I takt med att tillverkningsindustrin omvandlas till avancerade produkter, den snabba utvecklingen inom ren energi, halvledar- och solcellsindustrin, ökar efterfrågan på diamantverktyg med hög effektivitet och hög precisionsbearbetningsförmåga. Men artificiellt diamantpulver är det viktigaste råmaterialet, vilket gör att diamanter och matrisen inte håller länge och lätt att använda i början. För att lösa dessa problem använder industrin generellt diamantpulverbeläggningar på metallmaterial för att förbättra ytegenskaperna, öka hållbarheten och förbättra verktygets övergripande kvalitet.
Diamantpulverbeläggningsmetoden omfattar fler ytor, inklusive kemisk plätering, elektroplätering, magnetronsputtringsplätering, vakuumindunstningsplätering, hetsprängreaktion etc., inklusive kemisk plätering och plätering med mogen process, enhetlig beläggning, kan noggrant kontrollera beläggningens sammansättning och tjocklek, fördelarna med anpassad beläggning, har blivit branschens två vanligaste tekniker.
1. kemisk plätering
Kemisk beläggning med diamantpulver innebär att det behandlade diamantpulvret placeras i den kemiska beläggningslösningen och metalljoner avsätts i beläggningslösningen genom inverkan av reduktionsmedlet i den kemiska beläggningslösningen, vilket bildar en tät metallbeläggning. För närvarande är den mest använda kemiska diamantbeläggningen kemisk nickelplätering med en binär legering av fosfor (Ni-P), vanligtvis kallad kemisk nickelplätering.
01 Sammansättning av kemisk nickelpläteringslösning
Sammansättningen av kemisk pläteringslösning har en avgörande inverkan på den kemiska reaktionens smidiga förlopp, stabilitet och beläggningskvalitet. Den innehåller vanligtvis huvudsalt, reduktionsmedel, komplexbildare, buffert, stabilisator, accelerator, ytaktivt ämne och andra komponenter. Proportionen av varje komponent måste justeras noggrant för att uppnå bästa möjliga beläggningseffekt.
1, huvudsalt: vanligtvis nickelsulfat, nickelklorid, nickelaminosulfonsyra, nickelkarbonat, etc., dess huvudsakliga roll är att tillhandahålla nickelkälla.
2. Reduktionsmedel: Det tillhandahåller huvudsakligen atomärt väte, reducerar Ni2+ i pläteringslösningen till Ni och avsätter det på ytan av diamantpartiklarna, vilket är den viktigaste komponenten i pläteringslösningen. Inom industrin används natriumsekundärfosfat med stark reduktionsförmåga, låg kostnad och god pläteringsstabilitet huvudsakligen som reduktionsmedel. Reduktionssystemet kan uppnå kemisk plätering vid låg och hög temperatur.
3, komplexmedel: beläggningslösningen kan utfälla nederbörd, förbättra beläggningslösningens stabilitet, förlänga pläteringslösningens livslängd, förbättra nickelavsättningshastigheten, förbättra beläggningsskiktets kvalitet, vanligtvis använder man bärnstenssyra, citronsyra, mjölksyra och andra organiska syror och deras salter.
4. Andra komponenter: stabilisatorn kan hämma nedbrytningen av pläteringslösningen, men eftersom den påverkar förekomsten av kemisk pläteringsreaktion krävs måttlig användning; bufferten kan producera H+ under den kemiska nickelpläteringsreaktionen för att säkerställa kontinuerlig pH-stabilitet; det ytaktiva medlet kan minska beläggningens porositet.
02 Den kemiska förnicklingsprocessen
Kemisk plätering av natriumhypofosfatsystem kräver att matrisen har en viss katalytisk aktivitet, och själva diamantytan har inget katalytiskt aktivitetscentrum, så den behöver förbehandlas innan kemisk plätering av diamantpulver. Den traditionella förbehandlingsmetoden för kemisk plätering är oljeborttagning, förgrovning, sensibilisering och aktivering.
(1) Oljeborttagning, förgrovning: Oljeborttagning syftar huvudsakligen till att avlägsna olja, fläckar och andra organiska föroreningar på diamantpulvrets yta för att säkerställa en god passform och god prestanda hos den efterföljande beläggningen. Förgrovningen kan bilda små gropar och sprickor på diamantens yta, vilket ökar diamantens ytjämnhet, vilket inte bara bidrar till adsorption av metalljoner på denna plats, underlättar efterföljande kemisk plätering och elektroplätering, utan bildar också steg på diamantens yta, vilket ger gynnsamma förhållanden för tillväxten av kemisk plätering eller elektroplätering av metallavsättningsskikt.
