本发明涉及金刚石磨具技术领域，尤其涉及一种含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石及其制备方法。
背景技术：
在金刚石磨具中，由于金刚石是致密的共价键结构，表面能很高，很难与树脂、金属等基体材料形成良好的浸润作用，金刚石磨粒与结合剂间只是机械结合，结合强度很低，因此在磨削过程中比较容易脱落。
为提高结合剂与金刚石磨料间的结合强度，业内研究人员一直致力于金刚石表面的改性工作，最常见的办法是在金刚石磨料表面镀覆一层镍、铜等金属的薄膜(又被称之为金刚石表面金属化)。此外，金刚石属脆性材料，由于生产、加工的原因，在金刚石磨粒表面及内部都存在一定的晶体缺陷或包裹杂质等。上述缺陷在低品级的磨料中较多，使其抗冲击强度较低，在磨削过程中极易破碎而丧失磨削功能。通过相对强韧的金属镀层等将其包裹，弥补表面缺陷，会在一定程度上提高磨粒的抗冲击能力，延长磨具的使用寿命,这一点对树脂结合剂的磨具尤为重要。在高温磨削时，镀层还可以隔离保护金刚石，减轻氧化及化学反应的侵蚀，进而提高磨具寿命。
但现有的金属镀层的金刚石的硬度还有待提高，也即金属镀层的金刚石的硬度较低。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石及其制备方法，旨在解决金属镀层的金刚石的硬度较低的问题。
为实现本发明的目的，本发明提供一种含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石制备方法，所述含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石制备方法包括以下步骤：
将60份～200份的金刚石粉末以及3份～6份的六方相氮化硼二维纳米片粉末，分别放入胶体钯活化液中，以进行钯活化处理；
将进行钯活化处理后的所述金刚石粉末以及所述六方相氮化硼二维纳米片粉末，加入至单位体积的化学镀液中，其中，所述化学镀液中含有镍盐以及次磷酸盐；
对加入所述金刚石粉末以及所述六方相氮化硼二维纳米片粉末的化学镀液进行搅拌；
搅拌结束后，对所述化学镀进行过滤得到滤渣，并对所述滤渣进行洗涤以及干燥，得到含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石。
在一实施例中，所述化学镀的搅拌过程中，搅拌速度为120r/min～240r/min，所述化学镀的pH值在4.5～4.7之间，且所述化学镀的温度在94℃～98℃之间。
在一实施例中，在搅拌时长为13min～17min时，停止对所述化学镀进行搅拌。
在一实施例中，所述镍盐的含量为0.114mol/L～0.304mol/L，所述次磷酸盐的含量为0.484mol/L～1.130mol/L。
在一实施例中，所述化学镀液中还包括络合剂、稳定剂以及润湿剂，所述络合剂的含量为36g/L～43g/L，所述稳定剂的含量为16.5mg/L～23mg/L，所述润湿剂的含量为5mg/L～10mg/L。
在一实施例中，所述络合剂包括丁二酸、乳酸、苹果酸以及氨基乙酸中的至少一种，所述稳定剂为硫脲、碘酸钾以及顺丁烯二酸中的至少一种，所述次磷酸盐为一水合次磷酸钠，所述镍盐为六水合硫酸镍。
在一实施例中，在所述金刚石粉末以及所述六方相氮化硼二维纳米片粉末进行钯活化处理的步骤之前，还包括六方相氮化硼二维纳米片粉末的制备，所述六方相氮化硼二维纳米片粉末的制备包括以下步骤：
称取四硼酸锂、叠氮钠以及镁份为原料进行混合得到混料，其中，所述四硼酸锂、所述叠氮钠以及所述镁份的摩尔比为1～1.5:3～5:4～7；
将所述混料置于高温反应釜中进行密封，并将密封后的所述高温反应釜放入马弗炉进行反应，得到中间物料；
对进行洗涤后的所述中间物料进行盐酸浸泡以及搅拌，其中，所述中间物料浸泡过程中，所述盐酸溶液中的盐酸含量为17％～19％；
在搅拌结束后，对浸泡盐酸后的所述中间物料进行抽滤、清洗以及干燥，得到六方相氮化硼二维纳米片粉末。
在一实施例中，在所述金刚石粉末以及所述六方相氮化硼二维纳米片粉末进行钯活化处理的步骤之前，还包括胶体钯活化液的制备，所述胶体钯活化液的制备包括以下步骤：
