工中的一个重要分支，自然越来越受到人们的重视。超硬磨料如金刚石、立方氮化硼、碳化硼等，由于其特有的高硬度，良好的热导性以及卓越的耐磨性使得其在工具行业中的应用越来越广。在利用现有的超硬材料制作工具的技术中，通常会在超硬材料的表面镀一层金属钛，通过镀层对超硬材料的隔离作用，使超硬材料在高温烧结和高温磨削时免受空气和结合剂的侵蚀，延长工具的使用寿命，提高加工效率。
[0003]现有技术主要通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、以及真空沉积等方法在金刚石等超硬材料颗粒表面镀钛，但是这些方法都存在着一定的弊端，如PVD法制备的镀层，由于反应温度较低，使得镀层与金刚石颗粒间的结合力较低，此外还存在着镀层制备过程中产生的气体难以渗透到堆积的金刚石颗粒的底部，进而使得镀覆效率低等缺点；CVD法制备的镀层，虽同金刚石颗粒间有较高的结合力，但在镀层制备的过程中参与反应的气体以及反应完成后残留的尾气均具有一定的腐蚀性、可燃性及有毒性，给设备、环境、操作人员都带来了一定的安全隐患；经真空沉积制备的镀层，虽没有以上缺点，同时也有较高的镀覆效率，但是其通常采用筛网过滤，如振动筛过滤的方法分离钛粉，使得钛粉残留在产品中的含量达到5%以上，而且分离方法也将最终产品的粒径限制在1000目以上，即最终镀钛超硬材料颗粒的直径大于15微米，从而影响产品的纯度和使用效果，并且在镀层的制备过程中需要消耗大量的镀覆金属，使得生产成本过高。
【发明内容】
[0004]由鉴于此，确有必要提供一种超硬材料微粉的镀钛工艺，以解决上述技术问题。
[0005]本发明提供一种超硬材料微粉的镀钛工艺，包括以下步骤:
混合原料:将钛粉镀料和超硬材料微粉混合，得到混合原料；其中，所述超硬材料为金刚石、立方氮化硼或碳化硼等。
[0006]真空蒸镀:将所述混合原料置于真空腔中，并采用真空沉积法将所述钛粉镀料蒸镀在所述超硬材料微粉的表面上，形成镀钛超硬材料微粒粗品；
研磨粗品:将所述镀钛超硬材料微粒粗品置于研磨罐中进行研磨，得到镀钛超硬材料微粒半成品；
分离纯化:将所述镀钛超硬材料微粒半成品分散到流体介质中，形成沉降混合液，采用沉降法对所述沉降混合液进行分层分级处理，得到镀钛超硬材料微粒精品；
干燥精品:干燥所述镀钛超硬材料微粒精品，获得镀钛超硬材料微粒成品。
[0007]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述分离纯化的步骤包括:将所述镀钛超硬材料微粒半成品分散到水中，并不断搅拌，形成沉降混合液；采用静置重力沉降的方法对所述沉降混合液进行微粉多级沉降处理，得到镀钛超硬材料微粒精品。
[0008]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述研磨粗品的步骤包括:将所述镀钛超硬材料微粒粗品置于研磨罐中，采用棒磨机研磨所述镀钛超硬材料微粒粗品得到镀钛超硬材料微粒半成品。
[0009]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述研磨粗品的步骤包括:将所述镀钛超硬材料微粒粗品装入3~10升的研磨罐中，并加入直径为5?6毫米的钢球3~10千克；使所述棒磨机以30~80 r/min密封滚动研磨所述镀钛超硬材料微粒粗品60?240分钟，筛出钢球，得到镀钛超硬材料微粒半成品；从所述研磨罐中取出所述镀钛超硬材料微粒半成品。
[0010]其中，所述研磨罐的体积可以为3升、4升、5升、8升、10升，但不限于这些值；所述磨棒机的滚动速度可以为，但不限于30 r/min、45 r/min、60 r/min、80 r/min ;研磨时间可以为，但不限于60分钟、80分钟、100分钟、150分钟、200分钟、240分钟。可以理解，本发明保护的技术方案中的研磨粗品的步骤中的各参数范围包括上述范围，不限于上述范围，其中的各参数可以根据实际情况选择。
[0011]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，在所述混合原料的步骤之前包括以下分步骤:
原料分级:对钛粉原料的粒度进行分级处理，分成多个钛粉原料群，并测量所述多个钛粉原料群的粒度的D1和D90值，以确定每个钛粉原料群的粒度范围；
钛粉镀料选择:依据所述钛粉镀料的粒度DlO值为所述超硬材料微粉的粒度的D90值加上3?8微米的原则，从所述多个钛粉原料群中选择一个钛粉原料群作为所述钛粉镀料。其中，所述钛粉镀料的粒度DlO值与所述超硬材料微粉的粒度D90值相差可以为3微米、4微米、5、微米、6微米、7微米、8微米，但不限于这些值。优选地，所述钛粉镀料的粒度D1值为所述超硬材料微粉的粒度的D90值加上5?6微米。
