一種薄型刃具表面的電鍍工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種薄型刃具表面的電鍍工藝，電鍍液的組成和電鍍工藝為：硫酸鎳230～270g/L，氯化鎳40～55g/L，硼酸35～45g/L，硫酸鈷10～20g/L，硫酸錳1～5g/L，糖精0.5～0.8g/L，丁炔二醇0.1～0.5g/L，十二烷基硫酸鈉0.05～0.15g/L，金剛石微粒40～70g/L，pH值3.8～4.2，電流密度1～4A/dm2，溫度45～55℃，超聲攪拌。所述工藝通過控制鎳-金剛石復(fù)合電鍍的工藝條件,如鍍液成分含量、溫度、電流密度、酸度、金剛石粒度及含量等，使沉積金屬晶粒細(xì)小,金剛石分布均勻,鍍層有足夠的硬度、強(qiáng)度及耐磨性,切削鋒利、自銳性好。
【專利說明】—種薄型刃具表面的電鍍工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎳基復(fù)合鍍層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械零件更多地在復(fù)雜、苛刻的條件下工作，因此對(duì)材料表面性能也提出了越來越高的要求。作為一種行之有效的表面改性措施，表面涂覆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并獲得了廣泛應(yīng)用。為了提高單一鍍層的綜合性能常利用各種超硬、減摩材料來制備復(fù)合鍍層。復(fù)合鍍就是將某些特殊的惰性粒子加入到鍍液中，通過電化學(xué)或化學(xué)沉積的方法使這些微粒與金屬或合金共沉積，從而形成具有特殊性能的復(fù)合鍍層。目前，加入到鍍液中的第二相粒子主要有兩類，一類是提高鍍層耐磨性的超硬粒子，如Al203、SiC、Si3N4等；另一類是改善鍍層減摩性能的減摩粒子，如MoS2、PTFE等。常規(guī)的復(fù)合鍍技術(shù)多是選用微米級(jí)、亞毫米級(jí)甚至是毫米級(jí)的固體顆粒，粒子尺寸較大，在鍍液中的懸浮能力差，進(jìn)入鍍層中的粒子含量低、分布不均勻，表面極易產(chǎn)生缺陷，對(duì)金屬鍍層性能的改善效果并不十分理
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[0003]CN101122044A公開了一種含納米金剛石的鎳基復(fù)合鍍層及其超聲波輔助制備方法。涉及鎳基復(fù)合鍍層及其制備方法。含納米金剛石的鎳基復(fù)合鍍層，以金屬鎳或鎳合金為基質(zhì)，納米金剛石粒子均勻彌散地分布在其內(nèi)部。制備方法，包括以下步驟:配制納米復(fù)合鍍液，在超聲波作用下制備納米復(fù)合鍍層。鍍層中納米金剛石粒子以納米尺度均勻彌散地分布于鎳基質(zhì)中，細(xì)化了金屬晶粒，顯著提高了原有鎳鍍層的硬度和摩擦學(xué)性能。利用超聲空化作用保證納米金剛石在鍍液和鍍層中的均勻分散并促進(jìn)納米粒子與金屬的共沉積。該類納米復(fù)合鍍層可有效增強(qiáng)工件表面的抗磨、減磨性能，延長工件的使用壽命，可廣泛用于模具、各類軸承、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部件等易于磨損的工件上。
`[0004]但是其所采用的電鍍液僅僅是在基礎(chǔ)鍍鎳液的基礎(chǔ)上加入納米金剛石復(fù)合得到，并沒有研究適合復(fù)合電鍍鎳/金剛石的電鍍液所得的鍍層不能滿足超薄型金剛石刃具的需求。
[0005]超薄型金剛石刃具是在厚度為0.1~0.15mm的特種不銹鋼基體上，通過流鍍-復(fù)合電鍍的方式，使固體微粒與多元合金共沉積，獲得鎳-金剛石復(fù)合鍍層，從而形成其切割刃口的一種金剛石工具。使用時(shí)利用鍍層中金剛石的切削刃，而廣泛用于切割電子材料(硅、鍺等)、石英晶體、脆硬材料、磁性材料及激光晶體等。
