CN109731935B - 聚晶金刚石拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法，该模芯坯料，该模芯坯料采用聚晶金刚石制备而成，且模芯坯料至少一个端面设有凹槽。具体脱钴时，先在聚晶金刚石模芯坯料的端面加工出凹槽，再将带凹槽的模芯坯料利用酸液浸泡，完成聚晶金刚石模芯坯料的脱钴。本发明缩短了PCD模芯坯料酸浸出法脱钴的时间，同时也解决了大尺寸PCD模芯由于酸浸出法作用距离限制而无法完全脱钴的问题。

Description

聚晶金刚石拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法

技术领域

本发明属于聚晶金刚石领域，涉及一种金属拉丝模具用模芯坯料，具体为一种采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料及该模芯坯料的脱钴方法。

背景技术

聚晶金刚石（Polycrystalline diamond：PCD）不仅具有接近金刚石单晶的硬度、耐磨性，更具有比金刚石单晶更好的各向异性和与硬质合金相当的耐冲击性，因此被广泛应用于地质勘探、机械加工（包括金属拉丝模具）等领域。

由于聚晶金刚石往往需要在高温、高应力环境下工作，所以热稳定性作为PCD材料的主要性能指标，越来越受到重视。

传统的用来合成PCD的粘结剂主要是第Ⅷ族金属元素，包括铁、钴、镍及其合金，这些金属也可以被称作合成PCD的触媒。金属钴与金刚石（碳元素）之间好的相容性，使钴能够很好地湿润金刚石使金刚石在钴金属上的机械镶嵌程度提高。因此国内外普遍选用钴作为PCD合成的粘结剂。

虽然钴金属作为粘结剂能够促进金刚石合成PCD，但是钴金属在PCD中的存在会对PCD的热稳定性造成严重的影响从而降低了PCD拉丝模具的寿命。主要影响如下：

1、金属钴与金刚石的热膨胀系数存在很大差异（金刚石的热膨胀系数为1.4×10^-6℃^-1，金属钴的热膨胀系数为1.25×10^-5℃^-1），会导致PCD模芯工作在400℃以上工况时出现裂纹或脱落；

2、在高温情况下，PCD中残留的金属钴作为触媒容易促使PCD中的金刚石氧化或逆变成石墨；

3、金属钴的硬度较低，导致PCD中存在软点，影响了PCD的硬度性能。

为了提高PCD的耐磨性能和热稳定性，金属拉丝模具行业普遍采用酸浸出法，对PCD模芯中的金属钴进行脱钴，提高PCD模芯的热稳定性。然后使用经过酸浸出法进行脱钴处理过的PCD模芯制造拉丝模具。但是酸浸出法中的酸只能与PCD模芯的表面接触，脱钴时间长，脱钴效果差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料及其脱钴的方法，缩短了PCD模芯坯料酸浸出法脱钴的时间，同时也解决了大尺寸PCD模芯由于酸浸出法作用距离限制而无法完全脱钴的问题。

本发明采取的技术方案是，一种金属拉丝模具用耐高温模芯坯料，该模芯坯料采用聚晶金刚石制备而成，且模芯坯料至少一个端面设有凹槽。所述的耐高温是可以承受1200℃的工作环境。

进一步地，所述凹槽位于模芯端面的中心。也可以位于后期精准打孔范围内的任何位置，优选端面中心部位。而且凹槽可以为一个，也可以为多个。可以为方形、球形或者其他异型形状。

进一步地，所述凹槽为贯通模芯两个端面的贯穿孔。通过将模芯坯料的两端面之间贯通，在后期酸浸出脱钴处理时，能够增加酸液与凹槽或者贯穿孔的接触面积，而且使酸液能够交换和转移，提升钴浸出效果。

进一步地，所述凹槽的最大孔径尺寸小于后期模芯坯料加工成型为模芯后的中心孔径。为了增加接触面积，凹槽的尺寸越大越好，但是如果凹槽尺寸太大，后期模芯制作过程中精确打孔时，如果出现偏差，可能直接影响模芯的质量，甚至产生不合格产品，为了进行平衡，优选凹槽的最大孔径为后期模芯坯料加工成型为模芯后的中心孔径的50%。

进一步地，所述模芯坯料的直径为5.2mm以上，厚度为2.5mm以上。

本发明还涉及采用所述模芯坯料制备得到的金属拉丝模具用耐高温模芯或者金属拉丝模具。

本发明还涉及采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料脱钴的方法，先在聚晶金刚石模芯坯料的端面加工出凹槽，再将带凹槽的模芯坯料利用酸液浸泡，完成聚晶金刚石模芯坯料的脱钴。

