一种触媒合金粉及利用其制备的表面沟槽状金刚石、制备方法和应用与流程

本发明属于金刚石合成技术领域，具体涉及一种触媒合金粉及利用其制备表面沟槽状金刚石的制备方法及金刚石产品和应用。

背景技术

人造金刚石的合成通常由六面顶压机在高温高压下进行，通过合金触媒的作用，使石墨转化为金刚石。在这个过程中，金属触媒不止参与高温高压下金刚石晶核的形成，其在石墨柱的加入量也影响金刚石晶核的分散长大过程中的碳源含量。因此触媒的成分及配比直接决定着所合成金刚石的品质及形貌特征。目前，国内外从事金刚石合成的企业及组织所合成出的金刚石大都为六-八面体结构，且金刚石的14个面均呈平整光滑的形态。但是现有表面光滑金刚石的自锐性不够高且与结合剂间把持力较小，尤其是当其作为高负荷工作状态下使用的磨粒时，易过早脱落而大大缩短了使用寿命。

专利cn103521132b公开了一种高自锐性金刚石的合成工艺，其采用含镍的铁基触媒配合金刚石表面包覆氧化锆涂层，虽然能提高金刚石的自锐性但并非通过改变金刚石自身表面形态达到自锐性提高，氧化锆磨损脱落后金刚石本身仍然不能适应高负荷工作状态，无法保证使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出一种触媒合金粉及利用其制备得到的表面沟槽状金刚石，其表面粗糙具有更大的把持力，自锐性更高，具有更强的耐磨性，该表面沟槽状金刚石所制造的金刚石工具适用于高负荷工作状态，在使用的过程中金刚石磨粒不易脱落、流失，不但提高了金刚石工具的使用寿命，而且提高了金刚石的使用率。本发明的另一个目的在于提供了上述表面沟槽状金刚石的制备方法，及其在切削中的应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种合成表面沟槽状金刚石所用的触媒合金粉，由以下质量百分比的原料组成：铁79-82.5%、铜10-12.5%、锰2.5-4.5%、铬1.0-1.6%，铌1.0-1.6%，钴3.0-4.8%。

一种表面沟槽状金刚石的制备方法，包括以下步骤：

（1）触媒合金粉制备：铁基中添加铜、锰、铬、铌、钴微量元素形成合金粉，再制成250目-350目的触媒合金粉，触媒合金粉由以下质量百分比的原料组成：铁79-82.5%、铜10-12.5%、锰2.5-4.5%、铬1.0-1.6%，铌1.0-1.6%，钴3.0-4.8%；

（2）混料制石墨柱：将石墨与步骤（1）所得触媒合金粉按照质量比1-1.5:1充分混合后造粒，并压制成石墨柱；

（3）石墨柱烧结：将步骤（2）所得的石墨柱在400℃-450℃真空烧结12h-17h，以对其进行还原处理；

（4）石墨柱表面处理：将步骤（3）所得的石墨柱表面包裹除氧材料，以减轻因触媒氧化造成的活性降低；

（5）高温高压合成：将步骤（4）所得的石墨柱在1320℃-1420℃下采用80mpa-85mpa压力合成金刚石，即制得14个面都具有平行沟槽的表面沟槽状金刚石。

进一步地，所述石墨的纯度为99.9%。

进一步地，所述所述除氧材料厚度为1mm，材质为纯铁。

采用上述制备方法制备所得的表面沟槽状金刚石。

上述表面沟槽状金刚石在切削中的应用。

本发明涉及用于合成表面沟槽状金刚石的触媒配方及配套合成工艺。通过在触媒中添加铜锰等多种微量元素，制成合金粉末。并降低触媒在石墨柱中的含量，为金刚石生长提供更为充足的碳源。在石墨柱表面加装除氧层，减少合成过程中触媒氧化产生暗黑颗粒造成的活性下降，提高产品的综合质量。经过测温仪器测定合成腔的内部温度，设计适合金刚石生长的功率梯度，配合适当的压力梯度，提高产品的完整度和内部质量，增加产品中高强料的比例。

本发明适用于金刚石合成领域，其优越性和实用性主要体现在以下几方面：1、合成的表面沟槽状金刚石表面粗糙具有更大的把持力，自锐性更高，具有更强的耐磨性，该表面沟槽状金刚石所制造的金刚石工具适用于高负荷工作状态，在使用的过程中金刚石磨粒不易脱落、流失，不但提高了金刚石工具的使用寿命，而且提高了金刚石的使用率。2、表面沟槽状金刚石的具有“刀纹”状粗糙表面，为化学镀或电镀金属沉积层的生长提供了有利的条件。

附图说明

图1为本申请的制备方法所制备的表面沟槽状金刚石的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的解释说明。

实施例1

一种表面沟槽状金刚石的制备方法，包括以下步骤：

（1）触媒合金粉制备：铁基触媒中添加铜、锰、铬、铌、钴微量元素，触媒合金粉由以下质量百分比的原料组成：铁79%、铜12.5%、锰2.5%、铬1%，铌1%，钴4%；再制成250目的合金粉；

