专利名称：应用电磁场提高超硬材料使用寿命的方法
技术领域：
本发明涉及一种应用电磁场提高超硬材料使用寿命的方法，属于材料加工领域。
背景技术：
超硬材料在工具领域的应用具有划时代的意义。其中聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond Compact, PDC)和聚晶立方氮化硼(Polycrystallinecubic-Boron Nitride Compact, PcBN)是在超高压高温条件下金刚石微粉或立方氮化硼微粉在多种金属催化剂及粘接剂作用下烧结而成的聚晶超硬材料。
超硬材料广泛的用于地质岩芯钻探、煤田开采、地下瓦斯排放、天然气以及石油开采、工程工具、宝石加工、汽车以及航空航天零部件加工等行业，已经极大的取代了硬质合金在这些行业中的应用，节约了大量的钨等稀缺资源。如何进一步提高超硬材料的使用寿命，是全世界超硬材料行业研究的核心内容，目前采用的主要手段包括提高粉料的强度、改进合成的配方以及对合成的聚晶体进行后处理等。
在聚晶体后处理方面主要有热处理和化学处理两种方法。热处理方法能够提高超硬材料的耐磨性，消除高压合成时急剧的压力和温度变化梯度对材料结合强度的影响，但是热处理会造成超硬材料热损伤，金刚石和立方氮化硼颗粒的表层出现相变从而出现抗冲击性能下降，在重载荷出现下逐层剥离的现象。而化学处理对设备有较高的要求，同时处理的酸碱溶液也容易造成环境污染，生产成本和社会成本较高，难以得到广泛的使用。发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种应用电磁场提高超硬材料使用寿命的方法。处理后的超硬材料无变形，无热损伤，无环境污染，成本低廉。
上述发明目的是以如下技术方案实现的: 将待处理的超硬材料工件固定在卡具上，将固定好工件的卡具放入一个高频电磁感应线圈中，再将装有工件和卡具的高频线圈放置在一个低频励磁线圈中，利用电磁场处理工件。
工作时，由于超硬材料微粉含有微量的催化剂残余,存在磁性,而聚晶在合成时进一步添加了少量的催化剂和粘接剂，因此超硬材料内部在磁场作用下会使超硬材料受到洛伦兹力的作用，在一定感应频率和感应强度条件下，洛伦兹力使超硬材料处于机械振动状态，产生机械能。这样，被 处理的工件中同时接收三部分的能量:第一部分是来自低频励磁线圈的磁能，第二部分来自高频感应线圈在超硬材料中产生的感应电能，第三部分来自感应电流与磁场耦合作用产生的振动机械能。
具体的操作中，可根据所处理超硬材料的不同选择合适的高频线圈和低频励磁线圈的操作参数。
较好的参数选择为:第一部分产生磁能的设备和参数:励磁电源由北京威顿公司生产，型号为RJ-50，低频励磁线圈匝数为250 500匝，将励磁电源直接用导线与励磁线圈连接起来，即可产生所需的磁场。处理的参数范围为:交流电峰值电流50 80安培，频率10 50Hz。
第二部分产生感应电能的设备和参数:感应电源由上海腾昌公司生产，型号为GP26，感应线圈为3 10匝，将感应电源的输出端连在感应线圈上，即可产生所需的感应电流。处理的参数范围为:频率15 80kHz，输出功率2.8 7kW。
将工件固定在卡具上之后，同时开启低频励磁电源和高频感应电源，工作一段时间后，即完成对工件的处理。一般处理时间为30s以上，优选30s 500s。
在磁场和电流的共同作用下，超硬材料中的微颗粒之间产生微弱的振动和相互的摩擦，导致能量以塑性功和热能的形式在在晶界上聚集，这些能量在磁场和机械振动的作用下，促使微颗粒之间的结合相由不稳定的状态向稳定的状态发生转变，从而使聚晶晶粒之间的结合更加牢固可靠，使用寿命显著提高。
本发明主要应用于地质岩芯钻探、煤田开采、地下瓦斯排放、天然气以及石油开采、工程工具、宝石加工、 汽车以及航空航天零部件加工等行业。本发明能使超硬材料使用寿命显著提高。处理后的超硬材料无变形，无热损伤，无环境污染，成本低廉。
图1为电磁场处理超硬材料的原理示意图。
图中，I—卡具，2—待处理超硬材料工件，3 —闻频感应线圈，4一低频励磁线圈。
具体实施方式
以下仅为本发明的较佳实施例而已，但不能以此限定本发明的范围。
实施例1 取煤矿锚杆支护常用聚晶金刚石片1304型5片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间200s。将处理后的聚晶金刚石片与同一批次生产的未经处理的在相同的工作条件下进行锚杆钻进对比试验，结果表明，未经处理的聚晶金刚石片平均钻进20米，经过处理的聚晶金刚石片平均钻进35米，寿命提高75%。
实施例2 取三翼水井钻头常用聚晶金刚石片1308型6片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间300s。将处理后的聚晶金刚石片与同一批次生产的未经处理的在相同的工作条件下进行水井钻进对比试验，结果表明，未经处理的聚晶金刚石片平均钻进130米，经过处理的聚晶金刚石片平均钻进210米，寿命提高61.5%。
