一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法

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1.本发明涉及超硬材料表面镀覆技术领域，具体的涉及一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法。

背景技术：

2.诸如金刚石或立方氮化硼之类的超硬材料微粉是制备超硬材料工具的基础，由于超硬材料微粉的化学惰性大，所以往往需要在表面镀覆合适种类和数量的结合剂以提高其结合力，如镀钛、镍、铬、钼、钨等，从而提高超硬材料工具的加工效率、加工精度和使用寿命，理想的镀覆效果是在保证超硬材料工具有效结合的前提下，尽可能减少结合剂的用量。
3.目前常用的镀覆方法主要有化学镀、电镀和真空镀覆等，其虽然在较大尺寸超硬材料微粉镀覆上取得了较好的效果，但是，当超硬材料微粉粒径小于5μm时，由于微粉比表面积大且易团聚，用常规镀覆工艺镀覆超硬材料微粉时效果并不理想，存在镀覆不均匀、漏镀、镀层厚度不易控制、粉体粘连、成本高和效率低等不足等弊端，特别是在镀覆用于生产高性能超硬材料工具的微纳米微粉时，这一问题愈加突出，成为制约高性能超硬材料工具开发的主要难题之一。

技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，其超硬材料具有硬度高、切削性好等特点，可以与研磨筒内壁及研磨球发生磨削作用，产生活性高、粒度小的待镀覆物质，在一定温度条件下，被磨削下来的物质可以与超硬材料微粉结合，实现超硬材料的镀覆。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法基于一种卧式球磨机实现，一种卧式球磨机包括球磨筒和卧式加热炉，所述卧式加热炉配套有支撑框，所述球磨筒包括内层球磨筒和外层球磨筒，且所述内层球磨筒和外层球磨筒均为圆柱状，内层球磨筒由高纯目标镀覆金属加工而成，外层球磨筒由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒与外层球磨筒之间呈紧密结合，内层球磨筒与外层球磨筒两者之间可以同轴同速度旋转，内层球磨筒上连通有抽气接口、充气接口、过压放气阀，且抽气接口、充气接口自带密封结构，可与外接装置方便连接与断开，且断开后能够实现密封，内层球磨筒内设置有超硬材料微粉，卧式加热炉的炉膛尺寸与外层球磨筒配合，外层球磨筒可置入卧式加热炉的炉膛内，且外层球磨筒和卧式加热炉两者之间留有旋转余量，卧式加热炉上设置有辅助加热装置，所述辅助加热装置可以对外层球磨筒加热，外层球磨筒向内层球磨筒传热加热内层球磨筒及内层球磨筒内的超硬材料微粉。
8.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，包括以下步骤：
9.s1、对超硬材料微粉进行表面处理，主要是除去微粉表面的杂质，可选用行业内公
知的常规方法进行处理；
10.s2、首先将经步骤1处理过的超硬材料微粉加入内层球磨筒中，之后在内层球磨筒中装入适量直径为2-7mm的目标镀覆金属制成的研磨球，添加量为超硬材料微粉质量的0.3-5.0倍，对超硬材料微粉进行搅拌，防止超硬材料微粉的团聚和贴壁；
11.s3、闭合内层球磨筒抽真空，充入氩气至常压状态，然后再先抽真空后充氩气，可多次重复，直至球磨筒内的空气含量降至不会对内层球磨筒内的镀层产生不利影响为止；
12.s4、设置卧式加热炉升温曲线，使其升温至400-800℃，保温30-300分钟；
13.s5、调节球磨筒的转速大小和旋转方向，使其变速和换向旋转，避免超硬材料微粉紧贴内层球磨筒的内壁而伴随内层球磨筒同速旋转，可得均匀镀覆目标金属薄层的超硬材料微粉，球磨筒转速为50-300r/min。
14.(三)有益效果
15.与现有技术相比，本发明提供了一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，具备以下有益效果：
16.1.本发明中，利用超硬材料微粉硬度高、切削性好的特点，使其与内层球磨筒的内壁及研磨球发生磨削作用而产生剥落物，并在一定的温度条件下，超硬材料微粉与磨削脱落物结合，实现超硬材料微粉的镀覆，是与传统的化学镀、电镀、真空镀覆等技术的原理不同的方法，具有环保、节能、均匀性好、厚度可控等显著优势。
