金刚石复合截齿头的制造方法及金刚石复合截齿头

摘要

一种金刚石复合截齿头的制造方法及金刚石复合截齿头，其步骤为：(1)将金刚石和金属粉料按金刚石混料按重量百分比为金刚石80％～82％，硅6％～7％，钴12％～13％形成金刚石混料；(2)对硬质合金的表面进行预处理，去油、去除表面氧化层形成硬质合金基体；(3)把金刚石混料装入碳管中，预压成型，然后装入硬质合金基体，进行真空净化处理；(4)将碳管放入叶腊石中，于碳管的两端与叶腊石之间设置导电钢圈、钛圆和碳片，形成合成块；(5)在合成块中导电钢圈两端通入电流，以碳管作为加热器，在合成过程中保证六个合金顶锤同时从前、后、左、右、上、下六个方向对合成块进行加压；(6)后加工。本发明能制造出具有很高抗冲击性能和耐磨性能的金刚石复合截齿头。

说明书

技术领域

本发明主要涉及到硬质材料领域，特指一种金刚石复合截齿头的制造方法及金刚石复合截齿头。

背景技术

金刚石复合片是由金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压、高温条件下烧结而成，可分为普通型、特异型两大类，适用于勘探、采矿、石油、煤炭等行业。特异型复合片包括：锥球齿、球齿、楔形齿等。矿山采掘领域目前普遍采用的是硬质合金截齿头，金刚石复合截齿头由于其形状、结构的不规则性，在高压合成腔体内不易于建立稳定而适宜的温度、压力场，因此并未有相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简单、能够制造出结构简单紧凑、具有很高抗冲击性能和耐磨性能的金刚石复合截齿头的制造方法及金刚石复合截齿头。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种金刚石复合截齿头的制造方法，其特征在于步骤为：

(1)、将金刚石和金属粉料按一定比例混合、搅拌形成金刚石混料，其中金刚石混料的组成为：按重量百分比金刚石80％～82％，硅6％～7％，钴12％～13％；

(2)、对硬质合金的表面进行预处理，去油、去除表面氧化层形成硬质合金基体；

(3)、把金刚石混料装入碳管中，预压成型，然后装入硬质合金基体，进行真空净化处理；

(4)、将真空净化处理后的碳管放入叶腊石中，并在碳管的两端与叶腊石之间设置导电钢圈、钛圆和碳片，形成合成块；

(5)、在合成块中导电钢圈两端通入电流，以碳管作为加热器，在合成过程中通入电流从而发热，加热时间为90～120秒，合成压力为88～105Map，合成温度为1500～1600℃，在合成过程中要保证六个合金顶锤同时从前、后、左、右、上、下六个方向对合成块进行加压；

(6)、后加工。

所述硬质合金基体的端部，即硬质合金基体与金刚石层的结合面上均匀分布若干凸点，凸点高度为0.3～0.8mm，直径为0.8～1.5mm，凸点与邻面由圆弧过渡。

上述步骤(4)中，导电钢圈高出叶蜡石两端0.8～3mm。

在真空净化处理后的碳管装入叶腊石之前，将叶蜡石放195～205℃的烤箱中烘烤30～40分钟。

所述硬质合金基体为牌号为YG16C的钨钴硬质合金。

所述碳管为石墨模具。

一种金刚石复合截齿头，它包括硬质合金基体，其特征在于：所述硬质合金基体的端部上复合有金刚石聚晶层。

所述金刚石聚晶层和硬质合金基体的结合部上设有一个或一个以上的凸点。

所述凸点的高度为0.3～0.8mm，直径为0.8～1.5mm，凸点与邻面由圆弧过渡。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明金刚石复合截齿头的制造方法及金刚石复合截齿头，操作简单，通过解决温度、压力场与合成工艺的匹配关系，制造出结构简单紧凑、适用范围广、具有很高抗冲击性能和耐磨性能的金刚石复合截齿头，跟普通硬质合金相比，耐磨性能提高2000倍，抗冲击性能也得到了提高，应用于采掘工具上时，在钻进过程中，钻进速度可提高20％～30％，钻具的使用寿命大大延长，钻进成本降低30％左右。

附图说明

图1是本发明制作方法的流程示意图；

图2是本发明中硬质合金基体的结构示意图；

图3是本发明硬质合金基体装入碳管中的结构示意图；

图4是本发明中合成块的结构示意图；

图5是本发明的金刚石复合截齿头成品示意图。

图例说明

1、叶腊石                   2、硬质合金基体

3、金刚石混料               4、碳管

5、导电钢圈                 6、钛圆

7、碳片                     8、凸点

9、金刚石聚晶层

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的金刚石复合截齿的制造方法，其步骤为：

(1)、将金刚石和金属粉料按一定比例混合、搅拌形成金刚石混料3，其中金刚石混料3的组成为：按重量百分比金刚石80％～90％，硅4％～8％，钴6％～12％；

(2)、对硬质合金的表面进行预处理，去油、去除表面氧化层后形成硬质合金基体2；

(3)、把金刚石混料3装入碳管4中，预压成型，然后装入硬质合金基体2，进行真空净化处理；

(4)、将真空净化处理后的碳管4放入叶腊石1中，并在碳管4的两端与叶腊石1之间设置导电钢圈5、钛圆6和碳片7，形成合成块；

(5)、在合成块中导电钢圈5两端通入电流，以碳管4作为加热器，在合成过程中通入电流从而发热，加热时间为50～200秒，合成压力为80～105Map，合成温度为1500～1600℃，在合成过程中要保证六个合金顶锤同时从前、后、左、右、上、下六个方向对合成块进行加压，利用国产六面顶压机即可做到；

