磨削切削工具电镀(Ni-Co-Mn)-金刚石复合镀层
杨瑞辰
(中国人民解放军第三五二二工厂,天津 300161)
摘要:介绍了复合电镀(Ni-Co-Mn)-金刚石复合镀层工艺、溶液配方、设定思路以及镶嵌镀加工现场注意要点,采用(Ni-Co-Mn)-金刚石复合镀层的切削、磨削工具在磨削切削硬度高的石材时,较目前普遍使用的Ni-Co合金为基质金属耐磨性提高,提供了镶嵌较高品级金刚石的基质金属在工具使用中匹配消耗,延长使用寿命。Ni-Co-Mn合金镀层中w(Mn)为0.1%以下时便可将合金中w(Co)从22%以上降到4%左右,节省了约80%价格昂贵的Co。由于Mn的引入引起韧性变劣,可通过添加剂满足Ni-Co-Mn合金对延展性的要求。
关 键 词:复合电镀;(Ni-Co-Mn)-金刚石复合镀层;延展性;使用寿命
引 言
金刚石工具是在预先加工成型且形状各异的金属基体表面,用复合电镀的方法镶嵌一层(表镶)或多层(孕镶)金刚石颗粒而制成,如金刚石磨具和钻具。在生产现场将复合镀层中的基质金属称作胎体,最常用的为Ni、Ni-Co、Ni-Fe和Ni-Mn合金以及近年来引起重视的Ni-Co-Mn合金。胎体各具特性,在制造复合电镀金刚石工具时对复合镀层的硬度、平整性、金刚石与基质金属间的结合力及使用寿命有很高的要求,一般多采用w(Co)为30%以下的Ni-Co合金做基质金属。
Ni-Co合金胎体中的Co是以向镀液中添加CoSO4·7H2O实现的,为了保证胎体的韧性和其对金刚石的结合强度,Co的补充应控制在稳定范围内,使镀层中w(Co)在22%左右。在加工一些硬度较高的材料时选用品级较高的金刚石以提高磨削、切削能力。但往往出现因操作中磨屑的反磨削力增大造成胎体不能与金刚石匹配,提早被磨损,导致相当一部分金刚石颗粒脱落,使工具工作效率下降以致提早报废。为此许多金刚石复合镀层制品从业者做了大量工作,Ni-Co-Mn三元合金胎体的引入是研究的一个方向。
1 两种基质金属的比较
含有极少量Mn的Ni-Co-Mn合金胎体的硬度相当于w(Co)为30%的Ni-Co合金胎体,但Mn的加入使胎体的延展性急剧下降,在实践中采用d=3mm圆钢按常规工艺方法孕镶二遍品级较高的(MBD8)金刚石颗粒,Ni-Co-Mn胎体的耐磨性和使用寿命较Ni-Co胎体有很大提高。但经敲击镀覆部位出现片状或块状的爆裂,资料[1,2]介绍加入韧化剂后胎体延展性得以改善,基本上与多年使用的Ni-Co合金胎体相当,能经受标准中规定的复合电镀金刚石镀层结合力的检验。对于改善胎体延展性的韧化剂其机理目前尚未获得确切的解释,采用资料中推荐的Ni(HCOO)2·2H2O作韧化剂系进口产品,且价格极高(报价1370元/kg),于是自行合成韧化剂并按一定比例加入镀液中,与Ni-Co合金镀液同时作同一工件镶嵌不同品级金刚石的对比试件。试件为d=3mm钢十字端平头钻孔棒。控制胎体中w(Co)为23%的Ni-Co合金和w(Co)为4%、w(Mn)为0.1%的Ni-Co-Mn合金。分别在二种镀液内同时镶嵌镀d=125~150μm的MBD6及MBD8二个品级的金刚石,采用完全一样的工艺制作。
根据用户在加工石材作对比表明:在Ni-Co合金镀液中镀出的MBD6品级试件钻削工具使用率较MBD8品级试件钻削工具低近20%,而在后者钻削的磨屑中可见脱落的金刚石颗粒,工具上有凹陷部位。在Ni-Co-Mn合金镀液中镀出的MBD6品级试件钻削工具使用率与在Ni-Co镀液中镀出的MBD6品级的试件接近,但随钻削的进行钻削速度变缓,金刚石刃口被磨平,MBD8品级试件钻削使用率较MBD6试件高30%以上,无金刚石脱落现象。由此可以认为Ni-Co-Mn合金胎体硬度高于Ni-Co合金胎体,对金刚石的包覆能力及工具使用寿命满足了用户的要求。
