一种提高人造金刚石单晶表面粗糙度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高人造金刚石单晶表面粗糙度的方法，属于磨料磨具及磨削技术领域。
【背景技术】
[0002]由于具有高硬度，高强度，高耐磨性，线膨胀系数小等一系列优异的物理化学特性，金刚石作为磨料，在磨削加工领域得到日益广泛的应用。但在实际使用过程中容易出现金刚石未被充分利用就严重脱落的问题，降低金刚石的利用率。对此，传统方法采用表面镀附、11、(:11等金属及其合金，表面涂覆1102、4103等，或用硅烷偶联剂处理等方法对金刚石表面进行改性。但这些方法还存在着一些局限性。体现在:金刚石工具的自锐性会受到影响；需要调节结合剂的配方，否则砂轮不出刃，堵塞，或是烧伤工件；表面镀层和涂覆层与金刚石之间粘结不牢，容易脱层；另外，不能适用于所有类型的结合剂做成的金刚石工具。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中金刚石作为磨料存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能有效提高人造金刚石单晶表面粗糙度的方法，经过该方法处理过的金刚石，比表面积和表面能得到提高，能在保证金刚石强度和自锐性的前提下，增强金刚石与结合剂的机械粘结力，提高金刚石工具的使用性能，延长其使用寿命。
[0004]本发明提供了一种提高人造金刚石单晶表面粗糙度的方法，该方法是将金刚石采用草酸盐包裹后，置于还原气氛中，升温到650?900°C温度条件下烧结，烧结产物依次经过酸洗、水洗、干燥后，得到表面粗糙度提高的金刚石。
[0005]本发明的提高人造金刚石单晶表面粗糙度的方法还包括以下优选方案:
[0006]优选的方案中升温速率为3?4°C /min。
[0007]优选的方案中在650?900°C高温下烧结的时间是60?120min。
[0008]优选的方案中金刚石与草酸盐的质量比为1:1?1:3。
[0009]优选的方案中草酸盐为草酸钴和/或草酸铁。
[0010]优选的方案中还原气氛为氮气和氢气的混合气体。
[0011]优选的方案中还原气氛中氢气与氮气的体积流量比为0.8?1.2:2?3。
[0012]优选的方案中酸洗过程中采用的酸为王水。王水中浓硝酸:浓盐酸体积比为1:3。
[0013]优选的方案中水洗直到洗液pH呈中性。
[0014]最优选的方法包括以下步骤:
[0015]步骤一:包覆
[0016]用草酸钴和/或草酸铁粉末将金刚石表面均匀包覆；其中，草酸钴和/或草酸铁的用量为金刚石质量的I?3倍；
[0017]步骤二:烧结
[0018]将步骤一包覆好的金刚石装载于陶瓷坩祸或陶瓷舟中后，再放入管式炉中；在管式炉中通入还原气氛，同时以3?4°C /min的升温速率升温到650?900°C烧结60?120min，随炉冷却；
[0019]其中，还原气氛的通入按如下方法操作:在升温过程中，温度达到200°C时，以2?3L/min的速率通入氮气，直到温度达到500°C时，开始以0.8?1.2L/min的速率通入氢气；烧结完成后，随炉冷却，降温到500°C时关闭氢气，降温到200°C时，关闭氮气；
[0020]步骤三:洗涤、干燥
[0021]将步骤二的烧结产物先置于王水中加热浸泡处理，再用水洗涤，直到洗液呈中性后，干燥，得到表面粗糙度提高的金刚石。
[0022]相对现有技术，本发明的有益效果:
[0023]1、本发明的方法能有效提尚金刚石表面的粗糖度，从而提尚了金刚石工具制备时金刚石与结合剂之间的机械结合力，改善实际磨削中金刚石易于脱落的状况，延长金刚石工具的使用寿命，提高金刚石工具的磨削效率和加工质量。
[0024]2、本发明的方法是对金刚石本身的表面粗糙化处理，相对现有技术中镀覆金属化和涂覆等其他金刚石表面处理方法，不存在镀覆层或涂覆层容易脱落造成脱层的问题。
[0025]3、与现有技术中的镀覆、涂覆等金刚石表面处理方法相比，本发明的方法能保证金刚石本身良好的强度和使用过程中金刚石工具良好的自锐性，保证金刚石工具的加工效率。
[0026]4、经过本发明处理过的金刚石，制作成金刚石工具时具有普适性，能够适用于树月旨、陶瓷、金属等不同结合剂制备成的金刚石工具。
[0027]5、本发明的方法处理过程简单，对设备要求不高，成本低，满足工业化生产。
[0028]6、经过本发明方法处理过的金刚石可以减少金刚石内应力，提高金刚石工具的磨削效率和加工质量。
【附图说明】
[0029]【图1】为本发明的对金刚石表面处理的工艺流程图；
[0030]【图2】为处理前的金刚石表面的扫描电镜图；
[0031]【图3】为实施例1经草酸钴处理后的金刚石表面的扫描电镜图；
[0032]【图4】为实施例2经草酸铁处理后的金刚石表面的扫描电镜图；
[0033]【图5】为实施例3经草酸铁处理后的金刚石表面的扫描电镜图；
[0034]【图6】为实施例4经草酸钴处理后的金刚石表面的扫描电镜图；
[0035]【图7】为实施例5经草酸钴处理后的金刚石表面的扫描电镜图；
[0036]【图8】为实施例6经草酸铁处理后的金刚石表面的扫描电镜图
[0037]【图9】为实施例1、2中的烧结工艺曲线图
[0038]【图10】为实施例3中的烧结工艺曲线图
[0039]【图11】为实施例4、5中的烧结工艺曲线图
[0040]【图12】为实施例6中的烧结工艺曲线图
【具体实施方式】
[0041]以下下面结合具体的实施例对本
【发明内容】
做进一步详细说明，而不会限制本发明权利要求保护的范围。
[0042]实施例1
[0043]将草酸钴粉末按照质量比1:1的比例均匀包裹在金刚石表面，使两者充分接触。
[0044]然后将包裹好的金刚石装入陶瓷坩祸或陶瓷舟中，置于管式炉中。调节烧结工艺曲线，升温速率3°C /min，最终烧结温度800°C，保温时间lh。加热过程中温度升到到200°C时通入氮气，500 °C时通入氢气，降温过程中降到500 °C时停止通入氢气，200 °C停止通入氮气，调节氢气的流量为lL/min，氮气的流量为2.7L/min。
[0045]最后进行酸洗操作，用硝酸:盐酸=1:3的比例配制王水，然后对经过腐蚀的金刚石进行酸处理，之后水洗至中性，干燥。
[0046]实施例2
[0047]将草酸铁粉末按照质量比1:1的比例包裹在金刚石表面，使两者充分接触。
[0048]然后将包裹好的金刚石装入陶瓷坩祸或陶瓷舟中，置于管式炉中。调节烧结工艺曲线，升温速率3°C /min，最终烧结温度800°C，保温时间lh。升温过程中温度升至200°C时通入氮气，500 °C时通入氢