一种聚晶金刚石复合刀片的处理方法与流程

本发明涉及一种聚晶金刚石复合刀片的处理方法，属于聚晶金刚石复合刀片的制备领域。

背景技术：

1、聚晶金刚石复合刀片属于新型功能材料，号称工业的牙齿，采用金刚石微粉与硬质合金衬底，经过高温高压(hthp)烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，主要用于有色金属精密加工、木材家具等非金属材料加工。

2、众所周知，金刚石复合刀片直径越大，激光加工的可选择性及加工利用率显著提高，生产成本明显降低。由于硬质合金与金刚石两种材料的热膨胀系数不同，金刚石复合刀片经过高温高压烧结后，金刚石复合刀片内部存在较大残余内应力，随着金刚石复合刀片产品直径的不断增加，残余内应力值也不断增加，残余内应力的存在对金刚石复合刀片加工裂纹、平磨后拱形度等缺陷产生很大影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种聚晶金刚石复合刀片的处理方法，能够显著降低聚晶金刚石复合刀片的拱形度，提升产品质量等级。

2、为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种聚晶金刚石复合刀片的处理方法，包括以下步骤：将聚晶金刚石复合刀片进行热处理；所述热处理的方法包括以下步骤：将聚晶金刚石复合刀片在无氧环境中进行第一保温处理，冷却；所述第一保温处理的温度为350～750℃，时间为3～15h。

4、本发明的聚晶金刚石复合刀片的处理方法，通过将聚晶金刚石复合刀片在350～750℃保温3～15h可以充分松弛聚晶金刚石复合刀片中各晶体结构间差异以及晶格畸变特征，释放聚晶金刚石复合刀片中各晶体结构间以及晶格畸变产生的内应力，达到降低残余内应力效果，还可以减少由于硬质合金衬底与金刚石层的热膨胀系数等物性参数相差较大，产生的残余热应力。本发明的处理方法可以有效降低聚晶金刚石复合刀片残余内应力，改善加工制造工艺过程，减少金刚石复合刀片加工裂纹缺陷并降低平磨加工拱形度大小，提升产品质量等级，降低高品质产品制造成本。

5、为了进一步地增强处理效果，所述第一保温处理的温度为400～600℃，时间为4～12h，例如所述第一保温处理的温度为400℃、515℃、550℃、480℃或600℃，时间为4h、6h、8h、10h或15h。

6、升温速率过高时容易导致聚晶金刚石复合刀片内部热应力增加，为了减少处理过程中内应力增加，进一步地，升温至第一保温处理的温度的速率≤10℃/min。更进一步地，升温至第一保温处理的温度的速率为2～8℃/min，例如为3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min或8℃/min。

7、进一步地，所述热处理的方法还包括以下步骤：将冷却后的聚晶金刚石复合刀片在无氧环境中进行第二保温处理，冷却；所述第二保温处理的温度为500～800℃，时间为0.5～3h。在进行第一保温处理后，再次进行第二保温处理可以进一步松弛聚晶金刚石复合刀片中各晶体结构间差异以及晶格畸变特征，释放其相互作用产生的内应力；并进一步减少由于硬质合金衬底与金刚石层的热膨胀系数等物性参数相差较大，产生的残余热应力以及制作过程中产生的残余内应力，进一步地降低聚晶金刚石复合刀片的残余应力。

8、为了继续降低聚晶金刚石复合刀片的残余应力，提高拱形度改善效果，进一步地，将第一保温处理后冷却的聚晶金刚石复合刀片进行平磨后再进行第二保温处理。所述无氧环境为真空环境或氮气气氛或惰性气体气氛。

9、为了进一步地增强处理效果，所述第二保温处理的温度为580～720℃，时间为0.6～2.5h。例如所述第二保温处理的温度为660℃或690℃，时间为1或1.5h。

10、升温速率过高时容易导致聚晶金刚石复合刀片内部热应力增加，为了减少处理过程中内应力增加，进一步地，升温至第二保温处理的温度的速率≤12℃/min。升温至第二保温处理的温度的速率为3～10℃/min，例如为3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min或8℃/min。

11、进一步地，在将聚晶金刚石复合刀片进行热处理前，先将聚晶金刚石复合刀片在-200～-140℃进行保冷处理。保冷处理可以在聚晶金刚石复合刀片表面形成压应力状态，有效减小硬质合金衬底及硬质合金衬底与金刚石层界面处残余拉应力。

12、对于基体为粘结金属含co元素的硬质合金，保冷处理还可以促进合金衬底及金刚石复合层中co元素的残余高温相(fcc结构)转变为低温相(hcp结构)，提高组织稳定性，提高聚晶金刚石复合刀片的尺寸稳定性。

13、进一步地，所述保冷处理的时间为3～8h，保冷处理结束后升温至100～160℃再进行冷却。硬质合金的残余高温相(fcc结构)与低温相(hcp结构)致密度均为0.74，但是fcc结构的滑移系更多，韧性更好，fcc结构转变为hcp结构后，聚晶金刚石复合刀片的整体韧性变差，脆性增加，晶体结构以及组织转变产生的内应力增加，为避免降低内应力改善效果变差，保冷处理结束后先升温至100～160℃再降温。升温至100～160℃后进行的冷却优选为空冷。升温至100～160℃的速率为2～8℃/min，例如为3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min或8℃/min。

14、为了进一步地增强处理效果，所述保冷处理的温度为-190～-150℃，时间为3～8h，例如所述保冷处理的温度为-160℃、-170℃或-180℃，时间为4h、5h、6h或7h。

15、降温速率过高时容易导致晶体结构以及组织转变剧烈过快，内应力明显增加现象，为了减少降温过程中聚晶金刚石复合刀片内应力增加，进一步地，降温至保冷处理温度的速率为≤15℃/min，例如为4℃/min、8℃/min或10℃/min。降温至保冷处理温度的速率为6～12℃/min。

16、进一步地，所述聚晶金刚石复合刀片是由金刚石粉体和硬质合金制成；所述硬质合金的粘结金属包含co。进一步地，所述硬质合金主要由co和wc组成，例如硬质合金中wc的质量百分含量为70～95％。纯co元素的相变温度为633k(约360℃)，但是由于wc相与co相界面的钉扎作用以及微细wc颗粒固溶到co相中，两者共同作用致使co相的相变温度提高(约为600℃～1000℃)。当聚晶金刚石复合刀片加热温度达到相变温度后，co元素的低温相(hcp结构)会向高温相(fcc结构)转变，反之co元素的高温相(fcc结构)会向低温相(hcp结构)转变。

17、进一步地，本发明中待处理的聚晶金刚石复合刀片是将金刚石微粉和硬质合金组装后进行高温高压烧结后进行修整、pcd面加工得到。通过修整可以得到平整的聚晶金刚石复合刀片表面。pcd面加工的目的是满足客户需求的pcd层厚度。

18、进一步地，第一保温处理结束后的冷却是先随炉冷却至200～300℃，然后再出炉空冷，例如先随炉冷却至250℃，再出炉空冷。进一步地，第二保温处理结束后的冷却是先随炉冷却至200～300℃，然后再出炉空冷，例如先随炉冷却至250℃，再出炉空冷。上述冷却过程相较于其他冷却方式可以降低或者减少由于出炉温度过高而引起聚晶金刚石复合刀片残余热应力增加，避免整体改善效果变差。此外，第一保温处理结束后的冷却以及第二保温处理结束后的冷却均可以全程采用空冷的方式进行冷却。