Odată cu transformarea producției de înaltă performanță, dezvoltarea rapidă în domeniul energiei curate și al industriei semiconductorilor și fotovoltaice a dus la o cerere tot mai mare de scule diamantate cu eficiență ridicată și capacitate de prelucrare de înaltă precizie. Însă pulberea de diamant artificial, ca materie primă principală, forța de susținere a matricei și a forței de prelucrare a diamantului nu este puternică, iar durata de viață inițială a sculelor din carbură nu este lungă. Pentru a rezolva aceste probleme, industria adoptă în general acoperirea suprafeței cu pulbere de diamant cu materiale metalice, pentru a îmbunătăți caracteristicile suprafeței, a spori durabilitatea și a îmbunătăți calitatea generală a sculei.
Metoda de acoperire a suprafeței cu pulbere de diamant include mai multe metode, inclusiv placarea chimică, galvanizarea, placarea prin pulverizare magnetronică, placarea prin evaporare în vid, reacția de explozie la cald etc., inclusiv placarea chimică și placarea cu proces matur, acoperirea uniformă, poate controla cu precizie compoziția și grosimea acoperirii, avantajele acoperirii personalizate, devenind una dintre cele mai utilizate tehnologii din industrie.
1. placare chimică
Acoperirea chimică cu pulbere de diamant constă în introducerea pulberii de diamant tratate în soluția de acoperire chimică și depunerea ionilor metalici în soluția de acoperire prin acțiunea agentului reducător din soluția de acoperire chimică, formând un strat metalic dens. În prezent, cea mai utilizată acoperire chimică cu diamant este aliajul binar cu nichelare chimică și fosfor (Ni-P), denumită de obicei nichelare chimică.
01 Compoziția soluției de nichelare chimică
Compoziția soluției de placare chimică are o influență decisivă asupra desfășurării netede, stabilității și calității acoperirii reacției chimice. De obicei, aceasta conține sare principală, agent reducător, complexant, tampon, stabilizator, accelerator, surfactant și alte componente. Proporția fiecărei componente trebuie ajustată cu atenție pentru a obține cel mai bun efect de acoperire.
1, sare principală: de obicei sulfat de nichel, clorură de nichel, acid aminosulfonic de nichel, carbonat de nichel etc., rolul său principal fiind de a furniza o sursă de nichel.
2. Agent reducător: furnizează în principal hidrogen atomic, reduce Ni2+ din soluția de placare în Ni și îl depune pe suprafața particulelor de diamant, acesta fiind componentul cel mai important al soluției de placare. În industrie, fosfatul secundar de sodiu, cu o capacitate puternică de reducere, cost redus și o bună stabilitate la placare, este utilizat în principal ca agent reducător. Sistemul de reducere poate realiza placarea chimică la temperaturi scăzute și ridicate.
3, agent complex: soluția de acoperire poate precipita precipitațiile, poate spori stabilitatea soluției de acoperire, poate prelungi durata de viață a soluției de placare, poate îmbunătăți viteza de depunere a nichelului, poate îmbunătăți calitatea stratului de acoperire, utilizând în general acid succinic, acid citric, acid lactic și alți acizi organici și sărurile acestora.
4. Alte componente: stabilizatorul poate inhiba descompunerea soluției de placare, dar deoarece va afecta apariția reacției chimice de placare, necesită utilizare moderată; tamponul poate produce H+ în timpul reacției chimice de nichelare pentru a asigura stabilitatea continuă a pH-ului; surfactantul poate reduce porozitatea acoperirii.
02 Procesul de nichelare chimică
Acoperirea chimică a sistemului de hipofosfat de sodiu necesită ca matricea să aibă o anumită activitate catalitică, iar suprafața diamantului în sine nu are un centru de activitate catalitică, așa că trebuie pretratată înainte de acoperirea chimică a pulberii de diamant. Metoda tradițională de pretratare a acoperirii chimice este îndepărtarea uleiului, grosierea, sensibilizarea și activarea.
(1) Îndepărtarea uleiului, abraziune: îndepărtarea uleiului are ca scop principal îndepărtarea uleiului, petelor și a altor poluanți organici de pe suprafața pulberii de diamant, pentru a asigura o fixare perfectă și o bună performanță a acoperirii ulterioare. Abraziunea poate forma mici gropițe și fisuri pe suprafața diamantului, crescând rugozitatea suprafeței diamantului, ceea ce nu numai că favorizează adsorbția ionilor metalici în acest loc, facilitează placarea chimică și galvanizarea ulterioară, dar și formează trepte pe suprafața diamantului, oferind condiții favorabile pentru creșterea stratului de depunere a metalului prin placare chimică sau galvanizare.
