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為金剛石穿上“外衣”的電鍍工藝

關鍵詞 金剛石 , 電鍍|2022-11-25 12:17:46|來源 中國超硬材料網
摘要 隨著工業生產的快速發展,被加工材料的硬度越來越高,普通的金屬磨削工具已經不能滿足需要,于是人們開始尋找硬度更高的磨料材料。金剛石硬度很高,既鋒利又散熱。如果能將金剛石包鑲在各種工具...

       隨著工業生產的快速發展,被加工材料的硬度越來越高,普通的金屬磨削工具已經不能滿足需要,于是人們開始尋找硬度更高的磨料材料。

       金剛石硬度很高,既鋒利又散熱。如果能將金剛石包鑲在各種工具基體上,用來制造一些打磨和切割工具,如何能使金剛石與基體很好的包鑲,這就涉及到了一種制造工藝——金剛石電鍍。

       電鍍金剛石是用電鍍原理,用鎳將金剛石顆粒包鑲在工件上,金剛石會被一部分包鑲在基體上,另一部分露在表面形成牢固耐磨的工作層。電鍍金剛石的目的,是通過在金屬工件表面包鑲致密的金剛石顆粒,以增加切割和打磨能力。

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       一、電鍍金剛石的特點

       利用電鍍金剛石制造出來的產品,由工件和金剛石鍍層兩部分組成,所以這種電鍍工藝,能夠制造出各種結構不規則,大小薄厚不同以及精度較高的磨削工具。

       電鍍金剛石通常采用鎳作為金剛石顆粒與基體的結合劑,會將金剛石的1/2或者2/3牢牢包鑲在工件上,由于鍍層非常堅硬,所以這種電鍍金剛石耐磨性非常好,也較不鍍層的金剛石不容易脫落。且能長時間保持金剛石顆粒的鋒利度,使磨削效率明顯提高。

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▲ 電鍍金剛石形貌

       電鍍金剛石在制造過程中采用的是通電后低溫沉積的工藝,由于整個過程沒用到高溫高壓,所以不會對金剛石本身產生碳化,這也保證了金剛石的質量不會降低,更利于提高磨削加工質量。
       二、金剛石電鍍的原理

       金剛石在弱酸性溶液中吸附H+,并在電場作用下向陰極緩慢移動,最終吸附在陰極表面。這樣當Ni2+、Co2+、Mn2+不斷在陰極表面吸附時,就把吸附在陰極表面的金剛石不斷包裹起來,形成金剛石復合鍍層。

       電解液的加熱:電解液通常采用水浴加熱,加熱溫度< 50℃,并采用自動控溫裝置。

       三、電鍍金剛石工藝流程1、金剛石原料的選擇

       (1)選外觀:在成本一定的前提下,越純越好,純凈金剛石應是無色透明的,而實際上常因含有雜質和缺陷而顯黃綠色。在金相顯微鏡下觀察呈八面體、菱形十二面體、立方體及其聚合體。

       (2)選使用性能:按JB2808- 79部標,金剛石分為 JR1、JR2、JR、JR4 四個型號。標號越高,硬度越高,質量越好,價格越貴,但并非越貴使用性能就越好。雖然JR4金剛石硬度最高,但鋒利度不如 JR3金剛石,一般將兩者混合使用,既能保持良好的使用性能,又能降低生產成本。

       (3)選目數:根據電鍍金剛石工具的精度選擇合適目數的金剛石。

       2、磁選除雜

       因為人造金剛石合成過程中用到金屬觸媒,會有部分包裹體,故一般具有磁性,包裹體含量越高,磁性就越強。磁性強的金剛石,不僅雜質多、強度低、耐熱性差,而且由于磁性包裹體是導電,會使金剛石顆粒絕緣性變差,從而對電鍍質量產生不良影響,容易形成鎳瘤,因此不易選用磁性大的金剛石。

       為了避免磁性雜質的影響,金剛石使用前最好在專業磁選機上進行磁選,將磁性大的金剛石等雜質排除出去,以保證金剛石的純度,從而保證電鍍金剛石的質量。

       3、除油

       金剛石和電鍍工件一般都需要用工業堿除油后,用超聲波清洗。

       4、預鍍

       為了讓金剛石與基體能夠牢固的結合,在電鍍金剛石之前就要在工件表面包裹電鍍層。如果基體是不銹鋼,必須預鍍,若基體是碳鋼則可以不預鍍。

       電解液加熱到50℃,將工件放入通電的鍍槽中,金屬鎳與電鍍液發生反應后,鎳離子會沉積在工件表面,形成一層薄薄的電鍍層。

       5、電鍍

       要將金剛石顆粒包鑲在工件電鍍層上,通常有埋砂法和落砂法。

       落砂法每次完成一個面的上砂,比較適合單面電鍍金剛石的產品;

       埋砂法是將需要電鍍金剛石的產品埋于金剛石顆粒之中,所以比較適合圓柱形或者其他不規則的產品。

       它們的原理都是相同的,電鍍液和工件通電后,將金剛石顆粒堆積在預鍍好的工件上,在電場的作用下鎳會分解釋放出鎳原子,沉積在已經有金剛石顆粒的工件上,表面的金剛石會被逐漸包裹起來,形成金剛石鍍層。

       6、水洗、烘干

       電鍍完成后,用清水將金剛石顆粒之間留下的一些電鍍液和金剛石顆粒沖洗干凈,再通過熱風將產品表面的水分蒸發掉,這樣一個電鍍金剛石產品就完成了。

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           四、需要注意的細節

       (1)除油處理一定要做到位,除油不干凈,會導致鍍層附著力不夠;

       (2)電流的大小控制好,電流過大容易燒焦,電流過小鍍不上。

       (3)把握好電鍍的時間,一般包裹到2/3是最佳狀態,時間短金剛石容易脫落,時間長了,不僅浪費成本,但金剛石鋒利度不夠,打磨效果適得其反。

       (4)金剛石顆粒在基體各個部分要分布均勻,以免鍍層不均勻,使工具壽命縮短。

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       由于這種電鍍金剛石能長時間保持金剛石顆粒的鋒利度,所以使用電鍍金剛石制造的各種磨削工具效率高、壽命長、磨削精度高,廣泛應用于機械,玻璃以及建材等行業中。隨著工業的快速發展,制造技術的進步,各個行業對電鍍金剛石的需求將越來越大,故電鍍金剛石的研發及生產應該會是一個很有發展前途的項目,值得同行們去了解。

參考資料:《電鍍金剛石工具的制備原理及應用》


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