S rastúcim trendom výroby a transformácie na špičkové technológie sa oblasť čistej energie a polovodičového a fotovoltaického priemyslu rýchlo rozvíja. Rastúci dopyt po diamantových nástrojoch s vysokou účinnosťou a presnosťou spracovania je však stále väčší. Umelý diamantový prášok ako najdôležitejšia surovina, diamantový okres a matrica nie sú dostatočne silné na udržanie sily a karbidový nástroj nie je v ranom štádiu výroby veľmi trvanlivý. Na vyriešenie týchto problémov priemysel vo všeobecnosti používa diamantový prášok na povrchovú úpravu kovových materiálov, aby sa zlepšili povrchové vlastnosti, zvýšila sa odolnosť a celková kvalita nástroja.
Metóda povrchového povlakovania diamantovým práškom zahŕňa viacero metód, vrátane chemického pokovovania, galvanického pokovovania, magnetrónového naprašovania, vákuového odparovania, reakcie za horúca atď., vrátane chemického pokovovania a pokovovania so zrelým procesom, rovnomerného pokovovania, umožňuje presne kontrolovať zloženie a hrúbku povlaku, výhody prispôsobeného povlaku, sa stali dvoma najbežnejšie používanými technológiami v tomto odvetví.
1. chemické pokovovanie
Chemické pokovovanie diamantovým práškom spočíva v tom, že upravený diamantový prášok sa vloží do roztoku chemického pokovovania a kovové ióny sa usadia v roztoku pôsobením redukčného činidla v roztoku chemického pokovovania, čím sa vytvorí hustý kovový povlak. V súčasnosti je najpoužívanejšou metódou chemického pokovovania diamantom chemické pokovovanie niklom a fosforom (Ni-P), ktoré sa zvyčajne nazýva chemické pokovovanie niklom.
01 Zloženie roztoku na chemické niklovanie
Zloženie roztoku na chemické pokovovanie má rozhodujúci vplyv na hladký priebeh, stabilitu a kvalitu povlaku pri chemickej reakcii. Zvyčajne obsahuje hlavnú soľ, redukčné činidlo, komplexotvorné činidlo, tlmivý roztok, stabilizátor, urýchľovač, povrchovo aktívnu látku a ďalšie zložky. Pomer každej zložky je potrebné starostlivo upraviť, aby sa dosiahol čo najlepší účinok povlaku.
1, hlavná soľ: zvyčajne síran nikelnatý, chlorid nikelnatý, kyselina nikelnatá-aminosulfónová, uhličitan nikelnatý atď., jej hlavnou úlohou je poskytovať zdroj niklu.
2. Redukčné činidlo: poskytuje hlavne atómový vodík, redukuje Ni2+ v pokovovacom roztoku na Ni a ukladá ho na povrch diamantových častíc, čo je najdôležitejšia zložka pokovovacieho roztoku. V priemysle sa ako redukčné činidlo používa hlavne sekundárny fosforečnan sodný so silnou redukčnou schopnosťou, nízkou cenou a dobrou stabilitou pri pokovovaní. Redukčný systém umožňuje chemické pokovovanie pri nízkych aj vysokých teplotách.
3, komplexné činidlo: povlakový roztok môže vyzrážať zrážky, zvýšiť stabilitu povlakového roztoku, predĺžiť životnosť pokovovacieho roztoku, zlepšiť rýchlosť nanášania niklu, zlepšiť kvalitu povlakovej vrstvy, všeobecne používať kyselinu jantárovú, kyselinu citrónovú, kyselinu mliečnu a iné organické kyseliny a ich soli.
4. Ďalšie zložky: stabilizátor môže inhibovať rozklad pokovovacieho roztoku, ale pretože ovplyvňuje priebeh chemickej pokovovacej reakcie, vyžaduje mierne používanie; tlmivý roztok môže počas chemickej niklovej reakcie produkovať H+, aby sa zabezpečila nepretržitá stabilita pH; povrchovo aktívna látka môže znížiť pórovitosť povlaku.
02 Proces chemického niklovania
Chemické pokovovanie hypofosforečnanom sodným vyžaduje, aby matrica mala určitú katalytickú aktivitu a samotný diamantový povrch nemá centrum katalytickej aktivity, takže je potrebné ho pred chemickým pokovovaním diamantovým práškom predúpraviť. Tradičná metóda predúpravy chemického pokovovania spočíva v odstránení oleja, zhrubnutí, senzibilizácii a aktivácii.
(1) Odstraňovanie oleja, zdrsňovanie: odstraňovanie oleja slúži hlavne na odstránenie oleja, škvŕn a iných organických znečisťujúcich látok z povrchu diamantového prášku, aby sa zabezpečilo tesné priliehanie a dobrý výkon následného povlaku. Zhrubnutie môže na povrchu diamantu vytvoriť malé jamky a praskliny, čím sa zvýši drsnosť povrchu diamantu, čo nielen prispieva k adsorpcii kovových iónov na tomto mieste, uľahčuje následné chemické pokovovanie a galvanické pokovovanie, ale tiež vytvára stupne na povrchu diamantu, ktoré vytvárajú priaznivé podmienky pre rast chemickej pokovovanej alebo galvanickej vrstvy kovu.