17.2.本发明中，可以使镀覆后的超硬材料微粉之间相互磨削，从而避免出现部分微粉表面镀覆厚度大、部分微粉表面漏镀的问题，显著提高超硬材料微粉镀覆的均匀性，解决现有镀覆方法容易产生的漏镀、镀层不均匀等难题，特别是微纳米超硬材料微粉镀覆时由于团聚而导致的漏镀、镀层不均匀等难题。
18.3.本发明中，能够较好地控制涂层厚度，且能实现均匀镀覆，因而能够减少结合剂的用量，对于制备高性能超硬材料聚晶产品具有显著优势。
附图说明
19.图1为本发明整体的立体结构示意图；
20.图2为本发明局部剖视的立体结构示意图；
21.图3为本发明图2中a处的局部放大结构示意图；
22.图4为本发明整体的后侧视的立体结构示意图；
23.图5为本发明支撑框的立体结构示意图。
24.图中：1、卧式加热炉；2、支撑框；3、内层球磨筒；4、外层球磨筒；5、抽气接口；6、充气接口；7、过压放气阀。
具体实施方式
25.实施例1
26.请参阅图1-5，一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法基于一种卧式球磨机实现，一种卧式球磨机包括球磨筒和卧式加热炉1，卧式加热炉1配套有支撑框2，球磨筒包括内层球磨筒3和外层球磨筒4，且内层球磨筒3和外层球磨筒4均为圆柱状，内层球磨筒3由高纯目标镀覆金属加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒3与外层球磨筒4之
间呈紧密结合，内层球磨筒3与外层球磨筒4两者之间可以同轴同速度旋转，内层球磨筒3上连通有抽气接口5、充气接口6、过压放气阀7，且抽气接口5、充气接口6自带密封结构，可与外接装置方便连接与断开，且断开后能够实现密封，内层球磨筒3内设置有超硬材料微粉，卧式加热炉1的炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，外层球磨筒4可置入卧式加热炉1的炉膛内，且外层球磨筒4和卧式加热炉1两者之间留有旋转余量，卧式加热炉1上设置有辅助加热装置，辅助加热装置可以对外层球磨筒4加热，外层球磨筒4向内层球磨筒3传热加热内层球磨筒3及内层球磨筒3内的超硬材料微粉。
27.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，包括以下步骤：
28.1、称取2000克中位粒径为3微米的金刚石微粉，用盐酸和硝酸的混合溶液煮沸处理30分钟，然后用去离子水冲洗，直至冲洗液呈中性。
29.2、选择具有辅热功能的球磨装置。内层球磨筒3由高纯金属钛加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内外层球磨筒4紧密结合，可同轴同速度旋转；球磨筒置入卧式加热炉1炉膛内，炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，并留有旋转余量；辅助加热装置加热外层球磨筒4，外筒向内筒传热加热内筒及筒内物料。钛球磨筒壁厚10mm，内径100mm，球磨筒两端用螺栓结构实现打开、闭合功能，并用铜垫片实现气密封，球磨筒上附带抽真空接口、充气接口6、过压放气阀7等功能组件。
30.3、将处理后的金刚石微粉装入具有辅热功能的钛球磨筒中，加入800g直径为3mm的钛研磨球，抽真空(附针阀，内部抽气孔附滤网，防止微粉被抽出)，然后充入氩气，再抽真空，再充氩气，重复3次；最后再充入氩气至微正压，防止辅热球磨时发生氧化。
31.4、调节球磨筒转速大小、旋转方向，使其正向旋转1分钟，反向旋转1分钟，最大转速100r/min，避免金刚石微粉紧贴球磨筒壁同速旋转。
32.5、调节加热炉温度，使其升温至650℃，保温120分钟。
33.6、可得均匀镀覆钛薄层的金刚石微粉。
34.经检测：金刚石微粉镀层厚度为0.7微米，粉体全表面被均匀镀覆，且几乎不存在团聚、漏镀现象。
35.实施例2
