关于电镀金刚石工具的改进研究(下篇)

发布者:金锐 发布时间:2018/2/2 14:59:38 阅读:

2.提高金刚石与胎体的接触面积


2.1采用表面粗化过的金刚石顆粒


      利用粗化法让金刚石表面形成一些微小凹坑和裂隙,增加金刚石与胎体接触的表面,以提高金刚石与金属机械镶嵌力,增强“机械锚链“效应。一种强粗化方法是用氟基盐(以NaCl+BaCl2为主)及少量脱氧剂覆盖在金刚石上面,用陶瓷坩埚加盖,在炉中加热至1000℃~1100℃之后进行保温,然后用沸水去除氟基盐。对金刚石进行加热,让氟基盐熔融对金刚石腐蚀产生石墨化,使表面形成微小粗糙的凹坑和裂隙。另一种弱粗化方法是在室温或加热状态下让金刚石在粗化液(硝酸+硫酸或硝酸+双氧水)里侵蚀,并不停搅拌,然后用蒸水清洗干净。金刚石在强氧化酸的腐蚀下表面会形成一些缺陷(如:坑、裂纹)和轻微石墨化。


2.2消除工具中金刚石顆粒与胎休间的间隙


      由于金刚石属于非金属,与金属没有很好的亲和力,致使金刚石与一般金属或合金间有很高的界面能,经常产生空隙,降低了金刚石颗粒与镀层基体之间的结合力。针对这种情况,可以利用颗粒表面改性法、CVD法、超声波法、化学镀法来免或弥补这种空隙。


2.2.1颗粒表面改性法


      对金刚石颗粒进行氧化处理,使其表面形成亲水的化学基团,从而提高金刚石表面的亲水性,使金刚石颗粒与镀层紧密结合。如果通过化学手段,使金刚石表面这些亲水基团被一些亲水性更高的有机基因取代,就可以进一步高效果。


2.2.2化学镀法


      化学镀是在无外加电流的条件下,通过自催化过程的氧化-还原反应在金刚石表面沉积金属,从而形成厚度均匀、致密的薄膜镀层。实验发现,采用化学复合镀技术得到金刚石工具时,金刚石与金属胎体之间不存在间隙。再辅以超声波振动在金刚石颗粒周围会出现膨胀,彻底消除了间隙。微粒金刚石可以直接进行化学镀法得到工具,它可以在镀液里均匀悬浮。对于大颗粒金刚石我们建议可先进行电镀植砂,让金刚石预先固嵌在镀层中加厚过程可采用化学镀。


3. 提高颗粒与胎体间的化学键结合


      通过对金刚石的处理,使其表面的碳原子与金属原子形成金属/碳化学键,可以彻底解决金刚石工具中金刚石与胎体结合力不牢的问题。


3.1表面金属化


      利用化学镀法对金刚石颗粒进行表面处理,可使金刚石与镀层形成牢固的紧密连接。但如果使金刚石表面全部金属化,金刚石颗粒表面拥有良好的导电性,不适用于电镀法制备金刚石工具。在埋砂的过程中,镀覆的金刚石与钢基体和镀层共同成阴极,就会出现众多的金刚石颗粒相互粘结在一起形成成块的现象。因而研究人员采用表面有分散导电质点的金刚石制作电镀金刚石工具。方法是控制金刚石表面化学镀的程度,严格控制敏化液和活化液的浓度以及敏化和活化处理的时间,使金刚石表面上金属质点的数量保持在合适范围内。虽然金刚石表面上导电质点数量增多,可增加与镀层金属间的连接点,提高镀层与金刚石的结合性能。但当金属质点过于密集时,会形成连接成片的金属薄层。


      金刚石化学镀处理后,金刚石与镍钴基镀层之间的明显界线消失了,并有一些分散的镍钴连接点生长在金刚石与镀层的结合面上。用经活化处理的金刚石制备电镀金刚石工具,在磨削加工Al2O3陶瓷工件时材料去除量是未经活化处理的1.5倍。但采用这种方法,金刚石颗粒与镀层间可能只是原始意义上的化学结合并未达到真正的化学结合键,分子间作用力可能占更大比例。


3.2CVD法


      运用金刚石的CVD沉积技术对制备好的金刚石工具进行修复处理,不仅可使新形成的金刚石沉积于工具中的间隙里,又可以使工具中的金刚石颗粒得到再生机会,表面进一步发育完善,从而高颗粒性能。MPCVD法已经成功地被用在电镀之后的金刚石颗粒与胎体金属之间出现的空隙修复。在SEM下观察用平均尺才为16μm金刚石颗粒制备的电镀金刚石工具的表面形貌,会发现有棱角和表面不规则缺陷,在金刚石颗粒与胎体金属之间有凹面和空隙。把该工具放进MPCVD系统中沉积,金刚石颗粒平均尺才增长为25μm,通过SEM观察金刚石颗粒与胎体金属之间的间隙得到弥补并且金刚石颗粒表面呈现出规则和饱满。采用这种方法对电镀金刚石工具进行修复,比未修复电镀金刚石工具具有更高切削力、耐磨性和颗粒结合力。在MPCVD过程中的高温下,金刚石与胎体间会形成碳-金属化学键,使金刚石颗粒与胎体金属之间产生强力结合。


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