[0006]該類工具除對(duì)基體材料有特定要求外，還需要鎳-金剛石復(fù)合鍍層有足夠的硬度、強(qiáng)度及耐磨性，切削鋒利、自銳性好。因此，必須控制復(fù)合電鍍的工藝條件，如鍍液成分含量、溫度、電流密度、酸度、金剛石粒度及含量等。使沉積金屬晶粒細(xì)小，金剛石分布均勻，鍍層性能優(yōu)良。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種薄型刃具表面的電鍍工藝。所述工藝通過控制鎳-金剛石復(fù)合電鍍的工藝條件，如鍍液成分含量、溫度、電流密度、酸度、金剛石粒度及含量等，使沉積金屬晶粒細(xì)小，金剛石分布均勻，鍍層有足夠的硬度、強(qiáng)度及耐磨性，切削鋒利、自銳性好。
[0008]本發(fā)明的目的之一是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種薄型刃具表面的電鍍工藝，電鍍液的組成和電鍍工藝為:硫酸鎳230~270g/L，氯化鎳40~55g/L，硼酸35~45g/L，硫酸鈷10~20g/L，硫酸錳I~5g/L，糖精0.5~
0.8g/L, 丁炔二醇0.1~0.5g/L,十二烷基硫酸鈉0.05~0.15g/L,金剛石微粒40~70g/L，pH值3.8~4.2，電流密度I~4A/dm2，溫度45~55 °C，超聲攪拌。
[0010]其中，硫酸鎳和氯化鎳的重量比為5:1-5.3:1 ；
[0011]其中，硫酸鎳和硼酸的重量比為6:1-6.3:1 ；
[0012]其中，氯化鎳和硼酸的重量比為1.1:1-1.3:1 ；
[0013]其中，Co2+/(Ni2++Co2+)控制在 6.5% 以下；
[0014]其中，Mn2+/(Ni2++Mn2+)控制在 2.5% 以下；
[0015]其中，糖精與丁炔二醇重量為3: I~4:1。
[0016]其中，各組分的作用說明如下:
[0017](I)鍍液中Ni2+離子含量的高低影響陰極電流效率、鍍液分散能力、鍍層粗糙度及機(jī)械性能，因此，必須控制在特定的工藝范圍內(nèi)。
[0018](2) Cl-離子起降低陽極極化、活化陽極及增加鎳離子的擴(kuò)散系數(shù)作用，同時(shí)可提高鍍液導(dǎo)電性和分散能力，要求溶液中Cl-離子必須具有一定的含量，且不應(yīng)低于6g/L。
[0019](3)硼酸作為緩沖劑，主要調(diào)節(jié)鍍液pH值，并有助于鍍層結(jié)晶細(xì)致，提高電流效率。
[0020](4)金屬離子添加劑以含Co2+、Mn2+等鹽為主，單獨(dú)或聯(lián)合使用，起促進(jìn)劑作用，并參與電沉積過程。它們的加入，一方面提高電解液導(dǎo)電能力和分散能力，同時(shí)使鍍層金屬晶粒細(xì)化，組織致密以及使鍍層中滲入異類金屬原子造成各種形式的晶格畸變等合金化的途徑來強(qiáng)化鍍層，使鍍層晶粒位移移動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致金屬材料變型抗力的提高，增大鍍層的硬度和強(qiáng)度。
[0021](5)光亮劑可提高鍍層硬度，有良好的整平作用，并且細(xì)化晶粒、提高復(fù)合鍍層致密性和疲勞極限。若配合不當(dāng)，可造成鍍層內(nèi)應(yīng)力增大，且使鍍層產(chǎn)生脆性[4]。