De obicei, etapa de îndepărtare a uleiului utilizează NaOH și alte soluții alcaline ca soluție de îndepărtare a uleiului, iar pentru etapa de abraziune, se utilizează acid azotic și alte soluții acide ca soluție chimică brută pentru gravarea suprafeței diamantului. În plus, aceste două verigi ar trebui utilizate cu o mașină de curățare cu ultrasunete, ceea ce contribuie la îmbunătățirea eficienței îndepărtării și abraziunii uleiului din pulberea de diamant, economisind timp în procesul de îndepărtare și abrazare a uleiului și asigurând efectul de îndepărtare a uleiului și a abraziunii grosiere.
(2) Sensibilizare și activare: procesul de sensibilizare și activare este cea mai importantă etapă din întregul proces de placare chimică, fiind direct legat de posibilitatea efectuării acesteia. Sensibilizarea are ca scop adsorbția substanțelor ușor oxidate pe suprafața pulberii de diamant, care nu au capacitate autocatalitică. Activarea are ca scop adsorbția oxidării acidului hipofosforic și a ionilor metalici catalitic activi (cum ar fi paladiul metalic) asupra particulelor de nichel, astfel încât să se accelereze rata de depunere a stratului de acoperire pe suprafața pulberii de diamant.
În general, timpul de tratament de sensibilizare și activare este prea scurt, formarea punctelor de paladiu la suprafața diamantului este redusă, adsorbția acoperirii este insuficientă, stratul de acoperire se desprinde ușor sau se formează dificil un strat complet, iar timpul de tratament este prea lung, ceea ce va duce la pierderea punctelor de paladiu, prin urmare, cel mai bun timp pentru tratamentul de sensibilizare și activare este de 20~30 de minute.
(3) Nichelare chimică: procesul de nichelare chimică nu este afectat doar de compoziția soluției de acoperire, ci și de temperatura și valoarea pH-ului soluției de acoperire. Nichelarea chimică tradițională la temperatură înaltă, la o temperatură generală de 80~85℃, peste 85℃ poate provoca descompunerea ușoară a soluției de acoperire, iar la o temperatură sub 85℃, cu atât viteza de reacție este mai rapidă. Pe măsură ce valoarea pH-ului crește, viteza de depunere a acoperirii va crește, dar pH-ul va determina și inhibarea ratei de reacție chimică a sedimentelor de sare de nichel. Prin urmare, în procesul de nichelare chimică, prin optimizarea compoziției și raportului soluției de acoperire chimică, a condițiilor procesului de placare chimică, se controlează viteza de depunere a acoperirii chimice, densitatea acoperirii, rezistența la coroziune a acoperirii, metoda densității acoperirii și acoperirea cu pulbere de diamant, pentru a satisface cerințele dezvoltării industriale.
În plus, o singură acoperire poate să nu atingă grosimea ideală și pot apărea bule, găuri și alte defecte, așa că se pot aplica mai multe acoperiri pentru a îmbunătăți calitatea acoperirii și a crește dispersia pulberii de diamant acoperite.
2. electronichelare
Datorită prezenței fosforului în stratul de acoperire după nichelarea chimică cu diamant, aceasta duce la o conductivitate electrică slabă, care afectează procesul de încărcare cu nisip al sculei diamantate (procesul de fixare a particulelor de diamant pe suprafața matricei), astfel încât stratul de placare fără fosfor poate fi utilizat în procesul de nichelare. Operațiunea specifică constă în introducerea pulberii de diamant în soluția de acoperire care conține ioni de nichel, particulele de diamant intră în contact cu electrodul negativ de putere în catod, blocul metalic de nichel este imersat în soluția de acoperire și conectat la electrodul pozitiv de putere pentru a deveni anod. Prin acțiunea electrolitică, ionii de nichel liberi din soluția de acoperire sunt reduși la atomi pe suprafața diamantului, iar atomii cresc în stratul de acoperire.
01 Compoziția soluției de placare
La fel ca soluția de placare chimică, soluția de galvanizare furnizează în principal ionii metalici necesari pentru procesul de galvanizare și controlează procesul de depunere a nichelului pentru a obține acoperirea metalică necesară. Componentele sale principale includ sarea principală, agentul activ anodic, agentul tampon, aditivii și așa mai departe.
(1) Sare principală: se utilizează în principal sulfat de nichel, aminosulfonat de nichel etc. În general, cu cât concentrația sării principale este mai mare, cu atât difuzia în soluția de placare este mai rapidă, cu atât eficiența curentului și rata de depunere a metalului sunt mai mari, dar granulele de acoperire devin grosiere, iar cu cât concentrația sării principale scade, cu atât conductivitatea acoperirii este mai slabă și dificil de controlat.
(2) Agent activ anodic: deoarece anodul este ușor de pasivizat, are o conductivitate slabă, afectând uniformitatea distribuției curentului, este necesar să se adauge clorură de nichel, clorură de sodiu și alți agenți ca activatori anodici pentru a promova activarea anodică și a îmbunătăți densitatea de curent a anodului.