V kroku odstraňovania oleja sa zvyčajne používa NaOH a iný alkalický roztok ako roztok na odstraňovanie oleja a v kroku hrubnutia sa ako surový chemický roztok na leptanie diamantového povrchu používa roztok kyseliny dusičnej a inej kyseliny. Okrem toho by sa tieto dva články mali používať s ultrazvukovým čistiacim strojom, čo vedie k zlepšeniu účinnosti odstraňovania oleja a hrubnutia diamantového prášku, šetrí čas v procese odstraňovania a hrubnutia oleja a zabezpečuje účinok odstránenia oleja a hrubých nečistôt.
(2) Senzibilizácia a aktivácia: proces senzibilizácie a aktivácie je najdôležitejším krokom v celom procese chemického pokovovania a priamo súvisí s tým, či je možné chemické pokovovanie vykonať. Senzibilizácia slúži na adsorpciu ľahko oxidovaných látok na povrch diamantového prášku, ktoré nemajú autokatalytické schopnosti. Aktivácia slúži na adsorpciu oxidácie kyseliny fosforečnej a katalyticky aktívnych kovových iónov (ako je paládium) pri redukcii častíc niklu, čím sa urýchli rýchlosť nanášania povlaku na povrch diamantového prášku.
Vo všeobecnosti je čas senzibilizácie a aktivácie príliš krátky, tvorba paládiových bodov na povrchu diamantu je menšia, adsorpcia povlaku je nedostatočná, vrstva povlaku sa ľahko odlupuje alebo je ťažké vytvoriť kompletný povlak a čas ošetrenia je príliš dlhý, čo spôsobí plytvanie paládiovými bodmi, preto je najlepší čas na senzibilizáciu a aktiváciu 20 až 30 minút.
(3) Chemické niklovanie: proces chemického niklovania nie je ovplyvnený len zložením povlakového roztoku, ale aj jeho teplotou a hodnotou pH. Pri tradičnom vysokoteplotnom chemickom niklovaní sa všeobecná teplota pohybuje v rozmedzí 80 – 85 ℃, pričom nad 85 ℃ ľahko dochádza k rozkladu povlakového roztoku a pri teplote nižšej ako 85 ℃ je rýchlosť reakcie vyššia. Pri zvyšovaní hodnoty pH sa rýchlosť nanášania povlaku zvyšuje, ale pH tiež spôsobuje tvorbu sedimentov niklových solí, čo spomaľuje rýchlosť chemickej reakcie. Preto sa v procese chemického niklovania optimalizáciou zloženia a pomeru chemického povlakového roztoku, podmienok procesu chemického pokovovania riadi rýchlosť nanášania chemického povlaku, hustota povlaku, odolnosť proti korózii, hustota povlaku a metóda nanášania diamantového prášku, aby sa splnili požiadavky priemyselného rozvoja.
Okrem toho, jeden náter nemusí dosiahnuť ideálnu hrúbku náteru a môžu sa vyskytnúť bubliny, dierky a iné chyby, takže je možné naniesť viacero náterov, aby sa zlepšila kvalita náteru a zvýšila sa disperzia potiahnutého diamantového prášku.
2. elektrolytické niklovanie
Prítomnosť fosforu v povlakovej vrstve po diamantovom chemickom niklovaní vedie k nízkej elektrickej vodivosti, čo ovplyvňuje proces zavádzania piesku do diamantového nástroja (proces fixácie diamantových častíc na povrchu matrice), takže na niklovanie sa môže použiť povlaková vrstva bez fosforu. Konkrétna operácia spočíva v tom, že sa diamantový prášok vloží do povlakového roztoku obsahujúceho ióny niklu, diamantové častice sa dostanú do kontaktu so zápornou elektródou na katóde, niklový blok sa ponorí do povlakového roztoku a spojí sa s kladnou elektródou, čím sa vytvorí anóda. Elektrolytickým pôsobením sa voľné ióny niklu v povlakovom roztoku redukujú na atómy na povrchu diamantu a tieto atómy sa vstrebávajú do povlaku.
01 Zloženie pokovovacieho roztoku
Podobne ako roztok na chemické pokovovanie, aj roztok na galvanické pokovovanie poskytuje hlavne potrebné kovové ióny pre proces galvanického pokovovania a riadi proces nanášania niklu na dosiahnutie požadovaného kovového povlaku. Jeho hlavné zložky zahŕňajú hlavnú soľ, anódovú aktívnu látku, tlmivý roztok, prísady atď.
(1) Hlavná soľ: používa sa hlavne síran nikelnatý, aminosulfonát nikelnatý atď. Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je koncentrácia hlavnej soli, tým rýchlejšia je difúzia v pokovovacom roztoku, tým vyššia je prúdová účinnosť a rýchlosť nanášania kovu, ale zrná povlaku sa zhrubnú a čím nižšia je koncentrácia hlavnej soli, tým horšia je vodivosť povlaku a je ťažké ho regulovať.
