一種提高人造金剛石單晶表面粗糙度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高人造金剛石單晶表面粗糙度的方法，屬于磨料磨具及磨削技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于具有高硬度，高強(qiáng)度，高耐磨性，線膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異的物理化學(xué)特性，金剛石作為磨料，在磨削加工領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際使用過程中容易出現(xiàn)金剛石未被充分利用就嚴(yán)重脫落的問題，降低金剛石的利用率。對此，傳統(tǒng)方法采用表面鍍附、11、(:11等金屬及其合金，表面涂覆1102、4103等，或用硅烷偶聯(lián)劑處理等方法對金剛石表面進(jìn)行改性。但這些方法還存在著一些局限性。體現(xiàn)在:金剛石工具的自銳性會受到影響；需要調(diào)節(jié)結(jié)合劑的配方，否則砂輪不出刃，堵塞，或是燒傷工件；表面鍍層和涂覆層與金剛石之間粘結(jié)不牢，容易脫層；另外，不能適用于所有類型的結(jié)合劑做成的金剛石工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中金剛石作為磨料存在的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種能有效提高人造金剛石單晶表面粗糙度的方法，經(jīng)過該方法處理過的金剛石，比表面積和表面能得到提高，能在保證金剛石強(qiáng)度和自銳性的前提下，增強(qiáng)金剛石與結(jié)合劑的機(jī)械粘結(jié)力，提高金剛石工具的使用性能，延長其使用壽命。
[0004]本發(fā)明提供了一種提高人造金剛石單晶表面粗糙度的方法，該方法是將金剛石采用草酸鹽包裹后，置于還原氣氛中，升溫到650?900°C溫度條件下燒結(jié)，燒結(jié)產(chǎn)物依次經(jīng)過酸洗、水洗、干燥后，得到表面粗糙度提高的金剛石。
[0005]本發(fā)明的提高人造金剛石單晶表面粗糙度的方法還包括以下優(yōu)選方案:
[0006]優(yōu)選的方案中升溫速率為3?4°C /min。
[0007]優(yōu)選的方案中在650?900°C高溫下燒結(jié)的時間是60?120min。
[0008]優(yōu)選的方案中金剛石與草酸鹽的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0009]優(yōu)選的方案中草酸鹽為草酸鈷和/或草酸鐵。
[0010]優(yōu)選的方案中還原氣氛為氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w。
[0011]優(yōu)選的方案中還原氣氛中氫氣與氮?dú)獾捏w積流量比為0.8?1.2:2?3。
[0012]優(yōu)選的方案中酸洗過程中采用的酸為王水。王水中濃硝酸:濃鹽酸體積比為1:3。
[0013]優(yōu)選的方案中水洗直到洗液pH呈中性。
[0014]最優(yōu)選的方法包括以下步驟:
[0015]步驟一:包覆
[0016]用草酸鈷和/或草酸鐵粉末將金剛石表面均勻包覆；其中，草酸鈷和/或草酸鐵的用量為金剛石質(zhì)量的I?3倍；
[0017]步驟二:燒結(jié)
[0018]將步驟一包覆好的金剛石裝載于陶瓷坩禍或陶瓷舟中后，再放入管式爐中；在管式爐中通入還原氣氛，同時以3?4°C /min的升溫速率升溫到650?900°C燒結(jié)60?120min，隨爐冷卻；
[0019]其中，還原氣氛的通入按如下方法操作:在升溫過程中，溫度達(dá)到200°C時，以2?3L/min的速率通入氮?dú)?，直到溫度達(dá)到500°C時，開始以0.8?1.2L/min的速率通入氫氣；燒結(jié)完成后，隨爐冷卻，降溫到500°C時關(guān)閉氫氣，降溫到200°C時，關(guān)閉氮?dú)猓?br>[0020]步驟三:洗滌、干燥
[0021]將步驟二的燒結(jié)產(chǎn)物先置于王水中加熱浸泡處理，再用水洗滌，直到洗液呈中性后，干燥，得到表面粗糙度提高的金剛石。
