Kako se proizvodnja pretvara u visokokvalitetnu transformaciju, brzi razvoj područja čiste energije te razvoja industrije poluvodiča i fotonaponske energije ubrzano razvija, s visokom učinkovitošću i visokom preciznošću obrade dijamantnih alata, potražnja za njima raste. Međutim, umjetni dijamantni prah kao najvažnija sirovina, dijamantni okrug i matrica nemaju jaku silu držanja, što rano uzrokuje kratak vijek trajanja karbidnog alata. Kako bi se riješili ovi problemi, industrija općenito koristi metalne premaze dijamantnim prahom kako bi poboljšala površinske karakteristike, povećala trajnost i poboljšala ukupnu kvalitetu alata.
Metoda površinskog premaza dijamantnim prahom uključuje kemijsko prevlačenje, galvanizaciju, magnetronsko raspršivanje, vakuumsko isparavanje, reakciju vrućeg prskanja itd., uključujući kemijsko prevlačenje i prevlačenje sa zrelim postupkom, ujednačenim premazom, koji može točno kontrolirati sastav i debljinu premaza, prednosti prilagođenog premaza, postale su dvije najčešće korištene tehnologije u industriji.
1. kemijsko prevlačenje
Kemijsko premazivanje dijamantnim prahom je stavljanje obrađenog dijamantnog praha u otopinu za kemijski premaz, te taloženje metalnih iona u otopini za premaz djelovanjem redukcijskog sredstva u otopini za kemijski premaz, stvarajući gusti metalni premaz. Trenutno se najčešće korištena metoda kemijskog premazivanja dijamantima naziva kemijsko niklanje-fosfor (Ni-P) binarna legura, koja se obično naziva kemijsko niklanje.
01 Sastav otopine za kemijsko niklanje
Sastav otopine za kemijsko prevlačenje ima odlučujući utjecaj na nesmetan tijek, stabilnost i kvalitetu prevlačenja u kemijskoj reakciji. Obično sadrži glavnu sol, redukcijsko sredstvo, kompleksator, pufer, stabilizator, akcelerator, surfaktant i druge komponente. Udio svake komponente treba pažljivo prilagoditi kako bi se postigao najbolji učinak prevlačenja.
1, glavna sol: obično nikal sulfat, nikal klorid, nikal aminosulfonska kiselina, nikal karbonat itd., njegova glavna uloga je osigurati izvor nikla.
2. Redukcijsko sredstvo: uglavnom osigurava atomski vodik, reducira Ni2+ u otopini za prevlačenje u Ni i taloži ga na površini dijamantnih čestica, što je najvažnija komponenta u otopini za prevlačenje. U industriji se kao redukcijsko sredstvo uglavnom koristi natrijev sekundarni fosfat s jakom redukcijskom sposobnošću, niskom cijenom i dobrom stabilnošću prevlačenja. Redukcijski sustav može postići kemijsko prevlačenje na niskim i visokim temperaturama.
3, kompleksno sredstvo: otopina za premazivanje može izazvati taloženje, poboljšati stabilnost otopine za premazivanje, produžiti vijek trajanja otopine za prevlačenje, poboljšati brzinu taloženja nikla, poboljšati kvalitetu sloja premaza, općenito koristiti jantarnu kiselinu, limunsku kiselinu, mliječnu kiselinu i druge organske kiseline i njihove soli.
4. Ostale komponente: stabilizator može inhibirati razgradnju otopine za prevlačenje, ali budući da će utjecati na pojavu kemijske reakcije prevlačenja, potrebna je umjerena upotreba; pufer može proizvesti H+ tijekom kemijske reakcije niklanja kako bi se osigurala kontinuirana stabilnost pH; surfaktant može smanjiti poroznost premaza.
02 Postupak kemijskog niklanja
Kemijsko nanošenje natrijevog hipofosfatnog sustava zahtijeva da matrica ima određenu katalitičku aktivnost, a sama dijamantna površina nema centar katalitičke aktivnosti, stoga ju je potrebno prethodno obraditi prije kemijskog nanošenja dijamantnog praha. Tradicionalna metoda prethodne obrade kemijskog nanošenja je uklanjanje ulja, grubljenje, senzibilizacija i aktivacija.
(1) Uklanjanje ulja, grubljenje: uklanjanje ulja prvenstveno služi za uklanjanje ulja, mrlja i drugih organskih zagađivača s površine dijamantnog praha, kako bi se osiguralo dobro prianjanje i dobre performanse naknadnog premaza. Grubljenje može stvoriti male udubine i pukotine na površini dijamanta, povećavajući hrapavost površine dijamanta, što ne samo da pogoduje adsorpciji metalnih iona na tom mjestu, olakšava naknadno kemijsko prevlačenje i galvanizaciju, već i stvara stepenice na površini dijamanta, pružajući povoljne uvjete za rast sloja metala dobivenog kemijskim prevlačenjem ili galvanizacijom.