[0012]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述原料分级的步骤包括:对325目钛粉按照沉降法在纯净水中根据超硬材料微粉的生产工艺进行粒度分级；采用激光粒度分析仪检测所述各级钛粉原料的DlO和D90值，以确定其粒度范围。
[0013]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述混合原料的步骤包括:将所述钛粉镀料和所述超硬材料微粉按照(0.8?1.5): (3.5?5)的质量比混合，并加入盐酸和无水乙醇，以形成所述混合原料。优选地，在所述混合原料中，所述钛粉镀料和所述超硬材料微粉的质量比为(0.9?1.2): (3.5?4.5)。在所述混合原料中的钛粉镀料和超硬材料微粉的质量比可以为，但不限于 0.8:3.5,0.9:3.5、1:4、1.2:4.5、1.5: 5、0.8: 5、1.5:3.5。可以理解，本发明保护的技术方案中的钛粉镀料和超硬材料微粉在所述混合原料中的质量比范围包括(0.8?1.5): (3.5?5)，但不限于该范围。
[0014]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，在所述混合原料中，所述钛粉镀料、盐酸、无水乙醇的质量比为(30?60): (0.7?1.2): (0.7?1.2)，且所述盐酸的浓度为13%?23%，所述无水乙醇的纯度为90%?99%。可以理解，本发明保护的技术方案中的钛粉镀料、盐酸、无水乙醇在所述混合原料中的质量比范围、盐酸的浓度范围和无水乙醇的纯度范围包括上述范围，但不限于上述范围。
[0015]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述真空蒸镀的步骤包括:将所述混合原料装入镀钛炉中，以250°C /小时?365°C /小时的速度加热所述镀钛炉至其炉膛温度升至380°C?440°C时密封镀钛炉的炉膛，并对所述镀钛炉进行抽真空处理，继续升温至760V?830°C并保温，且使其真空度维持在-0.1 MPa?-0.15 MPa之间，保温100?120分钟后停止加热并保持抽真空，形成所述镀钛超硬材料微粒粗品。其中，优选地，装入所述镀钛炉中的超硬材料微粉的量为9000?17000克拉，更优选地，为10000?15000克拉。可以理解，本发明保护的技术方案中的真空蒸镀的步骤中的各参数范围包括上述范围，不限于上述范围，其中的各参数可以根据实际情况选择。
[0016]基于上述超硬材料微粉的镀钛工艺，所述干燥精品的步骤包括:在70°C?125°C的温度下干燥所述镀钛超硬材料微粒精品，得到所述镀钛超硬材料微粒成品。其中，本发明保护的技术方案中的镀钛超硬材料微粒精品的干燥温度范围可以为70°C?125°C，如，85°C、100°C、120°C，但不限于上述范围。
[0017]与现有技术相比，本发明提供的超硬材料镀钛工艺采用沉降法对所述镀钛超硬材料微粒半成品进行分离纯化处理，主要是利用所述镀钛超硬材料微粒半成品中的镀钛超硬材料微粒和钛粉微粒在水中的重力的不同，实现钛粉与所述镀钛超硬材料微粒分离，从而使得钛粉残留在镀钛超硬材料微粒成品中的含量不大于0.5%，提高镀钛超硬材料微粒成品的纯度，同时也提高钛粉镀料的利用率，降低成本；另外，利用不同粒度的镀钛超硬材料微粒的重力的不同，实现对所述镀钛超硬材料微粒进行分级，得到各种粒度的镀钛超硬材料微粒，从而实现对粒度比较小的超硬材料微粉进行镀钛处理，比如粒度不小于0.1微米的超硬材料微粉，尤其是粒度在2?60微米的超硬材料微粉。
[0018]进一步，本发明提供的超硬材料镀钛工艺采用棒磨机自动对所述镀钛超硬材料粗品进行研磨，使得所述镀钛超硬材料粗品在被研磨过程中受力均匀，从而使得最终产品的颗粒一致性比较好；而且本发明采用上述机械方式研磨与采用人工研磨的方式相比，不仅可以提高单次研磨效率，而且还可以提高单次研磨量。
[0019]进一步，本发明提供的超硬材料镀钛工艺在混合原料之前，先对钛粉原料进行分级处理，将其分成多个钛粉原料群，再从该多个钛粉原料群中选择DlO值与超硬材料微粉的粒度的D90值相差3?8微米的钛粉原料群作为钛粉镀料，可以减少钛粉的浪费，提高钛层的镀覆效率，使得镀层更加均匀。
[0020]进一步，在本发明提供的超硬材料镀钛工艺中的混合原料的步骤中，在钛粉镀料及超硬材料微粉按照质量比(0.8?1.5): (3.5?5)混合的同时，加入盐酸及无水乙醇，可以有效地控制镀层的表面粗糙度及亮度。
[0021]进一步，在所述混合原料中，所述钛粉镀料、盐酸、无水乙醇的质量比为(30?60): (0.7?1.2): (0.7?1.2)，且所述盐酸的浓度为13%?23%，所述无水乙醇的纯度为90%?99%，可以使得最终产品的亮度比较好。
【附图说明】
[0022]图1是由本发明实施例1制备的立方氮化硼镀钛微粒的扫描电镜照片图。
[0023]图2是由本发明实施例1制备的立方氮化硼镀钛微粒的粒度分布图。
[0024]图3是由本发明实