将65g～70g的二水合氯化锡以及6g～8g的七水合锡酸钠加入至浓盐酸中进行溶解后，得到A溶液，其中，所述浓盐酸中盐酸浓度为36％～38％；
将0.9g～1.1g氯化钯以及2.5g～2.6g的二水合氯化锡加入至所述浓盐酸中进行溶解后，得到B溶液；
将所述A溶液加入至B溶液中，得到混合液，并在对所述混合液进行水浴加热以及搅拌后，加去离子水至1L，得到胶体钯活化液。
在一实施例中，所述将所述A溶液加入至B溶液的步骤包括：
在所述B溶液搅拌至11min～13min时，向所述B溶液中加入A溶液，其中，在所述浓盐酸开始加入固体时，对所述浓盐酸进行搅拌，所述固体为所述氯化钯以及所述二水合氯化锡中的至少一种。
为实现上述目的，本发明还提供一种含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石，所述含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石由上述含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石制备方法制备得到。
本发明实施例提供一种含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石及其制备方法，先将60份～200份的金刚石粉末以及3份～6份的六方相氮化硼二维纳米片粉末，分别放入胶体钯活化液中，以进行钯活化处理，再将进行钯活化处理后的金刚石粉末以及六方相氮化硼二维纳米片粉末，加入至单位体积的化学镀液中并进行搅拌，在搅拌结束后，对化学镀进行过滤得到滤渣，并对滤渣进行洗涤以及干燥，得到含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石，该金刚石的镀层Ni-P-CBN的硬度可达1100HV～1300HV，超出电镀铬镀层以及Ni-P镀层等金属镀层的硬度，本发明制备得到的金刚石的镀层硬度较高。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
首先，对本发明实施例提供的屋面装饰瓦的生产方法进行简要概述。
本发明实施例提供的屋面装饰瓦的生产方法包括以下步骤：
1、称取60份～200份的金刚石粉末以及3份～6份的六方相氮化硼二维纳米片粉末，金刚石粉末的粒度为60目～400目；
2、将称取的金刚石粉末以及六方相氮化硼二维纳米片粉末，分别加入至胶体钯活化液中，胶体钯活化液浸没金刚石粉末以及六方相氮化硼二维纳米片粉末即可，在浸泡过程中，将胶体钯活化液的温度维持在18℃～30℃之间，并进行缓慢搅拌，在搅拌时长为3min～10min时，对胶体钯溶液进行过滤得到滤渣，将二种滤渣水洗后加入10％的稀盐酸中进行缓慢搅拌以进行解胶，解胶过程持续30s～60s，且稀盐酸温度维持在40℃～45℃之间，解胶结束后得到含有钯质点的金刚石以及六方相氮化硼二维纳米片；
3、量取单位体积的化学镀液，在份为g时，单位体积为L，在份为1000g时，单位体积为1000L，化学镀液中含有镍盐以及次磷酸盐，镍盐的含量为0.114mol/L～0.304mol/L，次磷酸盐的含量为0.484mol/L～1.130mol/L，化学镀液中还含有36g/L～43g/L的络合剂、16.5mg/L～23mg/L的稳定剂以及5mg/L～10mg/L的润湿剂，络合剂包括丁二酸、乳酸、苹果酸以及氨基乙酸中的至少一种，稳定剂为硫脲、碘酸钾以及顺丁烯二酸中的至少一种，所述次磷酸盐为一水合次磷酸钠，所述镍盐为六水合硫酸镍；镍盐还可以是卤化镍，次磷酸盐可以是次磷酸钠、次磷酸钾等；
4、将钯活化处理后的金刚石粉末以及六方相氮化硼二维纳米片粉末加入至单位体积的化学镀液中，并进行搅拌，在搅拌过程中，化学镀液的温度维持在94℃～98℃之间，搅拌速度为120r/min～240r/min，化学镀液的pH值维持在4.5～4.7之间，在搅拌时长为13min～17min时，停止对化学镀液进行搅拌；
5、对停止搅拌的化学镀液进行过滤、洗涤以及干燥，即得到含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石，镀层为Ni-P-CBN。
