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电镀金刚石工具应用及工艺要点

http://www.momo35.com   来源:超硬天地  日期:2017/09/12

       摘要:
  
  分析了金刚石复合电镀的原理,介绍了电镀金刚石工具在机械加工、电气电子、玻璃、工艺美术及日用品等工业领域的应用。给出了选用金刚石的标准及除杂方法,待镀件几何图形的面积计算,电镀容器的规格和用途。讲解了电解液的加热方式和阳极使用方法,及电镀质量检测要求:研究了一种电镀金刚石工具新工艺:250~260L NiSO4•7H2O,30~35L NiCl2•6H2O,35~40L H3BO3,30ml/L增光刑,50ml/L增硬刑,35ml/L增润剂,pH4.6~5,40~44℃,JK=0.5~1A/din提出了电镀清洁生产的基本条件。
  
  关键词:
  
  复合电镀;电镀金刚石;生产应用

  
  1电镀金刚石工具原理
  
  电镀金刚石是金属复合电沉积过程(又称镶嵌电镀)。由于采用Ni-Co二元合金或Ni-Co-Mn三元合金电解液,可获得合金复合镀层,具有比单金属Ni镀层更好的性能(硬度、致密性、耐磨性、耐高温性等):要实现合金的共沉积,必须要求2种金属的电极电位差小于0.02V。Ni(-0.25V)、Co(-0.27V)的电极电位差为0.02V,因此可以得到Ni-Co合金镀层。尽管Ni与Mn(-1.05V)的电极电位差偏大(0.80V),但在硫酸盐电解液中,Mn的极化不大,而Ni的极化却很显著,因此仍可获得Ni-Co-Mn三元合金镀层。
  
  金刚石在弱酸性溶液中吸附H(这可由加入金刚石后溶液pH升高而证明),并在电场作用下向阴极缓慢移动,最终吸附在阴极表面。这样当N、Co、Mn“不断在阴极表面吸附时,就把吸附在阴极表面的金刚石不断包裹起来,形成金刚石复合镀层。
  
  为使金刚石与基体及包裹镀层互相溶合成一体,基体及镀层必须具有与金刚石表面相似的结构。
  
  2电镀金刚石工具的应用范围
  
  2.1
  
  机械加工工业

  
  电镀金刚石滚轮已成功地应用于修整成型磨削用的普通砂轮或者直接对工件进行成型磨削,并广泛地用于加工曲轴、轴承、液压阀件等。
  
  电镀金刚石手工什锦锉或机用锉刀,以及各种形状的金刚石磨头,广泛应用于加工修磨、以硬质合金或淬液硬钢材制造的模具、或者各种形状的工件表面和内孔。
  
  电镀金刚石铰刀已成为液压设备和缝纫机零件绞孔的工具。它具有精度高、效率高、耐用等优点。
  
  2.2
  
  电气电子工业

  
  电镀金刚石内圆和外圆切割片是切削半导体等硬脆的贵重材料的最佳工具。具有效率高、切缝窄、材料损耗少等特点。
  
  电气和电热设备中常用的石墨和碳精材料,具有硬而脆的性质,可使电镀金刚石磨辊刨平大石墨块;可用电镀锯片切割;可用电镀磨轮成型磨削。
  
  2.3
  
  玻璃工业

  
  电镀金刚石掏料刀可以直接任光学玻璃板材上掏取各种规格的光学仪器镜头的圆坯。
  
  电镀金刚石磨轮、扩孔器、钻咀等,可以在普通平板玻璃上进行磨边、钻孔、扩孔 。
  
  2.4
  
  工艺美术及日用品工

  
  电镀金刚石磨头等,叮对各种毫石、碧玉、陶瓷等工业美术品进行雕琢和磨花。
  
  电镀金刚石指甲锉作为成套的修饰工具之一,专供人们修磨指甲用。
  
  电镀金刚石磨轮用于橡胶鞋底修边。
  
  3选用金刚石的标准及除杂方法
  
  3.1
  
  金刚石的基本要求

  
  外观特征:纯净金刚石应是尢色透明的(实际上常因含有杂质和缺陷而显色):人造金刚石在金相显微镜下观察呈八面体、菱形十二面体、方体及其聚集体。常显黄绿色,杂质较多者显灰绿色,含硼金刚石则呈黑色。
  
