Valmistuksen siirtyessä huippuluokan muutokseen, puhtaan energian, puolijohde- ja aurinkosähköteollisuuden nopean kehityksen myötä timanttityökalujen korkean hyötysuhteen ja tarkkuuden työstökyvyn myötä kysyntä kasvaa, mutta keinotekoinen timanttijauhe on tärkein raaka-aine, joten timanttien ja matriisin pitovoima ei ole niin vahva ja kovametallityökalujen käyttöikä on lyhyt. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi teollisuus yleensä käyttää timanttijauhepinnoitetta metallimateriaaleilla parantaakseen pinnan ominaisuuksia ja kestävyyttä, mikä parantaa työkalun yleistä laatua.
Timanttijauhepinnoitusmenetelmä on monipuolinen, mukaan lukien kemiallinen pinnoitus, galvanointi, magnetronisputterointi, tyhjiöhaihdutuspinnoitus, kuumapurkausreaktio jne., mukaan lukien kemiallinen pinnoitus ja kypsällä prosessilla tapahtuva pinnoitus, tasainen pinnoite, pinnoitteen koostumus ja paksuus voidaan tarkasti hallita. Räätälöidyn pinnoitteen edut ovat nousseet alan kahdeksi yleisimmin käytetyksi teknologiaksi.
1. kemiallinen pinnoitus
Timanttijauheen kemiallisessa pinnoituksessa käsitelty timanttijauhe lisätään kemialliseen pinnoitusliuokseen ja metalli-ionit kerrostuvat pinnoitusliuokseen kemiallisen pinnoitusliuoksen pelkistävän aineen vaikutuksesta, jolloin muodostuu tiheä metallipinnoite. Tällä hetkellä yleisimmin käytetty timanttikemiallinen pinnoitus on kemiallinen nikkelipinnoitus - fosfori (Ni-P) -binääriseosta kutsutaan yleensä kemialliseksi nikkelipinnoitteeksi.
01 Kemiallisen nikkelipinnoitusliuoksen koostumus
Kemiallisen pinnoitusliuoksen koostumuksella on ratkaiseva vaikutus kemiallisen reaktion sujuvaan etenemiseen, stabiilisuuteen ja pinnoitteen laatuun. Se sisältää yleensä pääasiallisen suolan, pelkistimen, kompleksinmuodostajan, puskurin, stabilointiaineen, kiihdyttimen, pinta-aktiivisen aineen ja muita komponentteja. Kunkin komponentin suhdetta on säädettävä huolellisesti parhaan pinnoitustuloksen saavuttamiseksi.
1. Pääsuola: yleensä nikkelisulfaatti, nikkelikloridi, nikkeliaminosulfonihappo, nikkelikarbonaatti jne., jonka päätehtävänä on tarjota nikkelilähde.
2. Pelkistävä aine: se tuottaa pääasiassa atomivetyä, pelkistää pinnoitusliuoksen Ni2+-ionit nikkeliksi ja kerrostaa ne timanttihiukkasten pinnalle, mikä on pinnoitusliuoksen tärkein komponentti. Teollisuudessa pelkistävänä aineena käytetään pääasiassa natriumsekundäärifosfaattia, jolla on vahva pelkistyskyky, edullinen hinta ja hyvä pinnoituksen stabiilius. Pelkistysjärjestelmällä voidaan saavuttaa kemiallinen pinnoitus sekä matalassa että korkeassa lämpötilassa.
3, monimutkainen aine: pinnoitusliuos voi saostaa saostumista, parantaa pinnoitusliuoksen stabiilisuutta, pidentää pinnoitusliuoksen käyttöikää, parantaa nikkelin laskeutumisnopeutta, parantaa pinnoituskerroksen laatua, yleensä käyttää meripihkahappoa, sitruunahappoa, maitohappoa ja muita orgaanisia happoja ja niiden suoloja.
4. Muut komponentit: stabilointiaine voi estää pinnoitusliuoksen hajoamisen, mutta koska se vaikuttaa kemiallisen pinnoitusreaktion esiintymiseen, sitä on käytettävä kohtuullisesti; puskuri voi tuottaa H+-ioneja kemiallisen nikkelipinnoitusreaktion aikana varmistaakseen pH:n jatkuvan vakauden; pinta-aktiivinen aine voi vähentää pinnoitteen huokoisuutta.