本发明通过采用胶体钯活化-敏化技术，在金刚石粉末和六方相氮化硼二维纳米片粉末的表面上沉积大量钯质点，然后采用化学镀技术实现了六方相氮化硼(CBN)二维纳米片粉末和镍磷合金在金刚石粉末表面的共沉积，最终制得与金刚石粉末结合紧密的Ni-P-CBN金属-陶瓷复合镀层，Ni-P-CBN的硬度可达1100HV～1300HV，硬度超出了电镀铬以及Ni-P等金属镀层的硬度，同时，由于本发明制得的金刚石的镀层含有非金属材料，相比金属镀层的金刚石，其导热性能较差，在高温磨削的过程中，Ni-P-CBN能够更好隔离高温以保护金刚石，减轻金刚石的氧化以及化学反应的侵蚀，提升金刚石制备得到的磨具的使用寿命。
此外，本发明采用环保化学镀液配方，操作简单安全，镀覆效率高，15min即可完成镀覆。
在一实施例中，六方相氮化硼二维纳米片粉末是直接购买的；在本实施例中，提出六方相氮化硼二维纳米片粉末的制备方法，六方相氮化硼二维纳米片粉末的制备方法包括以下步骤：
A、称取以四硼酸锂(Li2B4O7)、叠氮钠(NaN3)、金属镁粉(Mg)为原料，四硼酸锂、叠氮钠与金属镁粉的摩尔比为(1～1.5)：(3～5)：(4～7)，再将四硼酸锂、叠氮钠与金属镁粉混合并搅拌，得到各种原料均匀分布的混料；
B、将混料放置于高温反应釜中，并将放有混料的高温反应釜密封，再将密封后的高温反应釜放入马弗炉中进行反应，控制马弗炉以8℃/min～12℃/min的升温速度升温至500℃～600℃，在马弗炉的温度保温16h～24h后，将高温反应釜取出，待自然冷却后，得到中间物料；
C、采用无水乙醇以及去离子水依次洗涤中间物料，再将洗涤后的中间物料放入盐酸溶液中浸泡，在浸泡过程中，进行搅拌，且盐酸溶液中盐酸含量保持在17％～19％之间；
D、在搅拌时长为4h～6h时，结束搅拌，并对盐酸溶液进行抽滤得到抽滤产物，抽滤产物用无水乙醇清洗3次～4次，再将清洗后的抽滤产物放置于真空干燥箱中进行干燥，干燥条件为75℃～85℃，干燥时长为8h～10h，干燥结束后即得到六方相氮化硼二维纳米片粉末。
在本实施例中，通过自行制备六方相氮化硼二维纳米，能够降低含有金属-陶瓷复合镀层的金刚石的制备成本。
进一步的，胶体钯活化液具有时效性，因此，胶体钯活化液需要即用即配，在本实施例中，按下述方法配制胶体钯液：
首先，先取100mL浓盐酸，称取65g～70g SnCl2·2H2O加入到100mL浓盐酸中，不断搅拌至完全溶解，加入6g～7gNa2SnO3·7H2O后，搅拌均匀，得到A液；
然后，将0.9g～1.1g PdCl2加入200mL浓盐酸中搅拌至完全溶解，再在30±5℃，不断搅拌下加入2.5g～2.6g SnCl2·2H2O，得到B液；
以200mL的浓盐酸加入PdCl2开始计时得到搅拌时长(盐酸溶液中加入固体时，即对盐酸溶液进行搅拌)，在搅拌时长达到11min～13min时，向B溶液中缓慢加入B溶液，以得到胶体钯溶液；
将胶体钯溶液放置于的水浴环境下加热搅拌，水浴温度维持在40℃～50℃，在搅拌时长为2.5h～3.5h后，加去离子水至1L，得到胶体钯活化液。
需要说明的是，上述原料的纯度均为分析纯，金刚石以及六方相氮化硼二维纳米片进行化学镀的步骤所用的反应器材质为高分子量聚乙烯材料，搅拌桨叶为聚四氟乙烯材质，且溶液的pH调节采用10％稀盐酸和10％NaOH溶液调节镀液PH值。
实施例1
步骤一：制备六方相氮化硼二维纳米片
将33.80g的四硼酸锂(Li2B4O7)、39.00g的叠氮钠(NaN3)和19.20g的400目金属镁粉(Mg)球磨混合均匀后置于500mL的不锈钢高温反应釜中，密封好后放入马弗炉内，以10℃/分钟的速率升温至500℃后，保温18小时，待反应完成后，自然冷却至室温；
取出冷却后的高温反应釜中的产物(中间物料)，中间物料先后经无水乙醇和去离子水清洗4次后，用1：1盐酸溶液(1:1的盐酸溶液中盐酸含量为17％)浸泡并搅拌4小时，期间应监测盐酸含量，及时补充盐酸溶液，使得盐酸溶液中盐酸含量保持在17％～19％；
搅拌完毕后，进行抽滤得到抽滤产物，抽滤产物用无水乙醇清洗3次，再将清洗干净后的抽滤产物置于真空干燥箱内在80℃下干燥10小时后，得白色粉末状的六方相氮化硼(CBN)二维纳米片。