实施例3 取地质钻头常用聚晶金刚石片1304型8片、聚晶金刚石片1308型6片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间300s。将处理后的聚晶金刚石片与同一批次生产的未经处理的在相同的工作条件下进行地质钻进对比试验，结果表明，未经处理的聚晶金刚石片平均钻进350米，经过处理的聚晶金刚石片平均钻进560米，寿命提闻60%ο
实施例4 取地质钻头常用聚晶金刚石片1304型8片、聚晶金刚石片1308型6片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间300s。将处理后的聚晶金刚石片与同一批次生产的未经处理的在相同的工作条件下进行地质钻进对比试验，结果表明，未经处理的聚晶金刚石片平均钻进350米，经过处理的聚晶金刚石片平均钻进560米，寿命提闻60%ο
实施例5 取聚晶立方氮化硼片10片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间250s。将处理后的聚晶立方氮化硼片与同一批次生产的未经处理的聚晶立方氮化硼片分别制作相同的用于汽车制动盘粗加工C型刀具，在相同的工作条件下进行切削加工对比试验，结果表明，未经处理的聚晶立方氮化硼片刀具平均加工500件，经过处理的聚晶立方氮 化硼片刀具平均加工1000件，寿命提高100%。
实施例6 取聚晶立方氮化硼片10片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝 数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间250s。将处理后的聚晶立方氮化硼片与同一批次生产的未经处理的聚晶立方氮化硼片分别制作相同的用于汽车制动盘精加工标准机夹刀具，在相同的工作条件下进行切削加工对比试验，结果表明，未经处理的聚晶立方氮化硼片刀具平均加工120件，经过处理的聚晶立方氮化硼片刀具平均加工200件，寿命提高67%。
实施例7 取聚晶立方氮化硼片10片，通过双面胶粘接在卡具平台上，低频励磁电源输出50A交流电，频率50Hz，低频励磁线圈匝数350匝；感应电源输出频率30kHz ;输出功率5kW，感应线圈10匝；处理时间250s。将处理后的聚晶立方氮化硼片与同一批次生产的未经处理的聚晶立方氮化硼片分别制作相同的用于汽车制动盘打孔用铣刀，在相同的工作条件下进行打孔加工对比试验，结果表明，未经处理的聚晶立方氮化硼片刀具平均加工200件，经过处理的聚晶立方氮化硼片刀具平均加工350件，寿命提高75%。
权利要求
1.一种应用电磁场提高超硬材料寿命的方法，其特征在于:将待处理的超硬材料工件固定在卡具上，将固定好工件的卡具放入一个高频电磁感应线圈中，再将装有工件和卡具的高频线圈放置在一个低频励磁线圈中，利用电磁场处理工件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述低频励磁线圈匝数为250500匝，励磁电源与励磁线圈连接起来，产生所需的磁场，励磁电源峰值电流50 80安培，频率1050Hz。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述高频感应线圈为310匝，将感应电源的输出端连在感应线圈上，产生所需的感应电流，感应电源的频率15 80kHz，输出功率 2.8 7kW。
4.根据权利要求13任一项所述的方法，其特征在于:电磁场处理超硬材料的时间至少为30s。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:电磁场处理超硬材料的时间为30500s．
6.根据权利要求13任一项所述的方法，其特征在于:所述超硬材料为聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼。
全文摘要
本发明涉及应用电磁场提高超硬材料寿命的方法。将待处理的超硬材料固定在卡具上，将固定好零件的卡具放入一个高频电磁感应线圈中，再将装有零件和卡具的高频线圈放置在一个低频励磁线圈中。工作时，被处理的超硬材料同时接收三部分的能量磁能、电能和机械能。本发明可广泛应用于超硬材料行业、机械加工行业、釆矿业、能源勘探领域的各种超硬材料处理，使用寿命显著提高。
文档编号C30B33/04GK103215651SQ20131017443
公开日2013年7月24日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者王自成, 王丽平, 邱冬生, 袁金磊, 黎明发, 王青龙, 范端 申请人:武汉晶泰科技有限公司