专利名称：电镀金刚石磨具的制备方法
技术领域：
本发明涉及电镀技术领域，特别是将人造金刚石微粒镀在各种磨具表面的制备方法。
电镀金刚石的方法从80年代已被人们应用，并在机械加工、钻探、玻璃加工、橡胶加工、医疗器械、工艺美术品修饰等行业，对电镀金刚石的磨具，特别是异形件广为应用。但其制备方法仍然是采用常规的处理方法，传统的生产工艺，在生产技术和产品质量上，都远远满足不了用户要求，如现行的镀液是采用镍铁合金或镍磷合金，目前，日本采用瓦特型镀液是一种纯镍，美国选用铜或镍磷合金，国内选用镍铁合金。上述种种金属镀层强度低，目前国内现行的工艺，对初镀是用普通镀镍电解液在单独的镀槽中进行操作的，主镀和加厚用铁镍合金镀液在另外一个镀槽中进行。而电镀过程中基本是静止的，工艺复杂，效果差。
鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是提出一种工艺方法简化，提高镀层质量，电镀金刚石磨具的制备方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。先将磨具样件进行研磨，然后用化学纯丙酮刷洗，并用水洗后，再进行第二次除油，用碱液浸泡，水洗后进行第一次浸蚀，再水洗，进行第二次浸蚀，进行初镀、主镀、加厚镀、镀半光亮镍，最后进行热水清洗，干燥后修整即可完成全部制备过程。第二次除油采用碱液成分为氢氧化钠 60-100g/l碳酸钠 20-60g/l磷酸钠 15-30g/l硅酸钠 5-10g/l温度80-90℃，时间为20分钟。
镀前处理的好坏，直接影响电镀的质量。在生产中出现的故障约有60-80%都与镀前处理的好坏有关。而镀前处理的“浸蚀”又是最关键的一环。为此对镀件基体(普通钢铁)的两次“浸蚀”(即强浸蚀和活化)溶液成分和工艺规范作了创新。第一次浸蚀，本发明用王水浸泡，作浸蚀剂。一般电镀，无论镀何种金属一是为了防腐和防锈;二是为了装饰，要求镀件表面光亮平整美观。所以对镀件基本的镀前处理，通常不采用强烈的酸蚀溶液。如果使用强浸蚀液，又必须在浸蚀液中加缓蚀剂。
对于电镀金刚石磨具，要求的是镀层坚韧、耐磨、金刚石微粒镶嵌牢固等，不强调基体表面光滑。基体表面过于光滑反而不利于金刚石微粒的沉积和镀覆;其次是对镶嵌金刚石磨具基体也不需要高炭钢。针对这些特点，本法对普通钢铁材质的基体使用的化学浸蚀液，创造性的改用浓度为30-80%的王水作为浸蚀液，不加缓蚀剂，在室温下处理1-15分钟。用王水浸蚀后，基体表面除彻底去掉了氧化皮外，还形成凸凹的腐蚀面，大大增强了镍离子与基体的结合力，从而得到牢固的初镀层。对主镀扬洒金刚石微粒时易于滞留在基体表面上，有利于镀覆。
第二次浸蚀，也叫活化，本发明采用“活化-电镀同时处理”法，就是用盐酸加氯化镍作为电解液，盐酸为100ml，氯化镍为200ml，在室温下，进行1-10分钟，电流强度为3A/dm2。通过电解，在活化上过程中，基体表面同时镀上一层结合力良好的打底镀层。一般常规浸蚀后，基体从浸蚀液中取出后不洗才能放入镀液中进行初镀。对这一工序无论操作如何迅速，总要有一段时间的间隔。受过酸浸蚀的基体取出后，无论放在水中或空气中，其表面很快就会生成一层氧化膜，这就影响镀层的结合力。采用“活化-电镀同时处理”的方法进行处理后不须要水洗，马上直接就可以放入主镀槽中进行初镀。这就避免了镀件基体在水中或空气中再生成氧化膜的弊端。
对金刚石粒子的表面强化处理，它与对镀件基体表面活化处理同样重要。金刚石粒子表面不经过彻底的润湿处理，就直接影响金刚石微粒与金属层的紧密结合，降低牢固性，在使用中易于脱粒。所以在镀前对金刚石粒子必须进行活化处理。处理的方法是先将金刚石颗粒用酒精浸洗，然后再用硫酸或硝酸浸洗，最后水洗干净加入少量的镀液充分搅拌，使其粒子被润湿透再倒入镀槽中。