02 Kemiallinen nikkelöintiprosessi
Natriumhypofosfaattijärjestelmän kemiallinen pinnoitus edellyttää, että matriisilla on oltava tietty katalyyttinen aktiivisuus, eikä timantin pinnalla itsessään ole katalyyttistä aktiivisuuskeskusta, joten se on esikäsiteltävä ennen timanttijauheen kemiallista pinnoitusta. Perinteiset kemiallisen pinnoituksen esikäsittelymenetelmät ovat öljynpoisto, karhennus, herkistäminen ja aktivointi.
(1) Öljynpoisto, karhennus: Öljynpoistolla pyritään pääasiassa poistamaan öljyä, tahroja ja muita orgaanisia epäpuhtauksia timanttijauheen pinnalta, jotta varmistetaan pinnoitteen tiivis istuvuus ja hyvä suorituskyky. Karhennus voi muodostaa pieniä kuoppia ja halkeamia timantin pintaan, mikä lisää timantin pinnan karheutta. Tämä ei ainoastaan edistä metalli-ionien adsorptiota tässä paikassa ja helpottaa myöhempää kemiallista pinnoitusta ja galvanointia, vaan myös muodostaa timantin pinnalle porrastuksia, jotka tarjoavat suotuisat olosuhteet kemiallisen pinnoituksen tai galvanoinnin metallikerrostuman kasvulle.
Yleensä öljynpoistovaiheessa käytetään NaOH:ta ja muuta emäksistä liuosta öljynpoistoliuoksena, ja karhennusvaiheessa typpihappoa ja muuta happoliuosta käytetään raakana kemiallisena liuoksena timantin pinnan syövyttämiseen. Lisäksi näitä kahta linkkiä tulisi käyttää ultraäänipuhdistuskoneen kanssa, mikä parantaa timanttijauheen öljynpoiston ja karhennusprosessin tehokkuutta, säästää öljynpoisto- ja karhennusprosessissa aikaa ja varmistaa öljynpoiston ja karhennusvaikutuksen.
(2) Herkistyminen ja aktivointi: Herkistyminen ja aktivointi on koko kemiallisen pinnoitusprosessin kriittisin vaihe, ja se liittyy suoraan siihen, voidaanko kemiallinen pinnoitus suorittaa. Herkistyksen tarkoituksena on adsorboida helposti hapettuvia aineita, joilla ei ole autokatalyyttistä kykyä, timanttijauheen pinnalle. Aktivoinnin tarkoituksena on adsorboida hypofosforihapon ja katalyyttisesti aktiivisten metalli-ionien (kuten metallipalladiumin) hapettuminen nikkelihiukkasten pelkistykseen, mikä nopeuttaa pinnoitteen kerrostumista timanttijauheen pinnalle.
Yleisesti ottaen herkistymis- ja aktivointikäsittelyaika on liian lyhyt, timantin pinnan metallipalladiumpisteiden muodostuminen on vähäistä, pinnoitteen adsorptio on riittämätöntä, pinnoitekerros irtoaa helposti tai sen muodostaminen on vaikeaa, ja käsittelyaika on liian pitkä, mikä aiheuttaa palladiumpisteiden hukkaa. Siksi paras aika herkistymis- ja aktivointikäsittelylle on 20–30 minuuttia.
(3) Kemiallinen nikkelipinnoitus: Kemialliseen nikkelipinnoitusprosessiin vaikuttaa paitsi pinnoitusliuoksen koostumus, myös pinnoitusliuoksen lämpötila ja pH-arvo. Perinteisessä korkean lämpötilan kemiallisessa nikkelipinnoituksessa lämpötila on yleensä 80–85 ℃, mikä johtaa pinnoitusliuoksen hajoamiseen. Alle 85 ℃:n lämpötilassa reaktionopeus on nopeampi. pH-arvon noustessa pinnoitteen kerrostumisnopeus kasvaa, mutta pH aiheuttaa myös nikkelisuolan sedimentin muodostumista, mikä estää kemiallisen reaktionopeuden. Siksi kemiallisessa nikkelipinnoituksessa optimoidaan pinnoitusliuoksen koostumus ja suhde, kemiallisen pinnoituksen prosessiolosuhteet, kemiallisen pinnoitusliuoksen kerrostumisnopeus, pinnoitteen tiheys, pinnoitteen korroosionkestävyys, pinnoitteen tiheysmenetelmä ja timanttijauheen pinnoitus voidaan vastata teollisen kehityksen tarpeisiin.