[0022](6)鍍層金屬的作用一方面是固定并鑲嵌金剛石，另一方面是在切割材料中使刃具上的金剛石適時(shí)適量地出露更新，刃具切割材料的切削應(yīng)是金剛石，而保證和維持金剛石有效工作的則是鍍層金屬，所以，鍍層金屬的硬度及磨損特性在很大程度上決定了金剛石刃具工作效果。鍍層金屬的強(qiáng)度愈高，耐磨性就愈好，但是，鍍層硬度對(duì)不同材料的研磨性有一個(gè)適應(yīng)、匹配問題。研磨性小的材料適應(yīng)較軟磨層的刃具，研磨性大的材料適應(yīng)較硬鍍層的刃具；并且若鍍層金屬太軟，切割中，抗磨損性小，磨損量增大，包裹金剛石的能力降低，金剛石出露脫落的傾向增大，影響刃具壽命。如果鍍層硬度過高，會(huì)造成刃具在切割材料中，鍍層消耗甚微，以致不能維持金剛石微粒正常出露自銳，導(dǎo)致鍍層可能發(fā)生脆性增加，而出現(xiàn)崩落、脆斷等現(xiàn)象，使刃具壽命下降及損壞被切材料。因此，刃具性能對(duì)所切材料有選擇，材料特點(diǎn)對(duì)刃具有要求，只有兩相適應(yīng)，才能提高切割生產(chǎn)水平，獲取較高經(jīng)濟(jì)效益。[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024](I)本發(fā)明的鍍層中納米金剛石粒子以納米尺度均勻彌散地分布于鎳基質(zhì)中，細(xì)化了金屬晶粒，顯著提高了原有鎳鍍層的硬度和摩擦學(xué)性能。本發(fā)明利用超聲空化作用保證納米金剛石在鍍液和鍍層中的均勻分散并促進(jìn)納米粒子與金屬的共沉積。該類納米復(fù)合鍍層可有效增強(qiáng)工件表面的抗磨、減磨性能，延長工件的使用壽命，可廣泛用于模具、各類軸承、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部件等易于磨損的工件上。
[0025](2)復(fù)合鍍層的電鍍過程中利用超聲波進(jìn)行輔助，超聲波發(fā)生器置于鍍槽底部，超聲功率為100~500W，頻率28KHZ~40KHZ。電鍍前需預(yù)先將納米復(fù)合鍍液超聲處理30分鐘，電鍍開始直到結(jié)束整個(gè)過程始終加以超聲波輔助。在納米復(fù)合鍍鎳過程中施加輔助的超聲波，利用超聲空化原理，將鍍液中的納米金剛石二次團(tuán)聚體打開并維持其均勻穩(wěn)定地分散，從而保證進(jìn)入鍍層中的金剛石微粒以納米尺度均勻彌散狀態(tài)存在。
[0026](3)針對(duì)鍍液中不同成分對(duì)鍍層的影響和作用，通過控制其含量，從而可得到使沉積金屬晶粒細(xì)化、鍍層性能優(yōu)良、硬度不同的復(fù)合鍍層。因此，通過對(duì)鍍液各成分的有效控制，可制作出用于切割不同材料的刃具，從而提高切割生產(chǎn)效率。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。
[0028]實(shí)施例一
[0029]電鍍液組成為:硫酸鎳230~270g/L，氯化鎳40~55g/L，硼酸35~45g/L，硫酸鈷10~20g/L,硫酸猛I~5g/L,糖精0.5~0.8g/L, 丁炔二醇0.1~0.5g/L,十二烷基硫酸鈉0.05~0.15g/L， 金剛石微粒40~70g/L，pH值3.8~4.2。
[0030]其中，硫酸鎳和氯化鎳的重量比為5:1-5.3:1 ；
[0031]其中，硫酸鎳和硼酸的重量比為6:1-6.3:1 ；
[0032]其中，氯化鎳和硼酸的重量比為1.1:1-1.3:1 ；
[0033]其中，Co2+/(Ni2++Co2+)控制在 6.5% 以下；
[0034]其中，Mn2+/(Ni2++Mn2+)控制在 2.5% 以下；
[0035]其中，糖精與丁炔二醇重量為3:1~4:1。
[0036]將納米復(fù)合鍍液加熱至50°C并超聲分散30分鐘后開始電鍍，鍍件為20號(hào)碳鋼片，陽極采用電解鎳板，電流密度2A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。電鍍過程中鍍液始終加以超聲處理，超聲波的功率為300W，超聲頻率為28KHZ。通過上述方法得到了含納米金剛石的鎳基復(fù)合鍍層，鍍層厚度11 μ m，SEM下觀察納米金剛石顆粒的粒徑均< lOOnm，復(fù)合鍍層的硬度為1200kg/mm2，耐磨性能較純鎳鍍層提高了 5倍。
[0037]對(duì)比例一