电镀金刚石磨具的全部工艺过程，除镀前处理外，电镀分四道工序即初镀、主镀(镀覆金刚石微粒)、加厚镀、半光亮镀。本发明根据在镀前活化处理过程中，对镀件已形成了打底镀层。所以初镀就不须要再以单独的镀液在单独的镀槽中进行了。可将初镀、主镀、加厚镀三者用同一镀液，在同一镀槽中连续的进行镀覆。镀液配方主镀液成分瓦特型(Watts)镀液硫酸钴 10-20g/l半光亮镍镀液成分硫酸镍 200-280g/l
氯化镍 35-45g/l硼酸 30-40g/l十二烷基硫酸钠 0.1-0.5g/l1.4丁炔二醇 0.1-0.5g/l各电镀工序主要参数表
初镀是对镀件基体表面上在主镀前，先镀一层适当厚度的镍钴层。本发明先将活化后已经形成打底镀层的镀件直接放入主镀液中进行初镀。镀件放入后开始转动速度为6米/分，然后选用适当参数，在尽短的时间内完成初镀层，但镀层不宜太薄，初镀层是用来保护金刚石颗粒以防从基体上脱落。主镀是对镀件基体表面镶嵌金刚石微粒的过程。当初镀层厚度达到要求后，阴极停止转动，镀件水平放置，用板式泵扬洒金刚石微粒，使金刚石微粒徐徐自然沉降在镀件表面，使阴极与镀件表面保持平行，距离为10cm，选好适当参数进行镀覆。如果镀件上金刚石微粒挂的不满或不均匀，可按上述方法再进行一次。加厚镀是为了使金刚石微粒牢固地镶嵌在金属镀层中。在主镀时金刚石颗粒周围已形成了电镀层。在这主镀层上再覆盖一层金属镀层，使颗粒更好的埋藏在镀层之中。进行加厚镀时，先清除镀件上的残留金刚石微粒，阴极恢复转动进行镀覆，选好参数控制好电镀时间。镀半光亮镍，是为了提高镀件的性能和延使用寿命。所以这道工序必不可不少。镀半光亮镍能提高硬度和耐磨损性能。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、由于对镀件基体采用“强浸蚀”，通过实验，王水可使钢铁基体表面改善为适宜电镀金刚石的表面。
2、采用“活化-电镀同时处理”的方法，实验证明大大加强了初镀层的附着力。并简化了初镀层用普通镀镍镀液于单独镀槽进行的工序。
3、初镀、主镀、加厚镀三者用同一镀液，在同一镀槽、同一温度下连续操作，形成了三位一体的镀层，将金刚石颗粒牢牢地镶嵌在镀层之中，增加了牢固性，延长了使用寿命。
4、改用镍钴合金镀液，取代镍铁或镍磷镀液。增强了镀层的坚韧性和耐磨性，大大提高了镀层质量。将试件反复弯曲180°，镀层未发现任何剥离现象。
5、加镀半光亮镍，增强镀层的硬度和耐磨损性能。
6、对传统的静止电镀法，本发明改为相对运动电镀法。即使镀件在镀液中不停的旋转或摆动。因为镀镍过程中在阴极镀件上会产生气泡，而镀液与气相、镀液与固相的二相界面上的表面张力很大，氢气泡容易在阴极镀件表面上停留，影响镀层。使镀件不停的旋转和摆动与镀液相摩擦，氢气泡难以在镀件表面停留，减少了针孔，抑制镀层结节，能使表面平整而牢固。同时由于阴极镀件不停转动，使阴极周围的液膜不断更新，可以采用大电流进行电镀，加快了沉积速度，缩短电镀时间，降低成本，提高了工作效率。
图1为本发明提供的工艺流程图本发明提供以下实施例实施例1先将磨具样件进行研磨，然后用化学纯丙酮刷洗，并用水洗后，再进行第二次除油，用碱浸泡，水洗后进行第一次浸蚀，再水洗，进行第二次浸蚀，进行初镀、主镀、加厚镀、镀半光亮镍，最后进行热水清洗。干燥后修整。第二次除油采用碱液成分为
氢氧化钠 60g/l碳酸钠 20g/l磷酸钠 15g/l硅酸酸钠 5g/l温度80℃，时间为20分钟。
