專利名稱：金剛石的表面活性化制造電鍍金剛石工具的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金剛石的表面活性化制造電鍍金剛石工具的方法，屬于電鍍金剛石工具的制備技術。
背景技術：
電鍍金剛石工具是指通過金屬電沉積的方法，將金剛石固結在具有特定形狀的工具基體上制作而成的一類金剛石工具。電鍍金剛石工具適于加工硬脆的難加工材料，如硬質合金、光學玻璃、工程陶瓷、寶石、半導體、鐵氧體等材料。電鍍金剛石工具廣泛應用于機械、電子、建筑、鉆探、醫(yī)療等領域。上述各領域對電鍍金剛石工具的要求是相同的，即較高的加工效率和盡可能長的使用壽命。對于電鍍金剛石工具，鍍層金屬(目前多采用鎳或鎳鈷合金)主要起支撐和結合劑的作用，切削作用主要是由金剛石顆粒來完成。因此，鍍層金屬與金剛石磨粒的結合力必須良好，避免金剛石磨粒的過早脫落，而使電鍍金剛石工具失去切削能力。
現(xiàn)有的電鍍金剛石工具制造技術，主要包括金剛石的預處理，工具基體的預處理，鍍層與金剛石顆粒的電鍍過程等工藝。目前，金剛石的預處理只經(jīng)過凈化、粗化處理?，F(xiàn)有的金剛石預處理工藝為磁選—堿溶液煮—水洗—酸溶液煮—水洗—鍍液浸泡。
由于金剛石與一般金屬和合金之間具有很高的界面能，致使金剛石顆粒的表面不能在室溫條件下為一般金屬浸潤。所以，應用現(xiàn)有的金剛石預處理工藝制造的電鍍金剛石工具，其金剛石顆粒僅是被機械的鑲嵌于鍍層中，它與鍍層金屬之間，既沒有化學類型結合，也沒有焊合作用。金剛石顆粒在工作過程中受到切削力的作用時，就容易在鍍層金屬中出現(xiàn)松動，旋轉，直至脫落，這就會大大降低電鍍金剛石工具的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，占金剛石工具大部分的孕鑲工具中，金剛石的利用率僅為60％左右，大量昂貴的金剛石在加工過程中脫落，流失于廢屑之中。
盡管目前的金剛石鍍覆技術，可以實現(xiàn)金剛石表面的金屬化，如金剛石鍍鈦、金剛石鍍鎳等，但鍍覆的金剛石多用于燒結類金剛石工具的制造，不能應用于電鍍金剛石工具。因為，鍍覆的金剛石表面金屬化，導電性良好，如果進行金剛石工具的電鍍，在埋砂過程中，鍍覆的金剛石與鋼基體和鍍層共同構成陰極，則會出現(xiàn)眾多的金剛石顆粒相互粘結在一起、成塊的現(xiàn)象，無法制備出合格的電鍍金剛石工具。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種金剛石的表面活性化制造電鍍金剛石工具的方法。該方法在金剛石的預處理工序中改變金剛石顆粒的表面狀態(tài)，在金剛石表面形成分散的鈀質點。該方法可有效增強金剛石與金屬電鍍層之間的結合力，提高電鍍金剛石工具的加工效率和使用壽命。
本發(fā)明是通過下述技術方案加以實現(xiàn)的。在工具基體表面鍍覆金剛石，制造出電鍍金剛石工具的過程包括金剛石的預處理，工具基體的預處理和電鍍液的配制及電鍍工藝的實施。所述的金剛石預處理過程包括磁選—凈化、粗化—敏化—活化。所述的工具基體預處理過程包括工具基體修磨—除油—浸蝕—連接導線—絕緣處理—裝夾具—除油—弱浸蝕。所述的鎳鈷合金電鍍液主要由NiSO4·7H2O，CoSO4·7H2O，NiCl2·6H2O，H3BO3，C12H25SO4Na，C6H4COSO2NH組成。電鍍工藝為鍍底層—上砂鍍—加厚鍍—清洗。其特征在于，金剛石的敏化處理，是采用組分為SnCl2·2H2O 10-20g/L，HCl(1.19g/L)30-50mL/L，錫粒0.3-1.0g的敏化液，金剛石在20-30℃條件下浸泡于敏化液中并攪拌2-5min，用蒸餾水清洗敏化后的金剛石顆粒。