（2）混料制石墨柱：将纯度为99.9%的石墨与步骤（1）所得合金粉按照质量比1:1充分混合用造粒机造粒，并压制成石墨柱；

（3）石墨柱烧结：将步骤（2）所得的石墨柱在400℃真空烧结15h，对其进行还原处理；

（4）石墨柱表面处理：将步骤（3）所得的石墨柱表面包裹1mm厚纯铁作为除氧材料，减轻因触媒氧化造成的活性降低；

（5）高温高压合成：将步骤（4）所得的石墨柱放入六面顶压机合成腔内，在1400℃下采用80mpa压力合成金刚石，即制得14个面都具有平行沟槽的表面沟槽状金刚石。

实施例2

一种表面沟槽状金刚石的制备方法，包括以下步骤：

（1）触媒合金粉制备：铁基触媒中添加铜、锰、铬、铌、钴微量元素，触媒合金粉由以下质量百分比的原料组成：铁金属82.5%、铜金属10%、锰金属2.5%、铬金属1%，铌1%，钴3%；再制成250目的合金粉；

（2）混料制石墨柱：将纯度为99.9%的石墨与步骤（1）所得合金粉按照质量比1:1充分混合用造粒机造粒，并压制成石墨柱；

（3）石墨柱烧结：将步骤（2）所得的石墨柱在450℃真空烧结12h，对其进行还原处理；

（4）石墨柱表面处理：将步骤（3）所得的石墨柱表面包裹1mm厚纯铁作为除氧材料，减轻因触媒氧化造成的活性降低；

（5）高温高压合成：将步骤（4）所得的石墨柱放入六面顶压机合成腔内，在1420℃下采用85mpa压力合成金刚石，即制得14个面都具有平行沟槽的表面沟槽状金刚石。

实施例3

一种表面沟槽状金刚石的制备方法，包括以下步骤：

1）触媒合金粉制备：铁基触媒中添加铜、锰、铬、铌、钴微量元素，触媒合金粉由以下质量百分比的原料组成：铁79%、铜10%、锰3%、铬1.6%，铌1.6%，钴4.8%；再制成270目的合金粉；

2）混料制石墨柱：将纯度为99.9%的石墨与步骤（1）所得合金粉按照质量比1.2:1充分混合用造粒机造粒，并压制成石墨柱；

3）石墨柱烧结：将步骤（2）所得的石墨柱在420℃真空烧结17h，对其进行还原处理；

4）石墨柱表面处理：将步骤（3）所得的石墨柱表面包裹1mm厚纯铁作为除氧材料，减轻因触媒氧化造成的活性降低；

5）高温高压合成：将步骤（4）所得的石墨柱放入六面顶压机合成腔内，在1320℃下采用82mpa压力合成金刚石，即制得14个面都具有平行沟槽的表面沟槽状金刚石。

实施例4

一种表面沟槽状金刚石的制备方法，包括以下步骤：

1）触媒合金粉制备：铁基触媒中添加铜、锰、铬、铌、钴微量元素，触媒合金粉由以下质量百分比的原料组成：铁79%、铜10%、锰4.5%、铬1.2%，铌1.2%，钴4.1%；再制成300目的合金粉；

2）混料制石墨柱：将纯度为99.9%的石墨与步骤（1）所得合金粉按照质量比1.5:1充分混合用造粒机造粒，并压制成石墨柱；

3）石墨柱烧结：将步骤（2）所得的石墨柱在400℃真空烧结15h，对其进行还原处理；

4）石墨柱表面处理：将步骤（3）所得的石墨柱表面包裹1mm厚纯铁作为除氧材料，减轻因触媒氧化造成的活性降低；

5）高温高压合成：将步骤（4）所得的石墨柱放入六面顶压机合成腔内，在1400℃下采用80mpa压力合成金刚石，即制得14个面都具有平行沟槽的表面沟槽状金刚石。

性能测试

将实施例1所制得的表面沟槽状金刚石（见图1，图中可以明显看出金刚石表面有沟槽存在）制作成绳锯，与常规同品级（40-45粒度、热冲击韧性相同）的金刚石所制作的绳锯作为对照组做性能对比，得出结果如下：

正常同品级的金刚石所制作的对照组绳锯单根切割能力平均为35m²；表面沟槽状金刚石所制作的绳锯单跟切割能力平均为44m²。表面沟槽状金刚石所制得绳锯的切削能力提高了25%，且金刚石颗粒不易从工具基体上脱落，具有更高的使用率。

所以本发明提供了一种表面沟槽状金刚石的制备方法，通过加入特殊成分配比的触媒，经优化的配套工艺，合成出表面呈沟槽状高品级金刚石。该金刚石表面粗糙具有更大的把持力，自锐性更高，具有更强的耐磨性，在高负荷工作状态下使用时金刚石磨粒不易脱落、流失，不但提高了金刚石工具的使用寿命，而且提高了金刚石的使用率。

总体而言，本申请所提供的一种表面沟槽状金刚石的制备方法工艺操作易实现，且采用本申请的方法所制备的表面沟槽状金刚石相比现有表面光滑的金刚石，因表面粗糙具有更大的把持力，自锐性更高，具有更强的耐磨性。在高负荷工作状态下使用时金刚石磨粒不易脱落、流失，不但提高了金刚石工具的使用寿命，而且提高了金刚石的使用率，因而具有较好地应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。