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金刚石表面化学镀镍加工工艺

日期:2019-11-17 17:52

  慧聪表面处理网:对金刚石表面化学镀镍金属化工艺及其影响因素进行研究,并探讨了相关工艺条件对金刚石性能的影响。结果表明,化学镀镍层能显著提高金刚石的热稳定性和抗氧化温度。

  金刚石由于其高硬度和优良的力学性能,使金刚石工具成为加工各种坚硬材料不可缺步的有效工具,影响金刚石工具使用寿命及性能的主要因素有两个方面:一是盒刚石本身的质量(即品级),二是胎体金属对金刚石的粘结性(即胎体的包镶能力)。

  由于金刚石颗粒较小,绝大部分金刚石工具或以嵌焊于工具体中,或将金刚石颗粒与金属合金用粉末冶金法压型、烧结而形成金刚石一金属复合体,以实现对工件的加工。由于金刚石与一般金属和合金之间具有很高的界面能,致使金刚石颗粒不易被一般低熔点合金所浸润,粘结性极差。因此.在制造的金刚石工具中,金刚石颗粒仅依靠胎体冷凝后产生的机械力镶嵌于胎体金属基中,而没有形成牢固的化学键粘结镶,导致金刚石颗粒在工作中除破碎、折断外,绝大多数在露出不到粒径l/2高度时脱落。金刚石实际上只发挥了工作能力的20%,金刚石脱落后,难再回收利用,大大降低了金刚石工具的寿命及性能,造成巨大的浪费。因此研究金刚石表面化学镀镶金属化,对改善金刚石与胎体合金的粘结性能,增强金刚石的抗压强度、抗氧化性,提高金刚石的利用率及工具的使用寿命有重大意义。

  采用的金刚石型号为JR1,粒度为12o/14o。镀前对金刚石进行清洗、粗化、敏化、活化及还原等处理,然后进行化学镀镍,并分别研究了各因素对金刚石增重的影响。

  工艺流程:金刚石基料一除油一水洗一敏化一水洗一活化一水冼一还原一化学镀镍一水洗一烘干。

  (1)除油:栗用碱性除油,在l0%NaOH溶液中,并加入少量的非离子表面活性剂煮沸30min,用蒸馏水冲洗2~3次,除去金刚石表面的油脂等污物。

  将金刚石基料置于敏化液中浸泡5min,取出后水洗至中性,使吸附在表面的SnCl2胶体,水解生成sn(OH)Cl胶体,吸附于基料表面

  敏化后的基料放入活化液中4min,取出后用水洗净,Sn(OH)CI还原Pd2+成Pd,吸附于基体金刚石表面,这些金属微粒是化学镀镍的催化活性中心。

  将经活化处理的金刚石基料放入还原液中3min,还原可能残留于金刚石表面的Pd抖.防止其带入镀镍中导致镀液分解,金刚石经还原处理后不需水洗直接化学镀镍。

  (6)化学镀镶工艺金刚石粉末的表面积大,用一般的化学镀镍进行施镍进行施镀时,沉积反应过于激烈,镀液易产生自分解,为了对金刚石连续旌镀,必须采用稳定性高,易于维护的化学镀镍工艺.工艺条件如下:

  化学镀镶液温度栗用恒温水浴控制在88±3℃,采用超声波搅拌,防止金刚石颗粒镀镍粘在一起每隔5min用超声波搅拌30s,超声波频率为30Hz试验装置见图1:

  (1)NiSO4浓度在其他条件不变的情况下,镍盐浓度与金刚石增重的关系见图2,当硫酸镍含量达到30g/L时,金刚石增重率达到最大,再增加镍盐浓度就有副反应,沉积速度反而下降。

  (2)次磷酸钠浓度随着次磷酸钠浓度增加,金刚石增重率加快,当次磷钠的浓度达到30g/L时,金刚石增重率最大,再增加则发生自分解反应。沉积速率反而下降,且影响镀层质量。

  (3)主络合剂浓度主络合剂与Ni2+形成络合物,以控制溶液中的Ni2+浓度,从而控制沉积速度,并可防止亚磷镍并沉淀形成,并作为缓冲剂来防止镀镍pH值在施镀过程变化太快。主络合剂以25g/L为最佳。

  (4)pH值pH值的大小直接影响主络合剂的络合能力,从而直接影响金刚石的增重率、镀层质量和镀液稳定性。由试验可知pH值以4.8~5.2为最佳

  (5)施镀温度在其他条件不变的情况下研究温度变化对金刚石增重率的影响,发现t60℃时,反应极慢,甚至不发生沉积.在t≥75℃沉积反应才能正常进行;随温度的继续升高,金刚石增重率呈直线℃增重率上升缓慢,当温度达到95℃时,反应生成的亚磷酸根浓度增加,镀液自分解倾向增大,镀液颜色变暗甚至发黑,稳定性差,因此,施镀温度应控制在88士3℃。

  (1)热稳定性金嘲石热稳定系指金刚石加热到一定温度后的强度损失率,损失率越低,热稳定性越好。将经化学镀镍与未经处理的金刚石加热到980℃,未经处理的金刚石烧蚀严重+强度损失率为25%,而镀镍金刚石在此温度下变化不大,且强度损失率随增重率的增大而下降(见图4)。这是由于镀镍金刚石表面镍被氧化成NiO,金嘲石则较完整,因此强度损失率低。即化学镀镍层对金刚右有一定的保护作用,防止内部金刚石氧化和石墨化。

  (2)抗氧化温度由金刚石的差热曲线分析可得出施镀金刚石的氧化温度与增重率的关系(见图5)。可见,化学镀镍后金刚石的抗氧化温度明显高于原始盒刚石的抗氧化温度,且随增重率的增加,金刚石的抗氧化温度升高,说明金刚石的增重百分率越高.镀层对金刚石的保护性越强,因而金刚石的抗氧化能力越强。

  (3)抗压强度与增重率化学镀镍后金刚石的抗压强度比原始金刚石的抗压强度明显提高,且随增重率的增加(见图6),金刚石的抗压强度也增加,这是由于金刚石表面镀上一层金属镍层后金属以填隙、补平或包覆等方式,消除或减少了金刚石表面的裂坟和缺陷,减少了受力时的应力集中,因此,提高了金刚石强度。

  (1)采用湿法化学镀镍对金嘲石表面进行金属化处理是可行的,具有投资小、成本低等特点。

  (2)金刚石表面化学镀镍金属化可在金刚石表面获得镀层均匀的Ni-P合金镀层,并能显著提高金刚石的热稳定性、抗压强度及抗氧化温度,且效果较好。

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