(2) Anódová aktívna látka: pretože anóda sa ľahko pasivuje, má nízku vodivosť, čo ovplyvňuje rovnomernosť rozloženia prúdu, je potrebné pridať chlorid nikelnatý, chlorid sodný a ďalšie látky ako anodický aktivátor na podporu aktivácie anódy a zlepšenie hustoty prúdu pasivácie anódy.
(3) Pufrovacie činidlo: podobne ako roztok na chemické pokovovanie, aj pufrovacie činidlo dokáže udržiavať relatívnu stabilitu pokovovacieho roztoku a pH katódy, takže môže kolísať v rámci povoleného rozsahu procesu galvanického pokovovania. Bežné pufrovacie činidlá zahŕňajú kyselinu boritú, kyselinu octovú, hydrogénuhličitan sodný atď.
(4) Ďalšie prísady: podľa požiadaviek náteru pridajte správne množstvo leštidla, vyrovnávacieho prostriedku, zmáčadla a rôznych prísad a ďalších prísad na zlepšenie kvality náteru.
02 Diamantovo galvanicky pokovovaný nikl
1. predúprava pred pokovovaním: diamant často nie je vodivý a je potrebné ho pokovovať vrstvou kovu prostredníctvom iných procesov pokovovania. Metóda chemického pokovovania sa často používa na predbežné pokovovanie a zahusťovanie vrstvy kovu, takže kvalita chemického pokovovania do určitej miery ovplyvní kvalitu pokovovanej vrstvy. Vo všeobecnosti má obsah fosforu v pokovovaní po chemickom pokovovaní veľký vplyv na kvalitu pokovovania a pokovovanie s vysokým obsahom fosforu má relatívne lepšiu odolnosť proti korózii v kyslom prostredí, povrch pokovovania má väčšie vydutiny, veľkú drsnosť povrchu a žiadne magnetické vlastnosti; pokovovanie so stredným obsahom fosforu má odolnosť proti korózii aj proti opotrebovaniu; pokovovanie s nízkym obsahom fosforu má relatívne lepšiu vodivosť.
Okrem toho, čím menšia je veľkosť častíc diamantového prášku, tým väčší je špecifický povrch. Pri nanášaní povlaku sa prášok ľahko vznáša v pokovovacom roztoku, čo spôsobí únik, pokovovanie a uvoľnenie vrstvy povlaku. Pred pokovovaním je potrebné kontrolovať obsah fosforu a kvalitu povlaku, aby sa kontrolovala vodivosť a hustota diamantového prášku, aby sa zlepšila jeho ľahkosť vznášania.
2, niklovanie: v súčasnosti sa pri diamantovom práškovom pokovovaní často používa metóda valcovania, čo znamená, že sa do fľaše pridá správne množstvo galvanického roztoku, do ktorého sa pridá určité množstvo umelého diamantového prášku a rotáciou fľaše sa diamantový prášok vo fľaši valí. Súčasne je kladná elektróda spojená s niklovým blokom a záporná elektróda s umelým diamantovým práškom. Pod vplyvom elektrického poľa voľné ióny niklu v pokovovacom roztoku tvoria na povrchu umelého diamantového prášku kovový nikel. Táto metóda má však problémy s nízkou účinnosťou pokovovania a nerovnomerným pokovovaním, preto vznikla metóda rotačnej elektródy.
Metóda rotačnej elektródy spočíva v otáčaní katódy pri diamantovom práškovom pokovovaní. Týmto spôsobom sa môže zväčšiť kontaktná plocha medzi elektródou a diamantovými časticami, zvýšiť rovnomerná vodivosť medzi časticami, zlepšiť nerovnomerný jav pokovovania a zvýšiť efektivitu výroby diamantového niklovania.
stručné zhrnutie
Ako hlavná surovina diamantových nástrojov je modifikácia povrchu diamantového mikroprášku dôležitým prostriedkom na zvýšenie sily ovládania matrice a zlepšenie životnosti nástrojov. Na zlepšenie rýchlosti nanášania piesku na diamantové nástroje sa zvyčajne na povrch diamantového mikroprášku nanesie vrstva niklu a fosforu, aby sa dosiahla určitá vodivosť, a potom sa vrstva pokovovania niklom zahustí a zvýši sa vodivosť. Treba však poznamenať, že samotný diamantový povrch nemá katalyticky aktívne centrum, preto je potrebné ho pred chemickým pokovovaním vopred upraviť.
referenčná dokumentácia:
Liu Han. Štúdia o technológii povrchovej úpravy a kvalite umelého diamantového mikroprášku [D]. Technologický inštitút Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun a Yuan Guangsheng. Štúdia procesu predúpravy diamantového povrchového povlaku [J]. Štandardizácia priestoru.
Li Jinghua. Výskum povrchovej úpravy a aplikácie umelého diamantového mikroprášku používaného pre drôtové píly [D]. Technologický inštitút Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei a kol. Proces chemického niklovania umelého diamantového povrchu [J]. Journal of IOL.
Tento článok je pretlačený v sieti supertvrdých materiálov
Čas uverejnenia: 13. marca 2025