36.请参阅图1-5，一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法基于一种卧式球磨机实现，一种卧式球磨机包括球磨筒和卧式加热炉1，其特征在于，卧式加热炉1配套有支撑框2，球磨筒包括内层球磨筒3和外层球磨筒4，且内层球磨筒3和外层球磨筒4均为圆柱状，内层球磨筒3由高纯目标镀覆金属加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒3与外层球磨筒4之间呈紧密结合，内层球磨筒3与外层球磨筒4两者之间可以同轴同速度旋转，内层球磨筒3上连通有抽气接口5、充气接口6、过压放气阀7，且抽气接口5、充气接口6自带密封结构，可与外接装置方便连接与断开，且断开后能够实现密封，内层球磨筒3内设置有超硬材料微粉，卧式加热炉1的炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，外层球磨筒4可置入卧式加热炉1的炉膛内，且外层球磨筒4和卧式加热炉1两者之间留有旋转余量，卧式加热炉1上设置有辅助加热装置，辅助加热装置可以对外层球磨筒4加热，外层球磨筒4向内层球磨筒3传热加热内层球磨筒3及内层球磨筒3内的超硬材料微粉。
37.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，包括以下步骤：
38.1、称取2000克中位粒径为1微米的金刚石微粉，用盐酸和硝酸的混合溶液煮沸处
理30分钟，然后用去离子水冲洗，直至冲洗液呈中性。
39.2、选择具有辅热功能的球磨装置。内层球磨筒3由高纯金属镍加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内外层球磨筒4紧密结合，可同轴同速度旋转；球磨筒置入卧式加热炉1炉膛内，炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，并留有旋转余量；辅助加热装置加热外层球磨筒4，外层球磨筒4向内层球磨筒3传热加热内层球磨筒3及内层球磨筒3内的物料，镍球磨筒壁厚10mm，内径100mm，球磨筒两端用螺栓结构实现打开、闭合功能，并用铜垫片实现气密封。内层球磨筒3上附带抽真空接口、充气接口6、过压放气阀7等功能组件。
40.3、将处理后的金刚石微粉装入具有辅热功能的钛球磨筒中，加入1000g直径为3mm的镍研磨球，抽真空(附针阀，内部抽气孔附滤网，防止微粉被抽出)，然后冲入氩气，再抽真空，再充氩气，重复3次，最后再充入氩气至微正压，防止辅热球磨时发生氧化。
41.4、调节球磨筒转速大小、旋转方向，使其正向旋转2分钟，反向旋转2分钟，最大转速120r/min，避免金刚石微粉紧贴球磨筒壁同速旋转。
42.5、调节加热炉温度，使其升温至700℃，保温100分钟。
43.6、可得均匀镀覆镍薄层的金刚石微粉。
44.经检测：金刚石微粉镀层厚度约为0.5微米，粉体全表面被均匀镀覆，且几乎不存在团聚、漏镀现象。
45.实施例3
46.请参阅图1-5，一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法基于一种卧式球磨机实现，一种卧式球磨机包括球磨筒和卧式加热炉1，其特征在于，卧式加热炉1配套有支撑框2，球磨筒包括内层球磨筒3和外层球磨筒4，且内层球磨筒3和外层球磨筒4均为圆柱状，内层球磨筒3由高纯目标镀覆金属加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒3与外层球磨筒4之间呈紧密结合，内层球磨筒3与外层球磨筒4两者之间可以同轴同速度旋转，内层球磨筒3上连通有抽气接口5、充气接口6、过压放气阀7，且抽气接口5、充气接口6自带密封结构，可与外接装置方便连接与断开，且断开后能够实现密封，内层球磨筒3内设置有超硬材料微粉，卧式加热炉1的炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，外层球磨筒4可置入卧式加热炉1的炉膛内，且外层球磨筒4和卧式加热炉1两者之间留有旋转余量，卧式加热炉1上设置有辅助加热装置，辅助加热装置可以对外层球磨筒4加热，外层球磨筒4向内层球磨筒3传热加热内层球磨筒3及内层球磨筒3内的超硬材料微粉。
47.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，包括以下步骤：