[0038]取改性處理后的納米金剛石灰粉2g加入100ml水中，超聲分散30min后得到納米金剛石的水分散液，然后按以下配方配制2L含鎳的基礎(chǔ)鍍液=NiSO4.7H20250g/L、NiCl2.6H2045g/L、H3B0435g/L。在400r/min的中速攪拌下將納米金剛石分散液加入鎳的基礎(chǔ)鍍液中得到納米復(fù)合鍍液。將納米復(fù)合鍍液加熱至50°C并超聲分散30分鐘后開始電鍍，鍍件為20號(hào)碳鋼片，陽極采用電解鎳板，電流密度2A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。電鍍過程中鍍液始終加以超聲處理，超聲波的功率為300W，超聲頻率為28KHZ。通過上述方法得到了含納米金剛石的鎳基復(fù)合鍍層，鍍層厚度llym，SEM下觀察納米金剛石顆粒的粒徑均< lOOnm，復(fù)合鍍層的硬度為745kg/mm2，耐磨性能較純鎳鍍層提高了 3.5倍。
[0039]對(duì)比例二
[0040]取改性處理后的納米金剛石灰粉2g加入100ml水中，采用超聲分散30分鐘后得到納米金剛石的水分散液，然后按以下配方配制2L含鎳的基礎(chǔ)鍍液=NiSO4.7H20150g/L、MgSO4 ?THWSOg/UNaCllOg/U^BOJOg/L、糖精 lg/L、香豆素0.5g/L、十二烷基硫酸鈉0.1g/L0在400r/min的中速攪拌下將納米金剛石分散液加入鎳的基礎(chǔ)鍍液中得到納米復(fù)合鍍液。將納米復(fù)合鍍液加熱至40°C并超聲分散30分鐘后開始電鍍，鍍件為不銹鋼片，陽極采用電解鎳板，電流密度0.5A/dm2，電鍍時(shí)間為60分鐘。電鍍過程中鍍液始終加以超聲處理，超聲波的功率為300W，超聲頻率為28KHZ。通過上述方法得到了含納米金剛石的鎳基復(fù)合鍍層，鍍層光亮，厚度為8 μ m，SEM下觀察納米金剛石顆粒的粒徑均< lOOnm，復(fù)合鍍層的硬度為652kg/mm2，耐磨性能較純鎳鍍層提高了 2倍。 [0041] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種薄型刃具表面的電鍍工藝，電鍍液的組成和電鍍工藝為:硫酸鎳230~270g/L，氯化鎳40~55g/L，硼酸35~45g/L，硫酸鈷10~20g/L，硫酸錳I~5g/L，糖精0.5~0.8g/L, 丁炔二醇0.1~0.5g/L,十二烷基硫酸鈉0.05~0.15g/L,金剛石微粒40~70g/L，pH值3.8~4.2，電流密度I~4A/dm2，溫度45~55 °C，超聲攪拌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，硫酸鎳和氯化鎳的重量比為5:1-5.3:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，硫酸鎳和硼酸的重量比為6:1-6.3:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，氯化鎳和硼酸的重量比為1.1:1-1.3:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，Co2+/(Ni2++Co2+)控制在6.5%以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，Mn2+/(Ni2++Mn2+)控制在2.5%以下。
7.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的工藝，其中，糖精與丁炔二醇重量為3: I~4:1。
【文檔編號(hào)】C25D15/00GK103806075SQ201210450956
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】劉茂見 申請(qǐng)人:無錫三洲冷軋硅鋼有限公司