一种多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置及方法

技术领域

本发明涉及金刚石复合片加工处理技术领域，特别是涉及一种多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置。

背景技术

钴是形成聚晶金刚石D-D键的金属触媒，是合成聚晶金刚石复合片(Polycrystalline diamond composite,PDC)时不可或缺的催化剂和粘结剂，但钴在PDC工具(如切削刀具等)的使用过程中却会降低其耐磨性和热稳定性。原因主要有两个：第一，钴的热膨胀系数和金刚石的热膨胀系数之间存在巨大差异，金属钴的热膨胀系数是金刚石热膨胀系数的14倍，这将导致PDC在使用过程中金刚石骨架的撕裂和金刚石颗粒的剥落；其次，在空气中当温度升高到700℃以上时，钴会催化金刚石逆转变成石墨，并且钴的含量与环境中氧化剂的含量越高这一催化作用就越明显。因此，去除PDC中的钴，即常说的PDC“脱钴”，对于PDC的后续使用是非常重要的。目前较为主流的脱钴方式是酸浸脱钴，另一种是电解脱钴。酸浸脱钴法因为其脱钴的效果稳定且成本低等优点而应用广泛，其一般使用氢氟酸、浓硫酸等腐蚀性较强的溶液进行脱钴处理，但容易腐蚀聚晶金刚石复合片中的硬质合金基体。

现有的聚晶金刚石复合片脱钴装置几乎都不能做到电解和酸浸两用，且对PDC的尺寸有特殊要求。如申请号为201910958625.1的中国专利文献公开了一种金刚石复合片脱钴装置包括溶液槽，溶液槽的内侧面设置有横跨溶液槽的卡具，卡具上固定有下端开口的脱钴模具，脱钴模具的内表面与复合层位于下部的金刚石复合片形成过盈配合，卡具可单独使金刚石复合片的复合层浸入溶液槽内的脱钴液中。

上述装置只能进行酸浸脱钴作业，并且对不同尺寸的PDC进行脱钴前要更换脱钴模具，这不仅生产效率不高而且增加了使用成本，过盈配合的设计也对PDC的装卸造成了一定程度的困难。

发明内容

为针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置及方法，适用于酸浸脱钴和电解脱钴两种工况，并且对不同尺寸的聚晶金刚石复合片进行脱钴时不用改动装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置，其包括注入有脱钴液的溶液槽以及放置在所述溶液槽中的支架，所述支架包括架设于所述溶液槽内的第一支架，所述第一支架包括支撑于所述溶液槽内的支架底座、连接于所述支架底座顶端第一支架圆盘及活动安装于所述第一支架圆盘上的脱钴组件，所述脱钴组件包括固定于所述第一支架圆盘上并可上下移动的安装部及形成于所述安装部下端面上的磁铁部，所述聚晶金刚石复合片包括金属材质的基体层及金刚石层，所述磁铁部通过磁力吸附住所述基体层，所述安装部上下移动时可调节所述聚晶金刚石复合片与所述脱钴液的接触程度。

其中，所述第一支架上连接有电源正极并导通至所述聚晶金刚石复合片上。

其中，所述支架还包括安装于所述溶液槽内的第二支架，所述第二支架包括安装在所述溶液槽底部的第二支架圆盘及自所述第二支架圆盘延伸出所述溶液槽外的竖直部，所述第二支架圆盘浸没于所述脱钴液内，所述第一支架圆盘设有连通电源正极的第一接头，所述竖直部设有连通电源负极的第二接头。

其中，所述第一支架圆盘电导率良好的金属材料制成，所述第一支架的所述支架底座由塑料制成。

其中，所述第二支架是可装卸于所述支架底座。

其中，第二支架由电导率良好的金属材料制成。

其中，所述第一支架圆盘上还设有第一安装孔，所述脱钴组件装设于所述第一安装孔内，所述第一安装孔以所述第一接头为中心呈环形分布，以确保在脱钴过程中通过所述聚晶金刚石复合片的电解电流大小一致。