(3) Agent tampon: la fel ca soluția de galvanizare chimică, agentul tampon poate menține stabilitatea relativă a soluției de galvanizare și pH-ul catodului, astfel încât acesta să poată fluctua în intervalul admis al procesului de galvanizare. Agentul tampon obișnuit conține acid boric, acid acetic, bicarbonat de sodiu și așa mai departe.
(4) Alți aditivi: în funcție de cerințele acoperirii, adăugați o cantitate potrivită de agent de strălucire, agent de nivelare, agent de umectare și agenți diverși, precum și alți aditivi pentru a îmbunătăți calitatea acoperirii.
02 Flux de nichel electrolizat cu diamant
1. Pretratare înainte de placare: diamantul nu este adesea conductiv și trebuie placat cu un strat metalic prin alte procese de acoperire. Metoda de placare chimică este adesea utilizată pentru pre-placarea unui strat metalic și îngroșarea acestuia, astfel încât calitatea acoperirii chimice va afecta într-o anumită măsură calitatea stratului de placare. În general, conținutul de fosfor din acoperire după placarea chimică are un impact mare asupra calității acoperirii, iar acoperirea cu conținut ridicat de fosfor are o rezistență relativ mai bună la coroziune în medii acide, suprafața acoperirii are o protuberanță mai mare, o rugozitate mare a suprafeței și nu are proprietăți magnetice; acoperirea cu conținut mediu de fosfor are atât rezistență la coroziune, cât și rezistență la uzură; acoperirea cu conținut scăzut de fosfor are o conductivitate relativ mai bună.
În plus, cu cât dimensiunea particulelor de pulbere de diamant este mai mică, cu atât suprafața specifică este mai mare. La acoperire, pulberea plutește ușor în soluția de placare, ceea ce va produce scurgeri, placare, fenomenul de strat liber de acoperire. Înainte de placare, este necesar să se controleze conținutul de P și calitatea acoperirii, pentru a controla conductivitatea și densitatea pulberii de diamant pentru a îmbunătăți plutirea ușoară a pulberii.
2, nichelarea: în prezent, placarea cu pulbere de diamant adoptă adesea metoda de acoperire prin rulare, adică se adaugă cantitatea potrivită de soluție de galvanizare în îmbuteliere, se introduce o anumită cantitate de pulbere de diamant artificial în soluția de galvanizare și, prin rotația sticlei, se acționează rularea pulberii de diamant în îmbuteliere. În același timp, electrodul pozitiv este conectat cu blocul de nichel, iar electrodul negativ este conectat cu pulberea de diamant artificial. Sub acțiunea câmpului electric, ionii de nichel liberi în soluția de placare formează nichel metalic pe suprafața pulberii de diamant artificial. Cu toate acestea, această metodă prezintă probleme legate de eficiența scăzută a acoperirii și acoperirea neuniformă, motiv pentru care a fost implementată metoda electrodului rotativ.
Metoda electrodului rotativ constă în rotirea catodului în cazul depunerii cu pulbere de diamant. Această metodă poate crește aria de contact dintre electrod și particulele de diamant, poate crește conductivitatea uniformă dintre particule, poate îmbunătăți fenomenul neuniform de acoperire și poate îmbunătăți eficiența producției de nichelare cu diamant.
scurt rezumat
Fiind principala materie primă a sculelor diamantate, modificarea suprafeței micropulberii de diamant este un mijloc important de a spori forța de control al matricei și de a îmbunătăți durata de viață a sculelor. Pentru a îmbunătăți rata de încărcare cu nisip a sculelor diamantate, se poate de obicei aplica un strat de nichel și fosfor pe suprafața micropulberii de diamant pentru a obține o anumită conductivitate, iar apoi se poate îngroșa stratul de placare prin nichelare, îmbunătățind conductivitatea. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că suprafața diamantului în sine nu are un centru activ catalitic, așa că trebuie pretratată înainte de placarea chimică.
documentație de referință:
Liu Han. Studiu privind tehnologia de acoperire a suprafeței și calitatea micropulberii de diamant artificial [D]. Institutul de Tehnologie Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun și Yuan Guangsheng. Studiu privind procesul de pretratare a acoperirii suprafeței cu diamant [J]. Standardizare spațială.
Li Jinghua. Cercetări privind modificarea suprafeței și aplicarea micropulberii de diamant artificial utilizată pentru ferăstrăul cu sârmă [D]. Institutul de Tehnologie Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei și alții. Proces de nichelare chimică a suprafeței de diamant artificial [J]. Journal of IOL.
Acest articol este retipărit în rețeaua de materiale superdure
Data publicării: 13 martie 2025