Obično se u koraku uklanjanja ulja koristi NaOH i druga alkalna otopina kao otopina za uklanjanje ulja, a za korak grubljenja koristi se otopina dušične kiseline i druge kiseline kao sirova kemijska otopina za jetkanje površine dijamanta. Osim toga, ove dvije veze trebale bi se koristiti s ultrazvučnim strojem za čišćenje, što doprinosi poboljšanju učinkovitosti uklanjanja ulja i grubljenja dijamantnog praha, štedi vrijeme u procesu uklanjanja ulja i grubljenja te osigurava učinak uklanjanja ulja i grubih čestica.
(2) Senzibilizacija i aktivacija: proces senzibilizacije i aktivacije najvažniji je korak u cijelom procesu kemijskog prevlačenja i izravno je povezan s time može li se kemijsko prevlačenje provesti. Senzibilizacija služi za adsorpciju lako oksidiranih tvari na površinu dijamantnog praha koje nemaju autokatalitička svojstva. Aktivacija služi za adsorpciju oksidacije hipofosforne kiseline i katalitički aktivnih metalnih iona (poput metalnog paladija) radi redukcije čestica nikla, kako bi se ubrzala brzina nanošenja premaza na površinu dijamantnog praha.
Općenito govoreći, vrijeme senzibilizacije i aktivacije je prekratko, stvaranje metalnih paladijevih točaka na površini dijamanta je manje, adsorpcija premaza je nedovoljna, sloj premaza lako otpada ili je teško formirati potpuni premaz, a vrijeme tretmana je predugo, što će uzrokovati gubitak paladijevih točaka, stoga je najbolje vrijeme za senzibilizaciju i aktivaciju 20~30 minuta.
(3) Kemijsko niklanje: na proces kemijskog niklanja ne utječe samo sastav otopine za premazivanje, već i temperatura otopine za premazivanje i pH vrijednost. Kod tradicionalnog kemijskog niklanja na visokim temperaturama, opća temperatura je 80~85 ℃, iznad 85 ℃ lako uzrokuje razgradnju otopine za premazivanje, a na temperaturama ispod 85 ℃ brzina reakcije je veća. S porastom pH vrijednosti, brzina nanošenja premaza će rasti, ali će pH također uzrokovati stvaranje taloga niklovih soli, što će usporiti brzinu kemijske reakcije. Stoga se u procesu kemijskog niklanja optimizacijom sastava i omjera otopine za kemijsko niklanje, uvjeta procesa kemijskog niklanja, kontrolira brzina nanošenja kemijskog premaza, gustoća premaza, otpornost premaza na koroziju, metoda gustoće premaza i nanošenja dijamantnog praha kako bi se zadovoljile potrebe industrijskog razvoja.
Osim toga, jedan premaz možda neće postići idealnu debljinu premaza, a mogu se pojaviti mjehurići, rupice i drugi nedostaci, pa se može nanijeti više slojeva kako bi se poboljšala kvaliteta premaza i povećala disperzija obloženog dijamantnog praha.
2. elektro niklanje
Zbog prisutnosti fosfora u sloju premaza nakon kemijskog niklanja dijamantima, to dovodi do slabe električne vodljivosti, što utječe na proces punjenja pijeskom dijamantnog alata (proces fiksiranja čestica dijamanta na površinu matrice), pa se sloj premaza bez fosfora može koristiti za niklanje. Specifičan postupak je stavljanje dijamantnog praha u otopinu premaza koja sadrži ione nikla, dijamantne čestice dođu u kontakt s negativnom elektrodom na katodi, blok metalnog nikla uronjen je u otopinu premaza i spojen s pozitivnom elektrodom na anodu. Elektrolitičkom akcijom slobodni ioni nikla u otopini premaza reduciraju se na atome na površini dijamanta, a atomi rastu u premazu.
01 Sastav otopine za prevlačenje
Poput otopine za kemijsko prevlačenje, otopina za galvanizaciju uglavnom osigurava potrebne metalne ione za proces galvanizacije i kontrolira proces taloženja nikla kako bi se dobio potreban metalni premaz. Njegove glavne komponente uključuju glavnu sol, aktivno sredstvo anode, pufersko sredstvo, aditive i tako dalje.
(1) Glavna sol: uglavnom se koristi nikal sulfat, nikal amino sulfonat itd. Općenito, što je veća koncentracija glavne soli, to je brža difuzija u otopini za prevlačenje, veća je učinkovitost struje i brzina taloženja metala, ali zrna premaza postaju gruba, a smanjenjem koncentracije glavne soli dolazi do lošije vodljivosti premaza i težeg kontroliranja.