Lisäksi yksittäinen pinnoite ei välttämättä saavuta ihanteellista pinnoitteen paksuutta, ja siinä voi olla kuplia, reikiä ja muita vikoja, joten useita pinnoitteita voidaan käyttää pinnoitteen laadun parantamiseksi ja timanttijauheen leviämisen lisäämiseksi.
2. sähkönikkelöinti
Timanttikemiallisen nikkelipinnoituksen jälkeisessä pinnoitekerroksessa on fosforia, mikä heikentää sen sähkönjohtavuutta, mikä vaikuttaa timanttityökalun hiekan latausprosessiin (timanttihiukkasten kiinnittymiseen matriisin pintaan). Siksi nikkelipinnoituksessa voidaan käyttää fosforitonta pinnoitekerrosta. Tarkempi menetelmä on timanttijauheen lisääminen nikkeli-ioneja sisältävään pinnoiteliuokseen, timanttihiukkasten kosketus negatiiviseen elektrodiin katodiin, nikkelimetallilohko upotetaan pinnoiteliuokseen ja yhdistetään positiiviseen elektrodiin anodiksi. Elektrolyyttisen vaikutuksen avulla pinnoiteliuoksen vapaat nikkeli-ionit pelkistyvät atomeiksi timantin pinnalla, ja atomit kasvavat pinnoitteeseen.
01 Pinnoitusliuoksen koostumus
Kuten kemiallinen pinnoitusliuos, galvanointiliuos tarjoaa pääasiassa tarvittavat metalli-ionit galvanointiprosessissa ja ohjaa nikkelin laskeutumisprosessia tarvittavan metallipinnoitteen aikaansaamiseksi. Sen pääkomponentteja ovat pääsuola, anodiaktiivinen aine, puskuriaine, lisäaineet ja niin edelleen.
(1) Pääsuola: pääasiassa nikkelisulfaattia, nikkeliaminosulfonaattia jne. Yleisesti ottaen, mitä korkeampi pääsuolan pitoisuus on, sitä nopeampi diffuusio pinnoitusliuoksessa, sitä suurempi on virran hyötysuhde ja metallin laskeutumisnopeus. Pinnoitteen rakeisuus kuitenkin karkeaa, ja pääsuolan pitoisuuden pieneneminen heikentää pinnoitteen johtavuutta ja vaikeuttaa sen hallintaa.
(2) Anodiaktiivinen aine: koska anodi on helppo passivoitua ja sen sähkönjohtavuus on heikkoa, mikä vaikuttaa virran jakautumisen tasaisuuteen. Siksi on tarpeen lisätä nikkelikloridia, natriumkloridia ja muita aineita anodisena aktivaattorina anodin aktivoinnin edistämiseksi ja anodin passivoitumisen virrantiheyden parantamiseksi.
(3) Puskuriaine: Kuten kemiallinen pinnoitusliuos, puskuriaine voi ylläpitää pinnoitusliuoksen ja katodin pH:n suhteellista stabiiliutta, jotta se voi vaihdella galvanointiprosessin sallitussa alueella. Yleisiä puskuriaineita ovat boorihappo, etikkahappo ja natriumbikarbonaatti.
(4) Muut lisäaineet: pinnoitteen vaatimusten mukaisesti lisää oikea määrä kirkasteita, tasoitusaineita, kostutusaineita ja sekalaisia aineita sekä muita lisäaineita pinnoitteen laadun parantamiseksi.
