Ni(HCOO)2·2H2O因用量较大且制作又相当麻烦,经实验选用了配方中的添加剂代替,取得了同样的效果,批量生产的工具供用户加工相应石材,反馈信息表明与试验样件无异。
2 复合电镀(Ni-Co-Mn)-金刚石工艺
2.1 镀液配方与工艺条件
复合电镀(Ni-Co-Mn)-金刚石复合镀层镀液配方及工艺条件如下:
2.2 镀液组成及工艺条件的影响
1)预镀、上砂及加厚镀采用同一溶液。
2)开缸配制溶液中主要成分影响三元合金胎体金属含量,只要准确依照消耗电量及时补加Co与Mn盐镀液较为稳定。
3)阳极活化剂不宜用NaCl代替NiCl2·6H2O,以消除Na+对镀层的不利影响。
4)由于磨料参与共沉积,与一般电镀金属镀层对镀液分散能力、结晶细化及整平性能特别是镀层的延展性提出了更高的要求,为此在使用1,4-丁炔二醇及糖精为主的添加剂基础上,经实验遴选了烯丙基磺酸钠与丙烷磺酸吡啶钅翁盐镀镍中间体加入镀液。
5)稀土元素加入使镀层结晶致密细化,利于提高镀层硬度,整平性及镀液深镀能力明显提高,这些特性符合复合电镀金刚石工具对胎体的需求,选用了目前已工业化生产的998A稀土镀镍添加剂。
6)由于Mn进入胎体带来的脆性增加是(Ni-Co-Mn)-金刚石镶嵌镀能否工业化生产的关键,极少量Mn[w(Mn)≯0.1%]的加入提高镀层耐磨性与高品级金刚石同步磨耗,延长了工具的使用寿命,但Mn也使镀层脆性急剧增加,配方中选用了某有机酸盐和无机酸改善胎体韧性,从而保证延展性与w(Co)为22%以上的Ni-Co合金胎体相近。
7)pH在复合镀液中很大程度上影响着镀层质量,出于对镀液分散能力及镀层硬度考虑,选用pH5.0~5.6[3,4],实践中发现pH4.4~4.6较为适合,沉积速度、镀层光亮程度及镀液维持正常使用周期都是理想的,当槽液pH达5.2以上时,不仅溶液易混浊且在埋砂法上砂时限制了Jκ上限,容易形成氢氧化镍沉淀粘附在受镀面上。
8)阴极电流密度在预镀、上砂及加厚镀时不能一成不变,预镀时可达1.2A/dm2以上,对于d平均=49μm(270/325粒度)的金刚石上砂时Jκ≯0.5A/dm2,而加厚镀时出砂槽的初始阶段无论粒径大小也以Jκ≯0.5A/dm2为宜,否则会将粘附不牢的金刚石颗粒被析出的氢气从砂层上吹落。由于金刚石颗粒在复合镀层的占位,随着加厚时间的推移,真实面积呈由大到小再渐而增大的变化(见图1),故给电方式亦应适时调整,使受镀工件在整个加厚镀过程中Jκ尽量接近预设值。
采用较低电流密度复合镀,是获得结晶细化、工件能均匀受镀的条件。
3 复合镀中的三个关键步骤
3.1 预 镀
复合电镀金刚石工具常用基体材料一般是普通碳钢、65Mn钢和不锈钢,其表面的物理机械性能往往是不均匀的,为了保证镶嵌在胎体内的金刚石颗粒在磨削压力作用下不致因受力不均刺插到基体表层引起整个复合镀层爆裂,使部分金刚石颗粒从复合镀层中脱落,所以在上砂前必须在基体上预镀一薄镀层,依据待镶金刚石颗粒平均粒径,选择相应的预镀层厚度,如d平均为49μm的金刚石,预镀层厚度为3~5μm,d平均为196μm的金刚石预镀层厚度以10~15μm为宜。预镀的前处理视基体材质的不同工艺操作要求亦不一样,在此不做赘述。需强调的是基体表面完全活化后带电入槽预镀是提高镀层结合力的保证。