然后，在20-30℃條件下，再將金剛石浸泡于組分為PdCl20.1-0.25g/L，HCl(1.19g/L)2.0-5.0mL/L的活化液中，攪拌0.5-1min，用蒸餾水清洗活化后的金剛石顆粒，得到表面沉積有分散鈀質點的金剛石。最后，將金剛石浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在金剛石顆粒預處理工藝過程中，金剛石采用表面活性化處理技術，提高了金剛石顆粒的表面活性化狀態(tài)，在金剛石表面形成分散的鈀質點，如圖1，從而形成鍍層與金剛石顆粒之間的化學型結合，提高電鍍金剛石工具中鍍層金屬與金剛石顆粒間的結合力。采用經(jīng)活化處理的金剛石制作電鍍金剛石工具時，當電鍍層與鈀質點接觸時，鈀質點與鋼基體和鍍層一起構成了陰極，在鈀質點表面產(chǎn)生鎳(或鎳鈷)的電沉積，如圖2，鎳(或鎳鈷)與鈀經(jīng)電結晶形成金屬鍵連接。而未與鋼基體和鍍層接觸的鈀質點，構不成陰極，不參與電結晶過程，因此，上砂過程中的金剛石顆粒不會相互粘結，成塊。應用本專利技術制造的電鍍金剛石工具，可以增加鍍層與金剛石的結合力，顯著提高電鍍金剛石工具的使用壽命，可節(jié)省大量昂貴的金剛石，而且節(jié)約電力能源等消耗，有顯著的社會和經(jīng)濟效益。


圖1活化處理后的金剛石表面沉積鈀質點的示意圖。圖中1為金剛石，2為鈀質點。
圖2鈀質點的金剛石與鍍層的結合示意圖。圖中1為金剛石，2為鈀質點，3為鍍層，4為工具基體。
圖3分別采用活化處理的金剛石和未活化處理的金剛石制造的電鍍金剛石磨頭的磨削比的對比圖。圖中陰影部分代表采用活化處理金剛石制造的電鍍金剛石磨頭的磨削比。
圖4分別采用活化處理的金剛石和未活化處理的金剛石制造的電鍍金剛石鉆頭的耐用度的對比圖。圖中陰影部分代表采用活化處理金剛石制造的電鍍金剛石鉆頭工具的耐用度。
圖5用未活化處理金剛石顆粒制備的電鍍金剛石工具的電子顯微鏡照片。圖中左上部分為金剛石顆粒，右下部分為金屬鍍層。
圖6用活化處理后的金剛石顆粒制備的電鍍金剛石工具的電子顯微鏡照片。圖中左上部分為金剛石顆粒，右下部分為金屬鍍層。
具體實施例方式
(1)金剛石的預處理工藝a)磁選處理用磁鐵除去磁感應較大的金剛石顆粒，金剛石顆粒的粒度號范圍40/45～230/270。
b)凈化、粗化處理將20g金剛石顆粒浸泡在300mL 10％NaOH溶液中，在不斷攪拌下煮沸30min，冷卻后用蒸餾水沖洗至中性，并用蒸餾水煮沸2min，再用蒸餾水沖洗至中性。然后浸泡于300mL 10％HCl溶液中，在不斷攪拌下煮沸30min，冷卻后用蒸餾水沖洗至中性。
c)敏化處理將6g的SnCl2·2H2O溶于20mL濃度為1.19g/L的鹽酸中，全部溶解后加蒸餾水稀釋至500mL，并在敏化液中加入0.5g錫粒，備用。在25℃條件下，將凈化、粗化處理后的金剛石浸入100mL敏化液中攪拌2min，然后用蒸餾水清洗敏化后的金剛石顆粒。
d)活化處理將0.1g PdCl2溶于1-2mL濃度為1.19g/L的鹽酸中，全部溶解后加蒸餾水稀釋至500mL，備用。在25℃條件下，將敏化后的金剛石放入100mL活化液中，攪拌1min，用蒸餾水重復沖洗活化后的金剛石顆粒。
e)將活化后的金剛石顆粒浸泡在與電鍍液配方一致的100mL電鍍溶液中。
(2)工具基體的預處理所制作的工具基體材料為35鋼，金剛石粒度號為120/140，其粒徑范圍0.125mm～0.106mm，采用鎳鈷合金電鍍液配方。