其中，所述第一支架圆盘上还设有第二安装孔，所述第二安装孔上设有水平装置，所述水平装置用于检测所述第一支架圆盘处于水平状态。

本发明还提供一种聚晶金刚石复合片脱钴方法，使用上述的多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置，包括如下步骤：

S1.设备准备，将第一支架安装至所述溶液槽内，向所述溶液槽中注入脱钴液；

S2.边缘保护，将聚晶金刚石复合片四周用疏水材料进行包覆；

S3.模具组装，将经过包覆的聚晶金刚石复合片磁吸在脱钴组件的磁铁部下方，并通过调整脱钴组件的安装部使聚晶金刚石复合片的金刚石层与液面发生接触；

S4.静置反应，将所述金刚石层浸入所述脱钴液中，进行酸浸脱钴反应；

S5.取料，将磁吸在磁铁部上的产品取下，冲洗、烘干；并将支架上残留的溶液冲洗干净后擦干静置。

其中，步骤S1中还包括安装第二支架，所述第一支架的第一接头和第二支架的第二接头连接后接通电源并用于进行电解脱钴反应。

本发明多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置有益效果为：一种多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置，用于产品的脱钴反应，所述产品为聚晶金刚石复合片，所述多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置包括内含脱钴液的溶液槽以及放置在所述溶液槽中的支架，所述支架包括设于所述溶液槽内的第一支架，所述第一支架包括支架底座、设于所述支架底座上方并设有第一安装孔的第一支架圆盘以及可活动安装于所述第一安装孔的脱钴组件，所述脱钴组件包括可纵向活动于所述第一支架圆盘上并安装在所述第一安装孔内的安装部以及朝向所述溶液槽并连接于所述安装部一端的磁铁部，所述磁铁部可通过磁力与所述产品连接，所述安装部转动时可调节所述产品与脱钴液的接触程度，适用于酸浸脱钴和电解脱钴两种工况，并且对不同尺寸的聚晶金刚石复合片进行脱钴时不用改动装置，减少成本并提高生产效率。

附图说明

图1为本发明多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置的支架的结构示意图；

图2为本发明多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置的第一工况的剖面示意图；

图3为本发明多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置的第二工况的剖面示意图；

图4为本发明聚晶金刚石复合片脱钴后截面的BSE图像。

附图标识：

10-支架；101-第一支架；102-第一支架圆盘；103-支架底座；104-脱钴组件；105-安装部；106-磁铁部；107-第一安装孔；108-第二安装孔；109-第一接头；110-第二支架；111-第二支架圆盘；112-竖直部；113-第二接头；20-产品；201-基体层；202-金刚石层；30-溶液槽；301-电解液；302-酸浸液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例1

本实施例主要介绍一种多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置，请参考图1至图4，用于产品20的脱钴反应，所述产品20为聚晶金刚石复合片，所述产品20包括基体层201和金刚石层202。可以理解的是，所述基体层201为硬质基体层，所述金刚石层202为聚晶金刚石层，当进行电解脱钴反应时，需要在绝缘、耐盐蚀的溶液槽30中进行，溶液槽30中还要有合适的电解液301来完成钴离子和电子的转移，当进行酸浸脱钴反应时需要在耐酸蚀的溶液槽30中进行，溶液槽30中还要有合适的酸浸液302来腐蚀聚晶金刚层中的钴相。

请参考图1，所述多用途全尺寸聚晶金刚石复合片脱钴装置包括内含脱钴液的溶液槽以及放置在所述溶液槽中的支架10，所述支架包括设于所述溶液槽内的第一支架101和第二支架110。