48.1、称取2000克中位粒径为10微米的立方氮化硼微粉，用盐酸和硝酸的混合溶液煮沸处理30分钟，然后用去离子水冲洗，直至冲洗液呈中性。
49.2、选择具有辅热功能的球磨装置。内层球磨筒3由高纯金属钛加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内外层球磨筒4紧密结合，可同轴同速度旋转；球磨筒置入卧式加热炉1炉膛内，炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，并留有旋转余量，辅助加热装置加热外层球磨筒4，外筒向内筒传热加热内筒及筒内物料，钛球磨筒壁厚10mm，内径100mm，球磨筒两端用螺栓结构实现打开、闭合功能，并用铜垫片实现气密封，球磨筒上附带抽真空接口、充气接口6，、过压放气阀7，等功能组件。
50.3、将处理后的立方氮化硼微粉装入具有辅热功能的钛球磨筒中，加入800g直径为3mm的钛研磨球，抽真空(附针阀，内部抽气孔附滤网，防止微粉被抽出)，然后冲入氩气，再
抽真空，再充氩气，重复3次，最后再充入氩气至微正压，防止辅热球磨时发生氧化。
51.4、调节球磨筒转速大小、旋转方向，使其正向旋转1.5分钟，反向旋转1.5分钟，最大转速100r/min，避免立方氮化硼粉体紧贴球磨筒壁同速旋转。
52.5、调节加热炉温度，使其升温至750℃，保温100分钟。
53.6、可得均匀镀覆钛薄层的立方氮化硼微粉。
54.经检测：金刚石微粉镀层厚度约为1.0微米，粉体全表面被均匀镀覆，且几乎不存在团聚或漏镀现象。
55.实施例4
56.请参阅图1-5，一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法基于一种卧式球磨机实现，一种卧式球磨机包括球磨筒和卧式加热炉1，其特征在于，卧式加热炉1配套有支撑框2，球磨筒包括内层球磨筒3和外层球磨筒4，且内层球磨筒3和外层球磨筒4均为圆柱状，内层球磨筒3由高纯目标镀覆金属加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒3与外层球磨筒4之间呈紧密结合，内层球磨筒3与外层球磨筒4两者之间可以同轴同速度旋转，内层球磨筒3上连通有抽气接口5、充气接口6、过压放气阀7，且抽气接口5、充气接口6自带密封结构，可与外接装置方便连接与断开，且断开后能够实现密封，内层球磨筒3内设置有超硬材料微粉，卧式加热炉1的炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，外层球磨筒4可置入卧式加热炉1的炉膛内，且外层球磨筒4和卧式加热炉1两者之间留有旋转余量，卧式加热炉1上设置有辅助加热装置，辅助加热装置可以对外层球磨筒4加热，外层球磨筒4向内层球磨筒3传热加热内层球磨筒3及内层球磨筒3内的超硬材料微粉。
57.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，包括以下步骤：
58.1、称取2000克中位粒径为5微米的立方氮化硼微粉，用盐酸和硝酸的混合溶液煮沸处理30分钟，然后用去离子水冲洗，直至冲洗液呈中性。
59.2、选择具有辅热功能的球磨装置，内层球磨筒3由高纯金属钼加工而成，外层球磨筒4由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒3和外层球磨筒4之间紧密结合，可同轴同速度旋转，球磨筒置入卧式加热炉1炉膛内，炉膛尺寸与外层球磨筒4配合，并留有旋转余量，辅助加热装置加热外层球磨筒4，外筒向内筒传热加热内筒及筒内物料，钼球磨筒壁厚10mm，内径100mm，球磨筒两端用螺栓结构实现打开、闭合功能，并用铜垫片实现气密封，球磨筒上附带抽真空接口、充气接口6、过压放气阀7等功能组件。
60.3、将处理后的立方氮化硼微粉装入具有辅热功能的钼球磨筒中，加入800g直径为3mm的钼研磨球，抽真空附针阀，内部抽气孔附滤网，防止微粉被抽出)，然后冲入氩气，再抽真空，再充氩气，重复3次；最后再充入氩气至微正压，防止辅热球磨时发生氧化。
61.4、调节球磨筒转速大小、旋转方向，使其正向旋转2分钟，反向旋转2分钟，最大转速180r/min，避免立方氮化硼粉体紧贴球磨筒壁同速旋转。