工具基體的預處理工藝流程如下基體修磨—除油(金屬清洗劑，50℃)—清水沖洗—連接導線—局部絕緣處理—裝夾具—清水沖洗—蒸餾水洗—浸蝕(40％HCl，20-30℃)—蒸餾水洗—除油(電化學除油，堿液70℃，電流密度5 A/dm2，1.5min)—蒸餾水洗—弱浸蝕(10％HCl，25℃，0.5min)。
(3)電鍍工藝條件a)鍍液的配方及工藝條件NiSO4·7H2O 250g/LCoSO4·7H2O 10g/LNiCl2·6H2O 15g/LH3BO335g/LC12H25SO4Na 0.10g/LC6H4COSO2NH 1.0g/LPH值 4.4-4.6溫度 42℃b)鍍底層工具基體經(jīng)過表面預處理的最后一道工序(弱浸蝕)之后，帶電入鍍槽，電流密度為1.0A/dm2，時間20min，在基體表面上電鍍出一層薄金屬鍍層。
c)埋砂法上砂根據(jù)夾具的形狀與布置，用吸管或小勺把金剛石顆粒置于預鍍過的工具基體表面上或它的周圍，將工具基體的預鍍部位埋入金剛石顆粒中。當金屬離子電沉積時，鍍層開始把持住緊靠工具基體表面的一層金剛石磨粒，將金剛石初步固結在底鍍層上。對于粒度120/140的金剛石顆粒，采用上砂電流密度為0.8A/dm2，上砂時間60min。
d)卸砂除去沒有與工具基體固結的其它金剛石顆粒。
e)加厚鍍對已經(jīng)上好砂的鍍件，在卸砂之后進行加厚電鍍。對于粒度120/140的金剛石顆粒，電流密度為1.5A/dm2，加厚時間為3-4h，使金剛石顆粒被鍍層的埋入深度占金剛石粒徑的2/3。對于含多層磨料的電鍍金剛石工具，可重復上砂—卸砂—加厚鍍過程。
f)用凈水清洗，100～200℃烘干。
權利要求
1.一種金剛石的表面活性化制造電鍍金剛石工具的方法，其過程包括金剛石的預處理，工具基體的預處理和電鍍液的配制及電鍍工藝的實施，所述的金剛石預處理過程包括磁選-凈化、粗化-敏化-活化，工具基體預處理過程包括工具基體修磨-除油-浸蝕-連接導線-絕緣處理-裝夾具-除油-弱浸蝕，鎳鈷合金電鍍液主要由NiSO4·7H2O，CoSO4·7H2O，NiCl2·6H2O，H3BO3，C12H25SO4Na，C6H4COSO2NH組成，電鍍工藝為鍍底層-上砂鍍-加厚鍍-清洗，其特征在于金剛石的敏化處理，是采用組分為SnCl2·2H2O 10-20g/L，HCl(1.19g/L)30-50mL/L，錫粒0.3-1.0g的敏化液，金剛石在20-30℃條件下浸泡于敏化液中并攪拌2-5min，用蒸餾水清洗敏化后的金剛石顆粒，然后在20-30℃條件下，再將金剛石浸泡于組分為PdCl20.1-0.25g/L，HCl(1.19g/L)2.0-5.0mL/L的活化液中，攪拌0.5-1min，用蒸餾水清洗活化后的金剛石顆粒，得到表面沉積有分散鈀質點的金剛石，最后將金剛石浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種金剛石的表面活性化制造電鍍金剛石工具的方法，屬于電鍍金剛石工具的制備技術。該方法的過程包括金剛石的預處理，工具基體的預處理和電鍍液的配制及電鍍工藝的實施。其特征在于，金剛石的預處理采用了敏化處理和活化處理，敏化處理和活化處理的關鍵技術在于敏化液和活化液的配制和工藝條件的確定。本發(fā)明的優(yōu)點在于，在金剛石的預處理工序中提高了金剛石顆粒的表面活性化狀態(tài)，在金剛石表面形成分散的鈀質點，增強金剛石與鍍層之間的結合力，提高電鍍金剛石工具的加工效率和使用壽命，可節(jié)省大量昂貴的金剛石。
文檔編號C25D15/00GK1544706SQ200310106958
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月10日 優(yōu)先權日2003年11月10日
發(fā)明者陳思夫, 于愛兵 申請人:天津大學