进一步的，请参考图1，所述第一支架101包括支架底座103、设于所述支架底座103上方并设有第一安装孔107的第一支架圆盘102以及可活动安装于所述第一安装孔107的脱钴组件104，所述脱钴组件104包括可垂直活动于所述第一支架圆盘102上并安装在所述第一安装孔107内的安装部105以及朝向所述溶液槽30并连接于所述安装部105自由端的磁铁部106，所述磁铁部106可通过磁力将所述产品20的基体层201吸附于其上，所述安装部105转动时可调节所述产品20与脱钴液的接触程度以及与所述脱钴液液面的高度，所述第一支架圆盘102远离所述溶液槽30的一端设有第一接头109，所述第一接头109为装置的正极接头，适用于酸浸脱钴和电解脱钴两种工况，并且对不同尺寸的聚晶金刚石复合片进行脱钴时不用改动装置，减少成本并提高生产效率。可以理解的是，所述脱钴液(图未示)包括酸浸液302或电解液301，适用于不同实施例，所述磁铁部106的材质为镀镍烧结型钕铁硼磁铁，所述镀镍烧结型钕铁硼磁铁外观更亮、镀镍后磁铁会更厚且具有耐高温和导电的特性，一般的镀镍磁铁都是镍铜镍三层，比其他镀层的磁铁更厚，适用于本发明中的电解和酸浸反应的环境，连接所述第一支架圆盘102和第二支架圆盘111由导电良好的金属材料制成，第一支架102的支架底座103由耐盐、耐酸碱的塑料或树脂材料制成。

进一步的，所述第二支架110包括安装于所述溶液槽30底部的第二支架圆盘111以及纵向延伸于所述第二支架圆盘111圆周上的竖直部112，所述第二支架111可独立装设于所述溶液槽30内，所述竖直部112上端设有第二接头113，所述第二接头113为装置的负极接头，若在酸浸反应的实施例下，所述第二支架110的第二支架圆盘111可拆卸出所述溶液槽30，仅放置所述第一支架101于所述溶液槽30内进行酸浸脱钴反应，所述第二支架110由导电良好的金属材料制成，所述第二支架110用于在电解脱钴反应中起到充当负极的作用，使装置用于不同的工况，提高工作效率。

进一步的，所述第一支架圆盘102上还设有第二安装孔108，所述第二安装孔108安装有水平装置(图未示)，所述水平装置为水平仪，用于检测所述第一支架圆盘102与是否为水平状态，若水平仪处于非水平状态，需要对所述第一支架或所述溶液槽位置进行适当调整，以使水平仪处于水平状态。可以理解的是，水平仪是一种测量小角度的常用量具，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。按水平仪的外形不同可分为：万向水平仪，圆柱水平仪，一体化水平仪，迷你水平仪，相机水平仪，框式水平仪，尺式水平仪；按水准器的固定方式又可分为：可调式水平仪和不可调式水平仪，水平仪为现有技术，在此不做赘述。