62.5、调节加热炉温度，使其升温至750℃，保温70分钟。
63.6、可得均匀镀覆钼薄层的立方氮化硼微粉。
64.经检测：金刚石微粉镀层厚度为0.8微米，粉体全表面被均匀镀覆，且几乎不存在团聚、漏镀现象。
65.综上所述，本发明中，钛球磨筒和钼球磨筒均为球磨筒的一种，利用超硬材料微粉硬度高、切削性好的特点，使其与内层球磨筒3的内壁及研磨球发生磨削作用而产生剥落
物，并在一定的温度条件下，超硬材料微粉与磨削脱落物结合，实现超硬材料微粉的镀覆，是与传统的化学镀、电镀、真空镀覆等技术的原理不同的方法，具有环保、节能、均匀性好、厚度可控等显著优势，同时可以使镀覆后的超硬材料微粉之间相互磨削，从而避免出现部分微粉表面镀覆厚度大、部分微粉表面漏镀的问题，显著提高超硬材料微粉镀覆的均匀性，解决现有镀覆方法容易产生的漏镀、镀层不均匀等难题，特别是微纳米超硬材料微粉镀覆时由于团聚而导致的漏镀、镀层不均匀等难题，并且，能够较好地控制涂层厚度，且能实现均匀镀覆，因而能够减少结合剂的用量，对于制备高性能超硬材料聚晶产品具有显著优势。

技术特征：

1.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法基于一种卧式球磨机实现，一种卧式球磨机包括球磨筒和卧式加热炉(1)，其特征在于，所述卧式加热炉(1)配套有支撑框(2)，所述球磨筒包括内层球磨筒(3)和外层球磨筒(4)，且所述内层球磨筒(3)和外层球磨筒(4)均为圆柱状，内层球磨筒(3)由高纯目标镀覆金属加工而成，外层球磨筒(4)由耐热不锈钢加工而成，内层球磨筒(3)与外层球磨筒(4)之间呈紧密结合，内层球磨筒(3)与外层球磨筒(4)两者之间可以同轴同速度旋转，内层球磨筒(3)上连通有抽气接口(5)、充气接口(6)、过压放气阀(7)，且抽气接口(5)、充气接口(6)自带密封结构，可与外接装置方便连接与断开，且断开后能够实现密封，内层球磨筒(3)内设置有超硬材料微粉，卧式加热炉(1)的炉膛尺寸与外层球磨筒(4)配合，外层球磨筒(4)可置入卧式加热炉(1)的炉膛内，且外层球磨筒(4)和卧式加热炉(1)两者之间留有旋转余量，卧式加热炉(1)上设置有辅助加热装置，所述辅助加热装置可以对外层球磨筒(4)加热，外层球磨筒(4)向内层球磨筒(3)传热加热内层球磨筒(3)及内层球磨筒(3)内的超硬材料微粉。2.一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，其特征在于，使用了根据权利要求1所述的一种卧式球磨机，包括以下步骤：s1、对超硬材料微粉进行表面处理，主要是除去微粉表面的杂质，可选用行业内公知的常规方法进行处理；s2、首先将经步骤1处理过的超硬材料微粉加入内层球磨筒(3)中，之后在内层球磨筒(3)中装入适量直径为2-7mm的目标镀覆金属制成的研磨球，添加量为超硬材料微粉质量的0.3-5.0倍，对超硬材料微粉进行搅拌，防止超硬材料微粉的团聚和贴壁；s3、闭合内层球磨筒(3)抽真空，充入氩气至常压状态，然后再先抽真空后充氩气，可多次重复，直至球磨筒内的空气含量降至不会对内层球磨筒(3)内的镀层产生不利影响为止；s4、设置卧式加热炉(1)升温曲线，使其升温至400-800℃，保温30-300分钟；s5、调节球磨筒的转速大小和旋转方向，使其变速和换向旋转，避免超硬材料微粉紧贴内层球磨筒(3)的内壁而伴随内层球磨筒(3)同速旋转，可得均匀镀覆目标金属薄层的超硬材料微粉，球磨筒转速为50-300r/min。

技术总结

本发明涉及超硬材料表面镀覆技术领域，提出了一种微纳米超硬材料辅热球磨镀覆方法，其超硬材料具有硬度高、切削性好等特点，可以与研磨筒内壁及研磨球发生磨削作用，产生活性高、粒度小的待镀覆物质，在一定温度条件下，被磨削下来的物质可以与超硬材料微粉结合，实现超硬材料的镀覆，包括如下步骤，首先对超硬材料微粉进行表面处理，然后将处理后的超硬材料微粉加入内层球磨筒中，之后在内层球磨筒中装入适量直径为2-7mm的目标镀覆金属制成的研磨球，闭合内层球磨筒抽真空，充入氩气至常压状态，可多次重复，设置卧式加热炉升温曲线，调节球磨筒的转速大小和旋转方向，使其变速和换向旋转，可得均匀镀覆目标金属薄层的超硬材料微粉。粉。粉。