[发明专利]带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法

说明书

本发明提供一种专带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，所述基体材料为WC‑Co硬质合金与金属合金的复合材料，所述三维骨架结构硬质合金基体由圆柱状硬质合金及其在该圆柱一个底面上通过3D打印方法制备一种三维骨架结构，所述三维骨架结构的材料包括硬质合金及其他合金；所述3D打印方法包括SLM及3DP方法；所述金刚石聚晶合成方法采用六面顶压机高温高压法。与传统硬质合金基体相比，本发明采用三维骨架结构硬质合金基体可以增加基体与金刚石聚晶的结合强度，显著提升金刚石复合片的断裂韧性及抗冲击能力，从而显著提升聚晶金刚石复合片的使用寿命。

技术领域

本发明涉及聚晶金刚石复合片合成领域，尤其是涉及一种专门用于合成聚晶金刚石复合片的带有三维骨架结构硬质合金基体的3D打印成型方法，以及由所述硬质合金基体制备聚晶金刚石复合片的合成方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）是金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压条件下烧结而成的复合材料，具有聚晶金刚石极高的耐磨性以及硬质合金的高抗冲击性，并且硬质合金的易焊接性解决了聚晶金刚石难以与其他材料结合的问题，因此聚晶金刚石复合片是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。目前聚晶金刚石复合片采用结合面带有几何形状的钴含量为13%的硬质合金作为基体，但基体的成型依赖模具，结构简单，产品单一，对于基体结合面几何形状设计限制较大，并且模具成本高、周期长，严重限制了聚晶金刚石复合片硬质合金基体的结构设计空间。

增材制造技术（简称3D打印）是一种先进的智能制造技术，是一种可将CAD数据文件直接转换成实体产品的技术。其基本原理是将CAD文件分层切片并“打印”，逐层叠加，最终获得实体产品，整个过程无需模具，并且突破了复杂结合界面形状成型困难的问题。相对于传统的硬质合金基体，本发明所提供的三维骨架结构聚晶金刚石复合片硬质合金基体的3D打印方法有助于促进聚晶金刚石复合片硬质合金基体的三维结构设计，从而极大提升聚晶金刚石复合片的断裂韧性及抗冲击性能，显著延长聚晶金刚石复合片的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明将提供一种专门用于合成聚晶金刚石复合片的带有三维骨架结构硬质合金基体的3D打印成型方法，以及由所述硬质合金基体制备聚晶金刚石复合片的合成方法，且本发明的方法合成的聚晶金刚石复合片其硬质合金基体与金刚石聚晶层结合强度良好。

本发明的技术方案为：

一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为硬质合金层或者其他合金材料层；

B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，包括SLM及3DP方法；

C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；

D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；

E）组装叶蜡石合成块；

F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；

G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。

进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为6-20%，所述三维骨架结构的材料为硬质合金、Ti合金、Zr合金、W合金、Mo合金、Cr合金。