[0022]相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果:
[0023]1、本發(fā)明的方法能有效提尚金剛石表面的粗糖度，從而提尚了金剛石工具制備時金剛石與結(jié)合劑之間的機(jī)械結(jié)合力，改善實(shí)際磨削中金剛石易于脫落的狀況，延長金剛石工具的使用壽命，提高金剛石工具的磨削效率和加工質(zhì)量。
[0024]2、本發(fā)明的方法是對金剛石本身的表面粗糙化處理，相對現(xiàn)有技術(shù)中鍍覆金屬化和涂覆等其他金剛石表面處理方法，不存在鍍覆層或涂覆層容易脫落造成脫層的問題。
[0025]3、與現(xiàn)有技術(shù)中的鍍覆、涂覆等金剛石表面處理方法相比，本發(fā)明的方法能保證金剛石本身良好的強(qiáng)度和使用過程中金剛石工具良好的自銳性，保證金剛石工具的加工效率。
[0026]4、經(jīng)過本發(fā)明處理過的金剛石，制作成金剛石工具時具有普適性，能夠適用于樹月旨、陶瓷、金屬等不同結(jié)合劑制備成的金剛石工具。
[0027]5、本發(fā)明的方法處理過程簡單，對設(shè)備要求不高，成本低，滿足工業(yè)化生產(chǎn)。
[0028]6、經(jīng)過本發(fā)明方法處理過的金剛石可以減少金剛石內(nèi)應(yīng)力，提高金剛石工具的磨削效率和加工質(zhì)量。
【附圖說明】
[0029]【圖1】為本發(fā)明的對金剛石表面處理的工藝流程圖；
[0030]【圖2】為處理前的金剛石表面的掃描電鏡圖；
[0031]【圖3】為實(shí)施例1經(jīng)草酸鈷處理后的金剛石表面的掃描電鏡圖；
[0032]【圖4】為實(shí)施例2經(jīng)草酸鐵處理后的金剛石表面的掃描電鏡圖；
[0033]【圖5】為實(shí)施例3經(jīng)草酸鐵處理后的金剛石表面的掃描電鏡圖；
[0034]【圖6】為實(shí)施例4經(jīng)草酸鈷處理后的金剛石表面的掃描電鏡圖；
[0035]【圖7】為實(shí)施例5經(jīng)草酸鈷處理后的金剛石表面的掃描電鏡圖；
[0036]【圖8】為實(shí)施例6經(jīng)草酸鐵處理后的金剛石表面的掃描電鏡圖
[0037]【圖9】為實(shí)施例1、2中的燒結(jié)工藝曲線圖
[0038]【圖10】為實(shí)施例3中的燒結(jié)工藝曲線圖
[0039]【圖11】為實(shí)施例4、5中的燒結(jié)工藝曲線圖
[0040]【圖12】為實(shí)施例6中的燒結(jié)工藝曲線圖
【具體實(shí)施方式】
[0041]以下下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(jìn)一步詳細(xì)說明，而不會限制本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
[0042]實(shí)施例1
[0043]將草酸鈷粉末按照質(zhì)量比1:1的比例均勻包裹在金剛石表面，使兩者充分接觸。
[0044]然后將包裹好的金剛石裝入陶瓷坩禍或陶瓷舟中，置于管式爐中。調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝曲線，升溫速率3°C /min，最終燒結(jié)溫度800°C，保溫時間lh。加熱過程中溫度升到到200°C時通入氮?dú)猓?00 °C時通入氫氣，降溫過程中降到500 °C時停止通入氫氣，200 °C停止通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)氫氣的流量為lL/min，氮?dú)獾牧髁繛?.7L/min。
[0045]最后進(jìn)行酸洗操作，用硝酸:鹽酸=1:3的比例配制王水，然后對經(jīng)過腐蝕的金剛石進(jìn)行酸處理，之后水洗至中性，干燥。
[0046]實(shí)施例2
[0047]將草酸鐵粉末按照質(zhì)量比1:1的比例包裹在金剛石表面，使兩者充分接觸。
[0048]然后將包裹好的金剛石裝入陶瓷坩禍或陶瓷舟中，置于管式爐中。調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝曲線，升溫速率3°C /min，最終燒結(jié)溫度800°C，保溫時間lh。升溫過程中溫度升至200°C時通入氮?dú)猓?00 °C時通入氫