进一步地，所述凹槽位于聚晶金刚石模芯坯料的中心，且凹槽为贯通模芯两个端面的贯穿孔。

进一步地，所述酸液浸泡时，温度为40-80℃。进一步地，脱钴过程中的酸液为氢氟酸和/或王水。

进一步地，所述酸液浸泡脱钴过程中，浸泡设备内交替进行抽真空和加压处理。

传统的酸浸工艺中，脱钴速度和脱钴的效果取决于PCD模芯的厚度和直径的大小。PCD模芯的厚度和直径越大，脱钴时间就要越长，脱钴效果也越差。在金属拉丝模具制造行业中，尺寸超过D15（5.2×2.5mm）的PCD模芯，其脱钴时间需要数百小时以上，且脱钴效果无法保证，中心部分脱钴不完全，无法脱透，影响产品质量，因为目前没有大尺寸耐高温聚晶金刚石材质的金属拉丝模具用模芯。目前高温领域，主要使用钨钢材质模芯，其寿命短，误差大。

通过采用本发明提供的脱钴方法，具有以下优点及效果：

由于聚晶金刚石用于金属拉拔模具的模芯部位时，其中部需要进行钻孔，传统工艺中在模芯制作时，均是模芯材质处理好后再进行打孔，本发明方法通过在模芯坯料制备时，先进行预打凹槽或者贯穿孔，再进行脱钴，加工的凹槽或者形成贯通孔的模芯坯料在酸洗过程中，酸液能够更好的与模芯进行接触，增加接触面积，而且可以减小酸液的浸出距离，能够缩短浸酸的时间，避免因距离限制而无法脱钴的情况发生，提升脱钴效率。

2、模芯坯料上凹槽的加工，可以通过激光加工、也可以通过线切割或者电火花处理进行加工，其深度、孔径尺寸等均可以根据需要进行调节，但效果最好且对后期准确打孔较为有利的处理方式是凹槽开设在后期精确打孔去除部分的范围内。

3、在酸处理脱钴过程中，通过在浸泡设备内交替进行抽真空和加压处理，能够加快酸液渗透进入模芯坯料的速度，加强脱钴效果。

附图说明

图1为对比例模芯坯料结构示意图。

图2是对比例模芯坯料纵切示意图。

图3是采用实施例1方法处理之后的模芯坯料的纵切示意图。

图4是对比例中脱钴处理后得到的模芯的水平面X射线扫描图片。

图5为对比例中脱钴处理后得到的模芯的竖直面X射线扫描图片。

图6是实施例1中脱钴处理后得到的模芯的水平面X射线扫描图片。

图中，1为聚晶金刚石模芯、2为贯穿孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图1-6，进一步阐明本发明。

实施例1：

采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料，其为D18（直径φ为5.2mm，厚度为3.5mm），两端面之间设有贯穿孔，贯穿孔的最细处直径为1.0mm，该模芯坯料在开设贯穿孔后进行酸液浸泡脱钴，酸液采用王水，浸泡时间为20h。

贯穿孔通过激光加工而成，也可以通过线切割或者电火花加工而成。

对比例：除在酸液浸泡前不加工贯穿孔或者凹槽，其余同实施例1。

其中对比例处理后的模芯坯料的水平面X射线扫描图片及竖直面X射线扫描图片分布见图4和图5，图中深色阴影部位为未脱除钴部位。实施例1中的处理后的模芯坯料的水平面X射线扫描图片见图6，未见钴残留。

耐热性能：对比例模芯材料在经过580~600℃，0.8~1.0MPa热压烧结过程后，未出现PCD模芯破裂现象。但在900~960℃，0.8~1.0MPa热压烧结过程后PCD模芯破损明显。实施例1中的模芯材料在经过900~960℃，0.8~1.0MPa热压烧结过程后PCD模芯无破损现象发生。

实施例2：

采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料，其为D18（直径φ为5.2mm，厚度为3.5mm），每个端面中心处设有一个凹槽，凹槽的深度为1.2mm，内径为1.0mm，该模芯坯料在开设凹槽后进行酸液浸泡脱钴，酸液采用王水，浸泡时间为24h以上可以完成整体脱钴。

实施例3：

采用聚晶金刚石制备的金属拉丝模具用模芯坯料，其为D21（直径φ为8mm，厚度为4mm），在两端面中心处均设有之间设有1个贯穿孔，两个贯穿孔的最细处直径为3.0mm，该模芯坯料在开设贯穿孔后进行酸液浸泡脱钴，酸液采用氢氟酸，浸泡时间为30h。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种金属拉丝模具用耐高温模芯坯料，其特征在于：该模芯坯料采用聚晶金刚石制备而成，且模芯坯料两个端面中心之间设置贯穿孔，制备时先在聚晶金刚石模芯坯料的端面加工出贯穿孔，再将带贯穿孔的模芯坯料利用酸液浸泡，完成聚晶金刚石模芯坯料的脱钴处理；所述贯穿孔的最大孔径尺寸小于后期模芯坯料加工成型为模芯后的中心孔径；模芯坯料的直径为5.2mm以上，厚度为2.5mm以上；该坯料的耐高温指承受 1200℃的工作环境。

2.根据权利要求1所述的模芯坯料，其特征在于：所述酸液浸泡时，温度为40-80℃。

3.根据权利要求1所述的模芯坯料，其特征在于：所述酸液浸泡脱钴过程中，浸泡设备内交替进行抽真空和加压处理。

4.采用权利要求1-3任意一项所述模芯坯料制备得到的金属拉丝模具用耐高温模芯或者金属拉丝模具。

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