02 Timantilla galvanoitu nikkelivirtaus
1. Esikäsittely ennen pinnoitusta: timantti ei useinkaan johda sähköä, joten se on pinnoitettava metallikerroksella muilla pinnoitusprosesseilla. Kemiallista pinnoitusmenetelmää käytetään usein metallikerroksen esipinnoittamiseen ja sakeuttamiseen, joten kemiallisen pinnoitteen laatu vaikuttaa pinnoituskerroksen laatuun jossain määrin. Yleisesti ottaen pinnoitteen fosforipitoisuus kemiallisen pinnoituksen jälkeen vaikuttaa merkittävästi pinnoitteen laatuun, ja korkeafosforisella pinnoitteella on suhteellisen parempi korroosionkestävyys happamassa ympäristössä, pinnoitteen pinnalla on enemmän kohoumia, suuri pinnan karheus ja ei magneettisia ominaisuuksia; keskifosforipitoisella pinnoitteella on sekä korroosionkestävyys että kulutuskestävyys; matalafosforipitoisella pinnoitteella on suhteellisen parempi johtavuus.
Lisäksi mitä pienempi timanttijauheen hiukkaskoko on, sitä suurempi on ominaispinta-ala. Pinnoitusliuoksessa se kelluu helposti, mikä aiheuttaa vuotoja ja pinnoitusta, mikä johtaa irtoavan kerroksen muodostumiseen. Ennen pinnoitusta on tarpeen kontrolloida fosforipitoisuutta ja pinnoitteen laatua sekä kontrolloida timanttijauheen johtavuutta ja tiheyttä jauheen kelluvuuden parantamiseksi.
2, nikkelipinnoitus: Tällä hetkellä timanttijauhepinnoituksessa käytetään usein valssausmenetelmää, eli pulloon lisätään oikea määrä galvanointiliuosta ja tietty määrä keinotekoista timanttijauhetta galvanointiliuokseen. Pullon pyörittäminen saa timanttijauheen pullossa pyörimään. Samanaikaisesti positiivinen elektrodi on yhteydessä nikkelilohkoon ja negatiivinen elektrodi keinotekoiseen timanttijauheeseen. Sähkökentän vaikutuksesta pinnoitusliuoksessa olevat nikkeli-ionit muodostavat metallinikkeliä keinotekoisen timanttijauheen pinnalle. Tällä menetelmällä on kuitenkin ongelmia alhaisen pinnoitustehokkuuden ja epätasaisen pinnoitteen kanssa, joten on kehitetty pyörivä elektrodimenetelmä.
Pyörivän elektrodin menetelmä on katodin pyörittäminen timanttijauhepinnoituksessa. Tällä tavoin voidaan lisätä elektrodin ja timanttihiukkasten välistä kosketuspinta-alaa, lisätä hiukkasten välistä tasaista johtavuutta, parantaa pinnoitteen epätasaisuutta ja parantaa timanttinikkelipinnoituksen tuotantotehokkuutta.
lyhyt yhteenveto
Timanttityökalujen pääraaka-aineena timanttijauheen pinnanmuokkaus on tärkeä keino parantaa matriisin säätövoimaa ja parantaa työkalujen käyttöikää. Timanttityökalujen hiekan kuormitusnopeuden parantamiseksi timanttijauheen pinnalle voidaan yleensä levittää nikkeli-fosforikerros tietyn johtavuuden saavuttamiseksi, ja sitten pinnoituskerrosta paksunnetaan nikkelipinnoituksella johtavuuden parantamiseksi. On kuitenkin huomattava, että timantin pinnalla itsessään ei ole katalyyttistä aktiivista keskustaa, joten se on esikäsiteltävä ennen kemiallista pinnoitusta.
viiteasiakirjat:
Liu Han. Tutkimus keinotekoisen timanttimikrojauheen pinnoitustekniikasta ja laadusta [D]. Zhongyuanin teknillinen instituutti.
Yang Biao, Yang Jun ja Yuan Guangsheng. Tutkimus timanttipinnoitteen esikäsittelyprosessista [J]. Avaruusstandardisointi.
Li Jinghua. Tutkimus keinotekoisen timanttimikrojauheen pinnanmuokkauksesta ja käytöstä lankasahassa [D]. Zhongyuanin teknillinen instituutti.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei ym. Keinotekoisen timantin pinnan kemiallinen nikkelipinnoitusprosessi [J]. Journal of IOL.
Tämä artikkeli on julkaistu uudelleen superhard material network -sivustolla.
Julkaisun aika: 13.3.2025