(2) Aktivno sredstvo anode: budući da se anoda lako pasivizira, lako je vodljiva, što utječe na ujednačenost raspodjele struje, potrebno je dodati nikal klorid, natrijev klorid i druga sredstva kao anodni aktivator kako bi se potaknula aktivacija anode i poboljšala gustoća struje pasivizacije anode.
(3) Pufersko sredstvo: poput otopine za kemijsko prevlačenje, pufersko sredstvo može održavati relativnu stabilnost otopine za prevlačenje i pH vrijednosti katode, tako da može fluktuirati unutar dopuštenog raspona procesa galvanizacije. Uobičajeno pufersko sredstvo sadrži bornu kiselinu, octenu kiselinu, natrijev bikarbonat i tako dalje.
(4) Ostali aditivi: prema zahtjevima premaza, dodajte odgovarajuću količinu sredstva za sjaj, sredstva za izravnavanje, sredstva za vlaženje i raznih sredstava te ostalih aditiva za poboljšanje kvalitete premaza.
02 Dijamantno galvanizirani nikl
1. predobrada prije galvanizacije: dijamant često nije vodljiv i potrebno ga je galvanizirati drugim postupcima. Metoda kemijske galvanizacije često se koristi za prethodno galvanizaciju sloja metala i njegovo zadebljanje, tako da će kvaliteta kemijske galvanizacije u određenoj mjeri utjecati na kvalitetu sloja galvanizacije. Općenito govoreći, sadržaj fosfora u premazu nakon kemijske galvanizacije ima veliki utjecaj na kvalitetu premaza, a premaz s visokim udjelom fosfora ima relativno bolju otpornost na koroziju u kiseloj sredini, površina premaza ima više izbočina, veliku hrapavost i nema magnetska svojstva; premaz sa srednjim udjelom fosfora ima i otpornost na koroziju i otpornost na habanje; premaz s niskim udjelom fosfora ima relativno bolju vodljivost.
Osim toga, što je manja veličina čestica dijamantnog praha, to je veća specifična površina. Prilikom nanošenja premaza, lako pluta u otopini za prevlačenje, doći će do curenja, prevlačenja i pojave labavog sloja premaza. Prije prevlačenja potrebno je kontrolirati sadržaj fosfora i kvalitetu premaza te kontrolirati vodljivost i gustoću dijamantnog praha kako bi se poboljšalo plutanje praha.
2, niklanje: trenutno se za niklanje dijamantnim prahom često koristi metoda valjanja, odnosno u bocu se dodaje odgovarajuća količina otopine za galvanizaciju, određena količina umjetnog dijamantnog praha u otopinu za galvanizaciju, a rotacijom boce dijamantni prah u boci se kotrlja. Istovremeno, pozitivna elektroda je spojena s blokom nikla, a negativna elektroda s umjetnim dijamantnim prahom. Pod djelovanjem električnog polja, ioni nikla slobodni u otopini za galvanizaciju tvore metalni nikal na površini umjetnog dijamantnog praha. Međutim, ova metoda ima probleme niske učinkovitosti premazivanja i neravnomjernog premazivanja, pa je nastala metoda rotirajuće elektrode.
Metoda rotirajuće elektrode je rotacija katode kod nanošenja dijamantnog praha. Na taj način se može povećati kontaktna površina između elektrode i čestica dijamanta, povećati ujednačena vodljivost između čestica, poboljšati neravnomjeran fenomen premaza i poboljšati učinkovitost proizvodnje dijamantnog niklanja.
kratak sažetak
Kao glavna sirovina dijamantnih alata, modifikacija površine dijamantnog mikropraha važno je sredstvo za poboljšanje sile upravljanja matricom i poboljšanje vijeka trajanja alata. Kako bi se poboljšala brzina punjenja pijeskom dijamantnih alata, obično se na površinu dijamantnog mikropraha može nanijeti sloj nikla i fosfora kako bi se postigla određena vodljivost, a zatim se sloj prevlake zgušnjava niklom i poboljšava vodljivost. Međutim, treba napomenuti da sama površina dijamanta nema katalitički aktivni centar, pa ju je potrebno prethodno obraditi prije kemijskog prevlačenja.
referentna dokumentacija:
Liu Han. Studija o tehnologiji površinskog premaza i kvaliteti umjetnog dijamantnog mikro praha [D]. Tehnološki institut Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun i Yuan Guangsheng. Studija o procesu predobrade dijamantnog površinskog premaza [J]. Standardizacija prostora.
Li Jinghua. Istraživanje modifikacije površine i primjene umjetnog dijamantnog mikro praha koji se koristi za žičane pile [D]. Tehnološki institut Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei i dr. Postupak kemijskog niklanja umjetne dijamantne površine [J]. Journal of IOL.
Ovaj članak je ponovno tiskan u mreži supertvrdih materijala
Vrijeme objave: 13. ožujka 2025.