本申请实例还公开一种聚晶金刚石复合片脱钴方法，使用上述的聚晶金刚石复合片脱钴装置，包括以下步骤：

S1.设备准备，将第一支架101和第二支架110安装至所述溶液槽30内，并安装好向所述溶液槽30中注入脱钴液；若脱钴液为酸浸液302则不安装第二支架110。

S2.边缘保护，将所述产品20四周用疏水材料进行包覆，所述疏水材料为蜡或环氧树脂，进一步确保脱钴过程中溶液不与所述基体层201接触。

S3.模具组装，将经过包覆的产品20磁吸在第一支架101的脱钴模具的磁铁部106下方，并通过调整脱钴模具的安装部105使产品20的底部与液面恰好发生接触。

S4.静置反应，将所述第一支架101的第一接头109和第二支架110的第二接头113连接后接通电源，进行电解脱钴反应；若脱钴液为酸浸液302则不需要通电。

S5.取料，将磁吸在磁铁部106上的产品20取下，冲洗、烘干；并将支架10上残留的溶液冲洗干净后擦干静置。

本申请实施例聚晶金刚石复合片脱钴装置的实施原理为：在将聚晶金刚石复合片的脱钴处理时，调整调整安装部105将聚晶金刚石复合片的金刚石层202与酸浸液302接触平齐，调节过程简单方便、易于操作观察，酸浸液302只接触金刚石层202而不接触基体层201，可以极大地减少脱钴过程中酸浸液302腐蚀对基体层201的结构破坏，并且可以保证金刚石层202与酸浸液302的接触面尽可能扩大，提高脱钴的效率。同时，本设备不仅可以将第一支架101和第二支架110通电后进行电解脱钴过程，还可以在不通电的时候使用酸浸脱钴的方法，实现装置的多种用途。此外，本设备几乎兼容市面上所有型号的PDC，包括地质钻探PDC、油田钻探PDC、切削刀具用PDC等，在对不同型号的PDC进行脱钴时无需改动设备。

实施例2

请参考图1至图4，本申请实施例公开使用上述聚晶金刚石复合片脱钴装置电解脱钴的方法如下：

1、将支架10安装于溶液槽30内，并将电解液301放入溶液槽30；

2、如图2，将产品20磁吸于脱钴组件下方的磁铁部106下方，并使产品20具有金刚石层202的一面朝向电解液301；

3、观察第二安装孔108中的水平仪是否处于水平状态，若为非水平状态则应当对第一支架圆盘102或溶液槽30进行适当调整；

4、将直流电源(图未示)的正极通过导线(图未示)连接到第一接头109，将其负极通过导线连接到第二接头113，转动安装部105调整产品20的位置并使产品20的金刚石层202恰好接触到电解液301；

5、接通直流电源，使直流电源以恒流模式工作，电解脱钴时长根据需要自行确定；

6、到指定时长后关闭直流电源，取下产品20进行清洗、烘干即得到电解脱钴后的产品20。

本实施例中，所述电解液301一般由电化学性质稳定、水溶性良好的含氧酸盐充当电解质和PH缓冲剂经水稀释后制成，必要时可加入少量添加剂以提高脱钴效率。

进一步的，在本实施例中，所述直流电源的电流大小根据PDC的直径而定，通过每个PDC的电流密度控制在0.5～1.5A·dm-2为宜。

进一步的，在本实施例中，将PDC置于在电流密度为1A·dm-2、电解质为Na2SO4，Na2SO4的浓度为0.4至0.6mo l/L、缓冲剂为硼酸，硼酸的浓度为0.1至0.2mo l/L的环境下进行电解脱钴4h其脱钴深度可达到约为210μm，其截面的检测结果为图4所示。

实施例3

请参考图1至图3，本申请实施例公开使用上述聚晶金刚石复合片脱钴装置酸浸脱钴的方法。

1、将第一支架101安装于溶液槽30内，配置合适的酸浸液302放入溶液槽30中；

2、如图3，将产品20磁吸于脱钴组件104下方的磁铁部106，并使产品20具有金刚石层202的一面朝向酸浸液302；

3、观察第二安装孔108中的水平仪是否处于水平状态，若为非水平状态则应当对第一支架圆盘102或溶液槽30进行适当调整；

4、转动安装部105调整产品20的位置并使产品的金刚石层202恰好接触到酸浸液302；

5、根据酸浸液302的类型、浓度自行确定酸浸脱钴的时长；

6、到指定时长后，取下产品20进行清洗、烘干即得到酸浸脱钴后的产品20。

本实施例中，所述酸浸液302通常为硝酸、硫酸、盐酸或氢氟酸等强无机酸中的一种或几种混合而成，技术人员可根据实际情况灵活调整，酸浸液302是由98％的浓硫酸和10％过氧化氢溶液按体积比1:1的比例配置。

进一步地，在上述所有实施例中，溶液槽30都必需不能与溶液发生化学反应，这里不限定溶液槽30的材料，也不限定其形状及功能，技术人员可以根据需要确定其形状或加装出水阀、底部滑轮及液面高度检测器等配件。

进一步地，在上述所有实施例中，技术人员可以在产品20四周包覆胶带、热熔胶、密封蜡或环氧树脂等物质对产品20采取更进一步的保护，以确保产品20的四周在脱钴后不会发生任何变化。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。