电镀金刚石工具的性能及改进研究（四）

dana0728

　　其依据的电化学原理是:在一个脉冲周期内,当电流导通时,电化学极化增大,阴极区附近金属离子充分被沉积,镀层结晶细致光亮;当电流关断时,阴极区附近放电离子又回复到初始浓度,浓差极化消除。因此,脉冲电镀是采用一种新型的施电方式。利用电流或电压脉冲的张驰,降低阴极的浓差极化,从而允许更高的电流密度得到更高的电极极化,最终达到细化晶粒的作用。目前电沉积技术已经成为纳米材料的一种重要制备手段,这些材料具有很高的硬度和较好的韧性[17],被用来制备金刚石工具时,可使金刚石工具的耐磨性显著提高。李照美[18]等人采用脉冲电沉积法制备了纳米镍金刚石工具,对其进行磨损破坏性试验,结果表明脉冲纳米镍金刚石工具的平均寿命明显高于常规镍钴金刚石工具,约为1.5倍。
: S/ w8 g# m& P* M" y9 N, D/ \　　2提高金刚石与胎体的接触面积
, y: u1 j& Z/ m. K+ n, D" u　　2.1采用表面粗化过的金刚石颗粒
+ j- V$ X5 t" z3 e6 p4 \0 t' s　　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:用氯基盐(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,然后用沸水去除氯基盐。对金刚石进行加热,让氯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,并不停的搅拌,然后用蒸馏水清洗干净。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。
/ l2 `, f# D, }3 F2 d, u　　2.2消除工具中金刚石颗粒与胎体间的间隙
　　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、化学镀法来避免或弥补这种空隙。
. ]4 m) U# n% c( ?! N+ q& n　　2.2.1颗粒表面改性法[19]
　　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,就可以进一步提高效果。
　　2.2.2化学镀法[20]
' O7 F$ s8 Z5 Q9 _: B: X2 w6 k　　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。
8 M  U' ~' w$ G5 Q. Z+ \0 |　　3提高颗粒与胎体间的化学键结合
, @1 H3 J5 |; Q4 ~5 B　　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[21]
/ R. v# |7 C# K( p, e1 `4 D! \" {　　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。
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