第一次用王水浸蚀，采用浓度为30%王水，在室温下浸蚀0.5分钟，第二次浸蚀，以盐酸100ml、氯化镍200ml，在室温下进行1分钟，电流强度为3A/dm2。初镀、主镀、加厚镀酸液成分为瓦特型镀液加上硫酸钴 10g/l半光亮镍镀液成分为硫酸镍 200g/l氯化镍 35g/l硼酸 30g/l十二烷基硫酸钠 0.1g/l1.4丁炔二醇 0.1g/l实施例2工艺流程同实施例1第二次除油采用碱液成分为
氢氧化钠 80g/l碳酸钠 40g/l磷酸钠 20g/l硅酸酸钠 7g/l温度85℃，时间为20分钟。
第一次用王水浸蚀，采用浓度为50%王水，第二次浸蚀，以盐酸100ml、氯化镍200ml，在室温下进行5分钟，电流强度为3A/dm2。初镀、主镀、加厚镀酸液为瓦特型镀液加上硫酸钴15g/l半亮镍镀液成分为硫酸镍 240g/l氯化镍 40g/l硼酸 35g/l十二烷基硫酸钠 0.3g/l1.4丁炔二醇 0.3g/l实施例3工艺流程同实施例1第二次除油采用碱液成分为氢氧化钠 100g/l碳酸钠 60g/l
磷酸钠 30g/l硅酸酸钠 10g/l温度90℃，时间为20分钟。
第一次用王水浸蚀，采用浓度为80%王水，在室温下浸泡5分钟上。第二次浸蚀，以盐酸100ml、氯化镍200ml，在室温下进行10分钟，电流强度为3A/dm2。初镀、主镀、加厚镀酸液为瓦特型镀液加上硫酸钴20g/l半亮镍镀液成分为硫酸镍 280g/l氯化镍 45g/l硼酸 40g/l十二烷基硫酸钠 0.5g/l1.4丁炔二醇 0.5g/l各实施例电镀工序主要参数表如下
权利要求
1.一种电镀金刚石磨具的制备方法，其特征在于先将磨具样件进行研磨，然后用化学纯丙酮刷洗，并用水洗后，再进行第二次除油，用碱液浸泡，水洗后进行第一次浸蚀，再水洗，进行第二次浸蚀，进行初镀、主镀、加厚镀、镀半光亮镍，最后进行热水清洗，干燥后修整即可完成全部制备过程。第二次除油采用碱液成分为，氢氧化钠 60-100g/l碳酸钠20-60g/l磷酸钠15-30g/l硅酸钠5-10g/l温度80-90℃，时间为20分钟第一次浸蚀用30-80%的王水浸泡，时间为1-15分钟，第二次浸蚀用电解液成分为盐酸100ml，氯化镍200ml，在室温下进行1-10分钟，电流强度为3A/dm2，初镀参数取PH值4.5-5.5电流密度1-4A/dm2温度35-45℃，时间20-60分钟，初镀、主镀镀液成分 瓦特型镀液硫酸钴 10-20g/l主镀参数 PH值4.5-5.5电流密度2-4.5A/dm2温度35-45℃加厚镀参数 PH值4.5-5.5电流密度0.8-3.5A/dm2温度35-45℃时间4-7小时，半光亮镍镀液成分硫酸镍200-280g/l氯化镍35-45g/l硼酸30-40g/l十二烷基硫酸钠0.1-0.5g/l1.4丁炔二醇0.1-0.5g/l参数取值为 PH值4.0-5.0电流密度2.5-3.5A/dm2温度45-50℃时间20-40分钟。
全文摘要
本发明公开了一种电镀金刚石磨具的制备方法，其目的就是要简化工艺，提高电镀质量。其工艺流程是将工件研磨，第一次除油、水洗，第二次除油、水洗，第一次浸蚀、水洗，装挂具，第二次浸蚀、初镀、主镀、加厚镀、下工件、作光亮镍镀前处理、镀半光亮镍、热水洗、干燥、修正。其特点是用王水浸蚀，不加缓蚀剂，并用活化-电镀同时处理的方法进行电解处理，镀液用镍钴合金取代镍铁合金或镍磷合金镀液。本法可广泛应用于机械加工、钻探、玻璃加工、橡胶加工、医疗器械、工艺美术品修饰等行业。
文档编号C25D15/00GK1098447SQ94110328
公开日1995年2月8日 申请日期1994年6月18日 优先权日1994年6月18日
发明者刘斌, 刘文琛, 刘叔伦 申请人:东北大学