(6)、后加工。

在较佳实施例中，硬质合金基体2采用牌号为YG16C的钨钴硬质合金；碳管4采用石墨模具，石墨模具具有电阻大，热传导好的特点，可根据需要加工成各种形状，是理想的加热模具；叶腊石1作为合成过程中的辅助材料，具有传压、保温、绝缘、密封性好等特点。在硬质合金基体2的端部，即硬质合金基体2与金刚石混料3层的结合面上均匀分布若干凸点8，凸点8高度为0.3～0.8mm，直径为0.8～1.5mm，凸点8与邻面由圆弧过渡。凸点8在界面上的均匀分布，提高了硬质合金基体2与金刚石混料3的接触面积，从而有效增强了金刚石混料3与硬质合金基体2的结合强度，提高产品的抗冲击能力，延长其使用寿命。由于金刚石混料3及碳管4具有一定的收缩性和叶蜡石具有良好的传压性和保压性，因此在组装时，导电钢圈5高出叶蜡石两端0.8～3mm，这样就能保证金刚石复合层的致密度。导电钢圈与钛圆主要用于导电与传压，碳片为加热元件。

根据上述方法制作出来的金刚石复合截齿头，它包括硬质合金基体2和金刚石聚晶层，金刚石聚晶层镀接于硬质合金基体2的端部。依据上述方法可知，在较佳实施例中，金刚石聚晶层和硬质合金基体2的结合部上设有一个或一个以上的凸点8。凸点8的高度为0.3～0.8mm，直径为0.8～1.5mm，凸点8与邻面由圆弧过渡。

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：选用牌号为YG16C的硬质合金基体2，进行去油、去氧化层的处理；将混合好的金刚石混料3装入碳管4中，金刚石混料3的组成为：按重量百分比：金刚石80％，硅8％，钴12％。然后再装入硬质合金基体2，将金刚石混料3预压成型，将碳管4装入准备好的叶腊石1块中，进行真空净化处理，真空处理时温度为620度，加热时间为2小时。然后依次于碳管4的两端与叶腊石1之间装入碳片7、钛圆6和导电钢圈5形成合成块。利用导电钢圈5给合成块通电加热时间50秒，合成压力为100Mpa，合成温度约为1580度。在合成之前将装好的叶蜡石放入150℃的烤箱中烘烤30分钟。最后，从叶蜡石中取出后进行磨加工，达到图纸加工尺寸。

实施例2：选用牌号为YG16C的硬质合金基体2，进行去油、去氧化层的处理；将混合好的金刚石混料3装入碳管4中，金刚石混料3的组成为：按重量百分比：金刚石85％，硅7％，钴8％。然后再装入硬质合金基体2，将金刚石混料3预压成型，将碳管4装入准备好的叶腊石1块中，进行真空净化处理，真空处理时温度为600度，加热时间为2小时。然后依次于碳管4的两端与叶腊石1之间装入碳片7、钛圆6和导电钢圈5形成合成块。利用导电钢圈5给合成块通电加热时间55秒，合成压力为103Mpa，合成温度约为1520度。在合成之前将装好的叶蜡石放入150℃的烤箱中烘烤35分钟。最后，从叶蜡石中取出后进行磨加工，达到图纸加工尺寸。

实施例3：选用牌号为YG16C的硬质合金基体2，进行去油、去氧化层的处理；将混合好的金刚石混料3装入碳管4中，金刚石混料3的组成为：按重量百分比：金刚石86％，硅7％，钴7％。然后再装入硬质合金基体2，将金刚石混料3预压成型，将碳管4装入准备好的叶腊石1块中，进行真空净化处理，真空处理时温度为650度，加热时间为2小时。然后依次于碳管4的两端与叶腊石1之间装入碳片7、钛圆6和导电钢圈5形成合成块。利用导电钢圈5给合成块通电加热时间180秒，合成压力为105Mpa，合成温度约为1560度。在合成之前将装好的叶蜡石放入150℃的烤箱中烘烤30分钟。最后，从叶蜡石中取出后进行磨加工，达到图纸加工尺寸。

下表1为硬质合金与本发明金刚石复合截齿性能上的区别，从以上可以看出，采用金刚石复合截齿代替硬质合金，耐磨性能提高2000倍，抗冲击性能也得到了提高，在采掘工具的钻进过程中，钻进速度可提高20％～30％，钻具的使用寿命大大延长，钻进成本降低30％左右。

                     表1

  硬质合金  金刚石复合截齿  磨耗比(×10³)  0.1  200  抗冲击功(焦耳)  850  900