Vanligtvis används NaOH och annan alkalisk lösning som oljeborttagningslösning i oljeborttagningssteget, och för grovkornande steg används salpetersyra och annan syralösning som rå kemisk lösning för att etsa diamantytan. Dessutom bör dessa två länkar användas med ultraljudsrengöringsmaskin, vilket bidrar till att förbättra effektiviteten vid oljeborttagning och grovkornande av diamantpulver, spara tid i oljeborttagnings- och grovkornande processen och säkerställa effekten av oljeborttagning och grovkornande avverkning.
(2) Sensibilisering och aktivering: Sensibiliserings- och aktiveringsprocessen är det mest kritiska steget i hela den kemiska pläteringsprocessen, vilket är direkt relaterat till huruvida den kemiska pläteringen kan utföras. Sensibilisering är att adsorbera lättoxiderade ämnen på ytan av diamantpulver som inte har autokatalytisk förmåga. Aktiveringen är att adsorbera oxidationen av hypofosforsyra och katalytiskt aktiva metalljoner (såsom metallpalladium) på reduktionen av nickelpartiklar, för att accelerera avsättningshastigheten för beläggning på ytan av diamantpulver.
Generellt sett är sensibiliserings- och aktiveringsbehandlingstiden för kort, palladiumpunktbildningen på diamantytan är kort, adsorptionen av beläggningen är otillräcklig, beläggningsskiktet faller lätt av eller det är svårt att bilda en komplett beläggning, och behandlingstiden är för lång, vilket orsakar palladiumpunktsförlust. Därför är den bästa tiden för sensibiliserings- och aktiveringsbehandling 20~30 minuter.
(3) Kemisk nickelplätering: Den kemiska nickelpläteringsprocessen påverkas inte bara av beläggningslösningens sammansättning, utan även av beläggningslösningens temperatur och pH-värde. Traditionell kemisk nickelplätering vid hög temperatur, den allmänna temperaturen är 80–85 ℃, och över 85 ℃ är det lätt att orsaka nedbrytning av pläteringslösningen, och ju lägre temperaturer än 85 ℃, desto snabbare är reaktionshastigheten. När pH-värdet ökar, ökar beläggningsavsättningshastigheten, men pH-värdet kommer också att orsaka att nickelsaltsediment bildas, vilket hämmar den kemiska reaktionshastigheten. Därför, genom att optimera den kemiska pläteringslösningens sammansättning och förhållande, processförhållandena för den kemiska pläteringsprocessen, kontrollera den kemiska beläggningsavsättningshastigheten, beläggningstätheten, beläggningskorrosionsbeständigheten, beläggningstäthetsmetoden och beläggningsdiamantpulver för att möta den industriella utvecklingens efterfrågan.
Dessutom kan en enda beläggning inte uppnå den ideala beläggningstjockleken, och det kan finnas bubblor, porer och andra defekter, så flera beläggningar kan göras för att förbättra beläggningens kvalitet och öka spridningen av det belagda diamantpulveret.
2. elektroförnickelring
På grund av närvaron av fosfor i beläggningsskiktet efter kemisk nickelplätering med diamant leder det till dålig elektrisk ledningsförmåga, vilket påverkar sandbelastningsprocessen hos diamantverktyget (processen att fixera diamantpartiklarna på matrisytan), så ett pläteringsskikt utan fosfor kan användas vid nickelplätering. Den specifika operationen är att placera diamantpulvret i beläggningslösningen som innehåller nickeljoner, diamantpartiklarna kommer i kontakt med den negativa effektelektroden i katoden, nickelmetallblocket doppas i pläteringslösningen och ansluts till den positiva effektelektroden för att bilda anoden. Genom elektrolytisk verkan reduceras de fria nickeljonerna i beläggningslösningen till atomer på diamantytan, och atomerna växer in i beläggningen.
01 Pläteringslösningens sammansättning
Precis som den kemiska pläteringslösningen tillhandahåller elektropläteringslösningen huvudsakligen de nödvändiga metalljonerna för elektropläteringsprocessen och styr nickelavsättningsprocessen för att erhålla den erforderliga metallbeläggningen. Dess huvudkomponenter inkluderar huvudsalt, anodaktivt ämne, buffertmedel, tillsatser och så vidare.
(1) Huvudsalt: huvudsakligen med nickelsulfat, nickelaminosulfonat etc. Generellt sett, ju högre huvudsaltkoncentrationen är, desto snabbare diffusion i pläteringslösningen, desto högre strömeffektivitet och metallavsättningshastighet, men beläggningskornen blir grovare, och ju mindre huvudsaltkoncentrationen är, desto sämre blir beläggningens konduktivitet och svårare att kontrollera.