步骤二：粉末表面胶体钯活化处理
将70g SnCl2·2H2O加入到100mL浓盐酸中，不断搅拌至完全溶解，加入7gNa2SnO3·7H2O后，搅拌均匀，得到A液；
将1g PdCl2加入200mL浓盐酸中搅拌至完全溶解，再在30±5℃，不断搅拌下加入2.54g SnCl2·2H2O，得到B液。从B液开始加入SnCl2·2H2O起开始计时，将B液搅拌12min后，立即将A液缓慢倒入B液中，将配制好的胶体钯溶液于(45±5℃)水浴加热下搅拌3h后，再加去离子水至1L，即得到胶体钯活化液。
步骤三：金刚石粉末以及六方相氮化硼二维纳米片粉末的活化
将60g 120目金刚石粉末和3g六方相氮化硼二维纳米片在30℃下加入胶体钯活化液，缓慢搅拌，5min后，过滤粉末，水洗后浸入40℃的10％的稀盐酸溶液中缓慢搅拌60s解胶后过滤，以完成活化。
步骤四：化学镀覆
将解胶完成的金刚石粉末和六方相氮化硼二维纳米片置于化学镀液中进行化学镀覆，化学镀液的配方为：六水合硫酸镍45g/L，一水合次磷酸钠80g/L，丁二酸12g/L，乳酸12g/L，苹果酸8g/L，氨基乙酸5g/L，硫脲0.5mg/L，碘酸钾10mg/L，顺丁烯二酸5mg/L，聚乙二醇2g/L。镀覆过程中，调节镀液温度为95℃，PH值为4.5～4.7，搅拌速率180r/min，反应时间15min；镀覆完成后过滤、洗涤、干燥后得到表面镀覆有Ni-P-CBN金属-陶瓷复合镀层的金刚石粉末，镀层硬度达到1100Hv±40Hv。
实施例2
步骤一：制备六方相氮化硼二维纳米片
将119.40g的四硼酸锂(Li2B4O7)、325.00g的叠氮钠(NaN3)和170.10g的400目金属镁粉(Mg)球磨混合均匀后置于500mL的不锈钢高温反应釜中，密封好后放入马弗炉内，以10℃/分钟的速率升温至600℃后，保温18小时，待反应完成后，自然冷却至室温。
取出冷却后的高温反应釜中的产物(中间物料)，中间物料先后经无水乙醇和去离子水清洗4次后，用1：1盐酸溶液(1:1的盐酸溶液中盐酸含量为17％)浸泡并搅拌4小时，期间应监测盐酸含量，及时补充盐酸溶液，使得盐酸溶液中盐酸含量保持在17％～19％；
搅拌完毕后，进行抽滤得到抽滤产物，抽滤产物用无水乙醇清洗3次，再将清洗干净后的产物置于真空干燥箱内在80℃下干燥10小时后，得白色粉末状的六方相氮化硼(CBN)二维纳米片。
步骤二：粉末表面胶体钯活化处理
将70g SnCl2·2H2O加入到100mL浓盐酸中，不断搅拌至完全溶解，加入7gNa2SnO3·7H2O后，搅拌均匀，得到A液；
将1g PdCl2加入200mL浓盐酸中搅拌至完全溶解，再在30±5℃，不断搅拌下下加入2.54g SnCl2·2H2O，得到B液。从B液开始加入SnCl2·2H2O起开始计时，将B液搅拌12min后，立即将A液缓慢倒入B液中，将配制好的胶体钯溶液于(45±5℃)水浴加热下搅拌3h后，再加去离子水至1L，即得到胶体钯活化液。
步骤三：金刚石粉末以及六方相氮化硼二维纳米片粉末的活化
将180g 240目金刚石粉末和6g六方相氮化硼二维纳米片在30℃下加入胶体钯活化液，缓慢搅拌，5min后，过滤粉末，水洗后浸入40℃的10％的稀盐酸溶液中缓慢搅拌60s解胶后过滤，以完成活化。
步骤四：化学镀覆将解胶完成的金刚石粉末和六方相氮化硼二维纳米片置于化学镀液中进行化学镀覆，化学镀液的配方为：六水合硫酸镍60g/L，一水合次磷酸钠120g/L，丁二酸15g/L，乳酸14g/L，苹果酸8g/L，氨基乙酸6g/L，硫脲1mg/L，碘酸钾10mg/L，顺丁烯二酸10mg/L，聚乙二醇3.5g/L。镀覆过程中，调节镀液温度为95℃，PH值为4.5～4.7，搅拌速率240r/min，反应时间15min。镀覆完成后过滤、洗涤、干燥后得到表面镀覆有Ni-P-CBN金属-陶瓷复合镀层的金刚石粉末，镀层硬度达到1300Hv±60Hv。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效物品或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。