(2) Anodaktivt ämne: Eftersom anoden är lätt att passivera och har dålig ledningsförmåga, vilket påverkar strömfördelningens jämnhet, är det nödvändigt att tillsätta nickelklorid, natriumklorid och andra ämnen som anodaktivatorer för att främja anodaktivering och förbättra anodpassiveringens strömtäthet.
(3) Buffertmedel: Precis som den kemiska pläteringslösningen kan buffertmedlet bibehålla den relativa stabiliteten hos pläteringslösningen och katodens pH, så att det kan fluktuera inom det tillåtna intervallet för elektropläteringsprocessen. Vanliga buffertmedel innehåller borsyra, ättiksyra, natriumbikarbonat och så vidare.
(4) Andra tillsatser: enligt beläggningens krav, tillsätt rätt mängd vitmedel, utjämningsmedel, vätmedel och diverse tillsatser för att förbättra beläggningens kvalitet.
02 Diamantelektropläterad nickelflöde
1. Förbehandling före plätering: Diamanter är ofta inte ledande och behöver pläteras med ett metalllager genom andra beläggningsprocesser. Kemisk pläteringsmetod används ofta för att förplätera ett metalllager och förtjocka det, så kvaliteten på den kemiska beläggningen kommer att påverka pläteringsskiktets kvalitet i viss mån. Generellt sett har fosforhalten i beläggningen efter kemisk plätering stor inverkan på beläggningens kvalitet, och beläggningar med högt fosforinnehåll har relativt bättre korrosionsbeständighet i sur miljö, beläggningsytan har mer utbuktning, stor ytjämnhet och inga magnetiska egenskaper; beläggningar med medelhögt fosforinnehåll har både korrosionsbeständighet och slitstyrka; beläggningar med lågt fosforinnehåll har relativt bättre konduktivitet.
Dessutom, ju mindre partikelstorleken på diamantpulvret är, desto större är den specifika ytan. Vid beläggning blir det lätt att flyta i pläteringslösningen, vilket leder till läckage, plätering och fenomenet med lösa lager i beläggningen. Innan plätering måste fosforhalten och beläggningskvaliteten kontrolleras, samt diamantpulvrets konduktivitet och densitet kontrolleras för att förbättra pulvrets lätthet att flyta.
2, nickelplätering: För närvarande använder diamantpulverplätering ofta valsningsmetoden, det vill säga att rätt mängd elektropläteringslösning tillsätts i buteljeringen. En viss mängd artificiellt diamantpulver tillsätts i elektropläteringslösningen. Genom flaskans rotation drivs diamantpulvret i buteljeringen till en vals. Samtidigt ansluts den positiva elektroden till nickelblocket och den negativa elektroden till det artificiella diamantpulvret. Under inverkan av det elektriska fältet bildar de fria nickeljonerna i pläteringslösningen metallisk nickel på ytan av det artificiella diamantpulvret. Denna metod har dock problem med låg beläggningseffektivitet och ojämn beläggning, så rotationselektrodmetoden uppstod.
Rotationselektrodmetoden är att rotera katoden vid diamantpulverplätering. Detta kan öka kontaktytan mellan elektroden och diamantpartiklarna, öka den enhetliga ledningsförmågan mellan partiklarna, förbättra ojämnheter i beläggningen och förbättra produktionseffektiviteten vid diamantnickelplätering.
kort sammanfattning
Som det huvudsakliga råmaterialet för diamantverktyg är ytmodifiering av diamantmikropulver ett viktigt sätt att förbättra matrisens styrkraft och förbättra verktygens livslängd. För att förbättra sandbelastningshastigheten hos diamantverktyg kan ett lager av nickel och fosfor vanligtvis pläteras på ytan av diamantmikropulvret för att uppnå en viss konduktivitet, och sedan förtjocka pläteringsskiktet genom nickelplätering för att förbättra konduktiviteten. Det bör dock noteras att själva diamantytan inte har ett katalytiskt aktivt centrum, så den behöver förbehandlas före kemisk plätering.
referensdokumentation:
Liu Han. Studie om ytbeläggningsteknik och kvalitet hos mikropulver av artificiellt diamant [D]. Zhongyuan Institute of Technology.
Yang Biao, Yang Jun och Yuan Guangsheng. Studie av förbehandlingsprocessen för diamantytor [J]. Standardisering av rymdutrymme.
Li Jinghua. Forskning om ytmodifiering och applicering av artificiellt diamantmikropulver som används för vajersåg [D]. Zhongyuan Institute of Technology.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei m.fl. Kemisk nickelpläteringsprocess för artificiella diamantytor [J]. Journal of IOL.
Denna artikel är återgiven i Superhard Material Network
Publiceringstid: 13 mars 2025