  使用性能:按JB2808—79部标,金刚石分为JR1、JR2、JR、JR44个型号。标号越高,硬度越高,质量越好,价格越贵,但并非使用性能就越好。虽然JR4金刚石硬度最高,但锋利度不如JR3金刚石,如果将两者混合使用,既能保持良好的使用性能,又能降低牛产成本。
  
  3.2
  
  除杂方法
  
  磁性杂质:人造金刚石因为含有磁性包裹体(触媒金属),一般都具有磁性,包裹体含量越高,磁性就越强。磁性强的金刚,不仅杂质多、强度低、耐热性差,而且会对电镀质量产生不良影响,容易形成镍瘤,因此不易选用。其原冈是磁性包裹体是良好导体,使金刚石颗粒绝缘性变差,出现了,微弱的导电性。于是,在电力线夹端效应作用下金属镍优先镀在高出于镀层上的金刚石夹端形成镍瘤。为了避免磁性杂质的影响,金刚石使用前要进行磁选,最好在号用磁选机上进行,也可以使用磁铁除去磁感较强的颗粒。一目.发现金刚石磁性强,应将金刚石全部退货。
  
  吸附杂质:金刚石其实并不纯净,其表面总是沉着一层吸附杂质,如果事先不除去,金刚石粉粒就会漂浮在电解液表面,不能沉积到基体上去因此金刚使用前必须经亲水(湿润)处理,亲水方法可参考资料。
  
  4镀液回收处理
  
  电镀结束、工件出槽时,应用蒸镏水在镀槽上方喷淋工件表面,使工件上带出的电解液和夹带的金刚  石流回镀槽,以便回收。
  
  5不合格镀层退除
  
  可用浓硝酸在室温下浸泡电镀废品(工件不得带水)几分钟至数小时(新配酸液退速快,旧酸液退速慢)。当退除效果变差时,应倒去废酸,回收金刚石,集中处理,再次使用。实践表明,酸液内加少量氯化钠,容易造成基体过腐蚀。
  
  6几何图形的面积计算示例
  
  (1)磨盘:图1(a)。施镀面积为圆环面积s,设R=150mm,r=20mm,则S=π(R²一r²)=3.14×(1.5²一0.2²)=3.14×2.21=6.94dm²。
  
  (2)磨轴:图1(b)。施镀面积为圆柱侧面积S(两端绝缘),设D=60mm,h=140mm,则S=πDh=3.14×0.6×0.4=2.64dm²。
  
  (3)磨头:①截顶磨头如图1(C)。施镀面积为圆锥侧面积S,设L=1.17mm,r=75mm,r=20mm。S=π(r+r’)=1.17×3.14×(0.75+0.2)=3.49dm²。
  
  ②尖顶磨头如图1(d)。施镀面积为圆锥侧面积S,设L=100mm,r=75mm,S=πrL=3.14×0.75×1.1=0.59dm²。
  (4)R磨轮:图1(e)。施镀面积为面积S,S=4πDR,设D=100mm,R=3mm,4为系数。S=4×3.14×1×0.03=0.38dm²。


  
  7电镀容器与辅助用具
  
  (1)容器:由于电镀金刚石工具的特殊性,盛电解液的容器较小,以小型塑料槽和塑料盆居多,一般将容器放置在操作台面的水浴槽内。常用电镀容器列于表1。
  
  (2)辅助用具:适用空镀、上砂和增厚。采用表料网篮,规格有①d135mm×45mm(深);②d160mm×60mm;③d180mm×80mm;④d220mm×40mm;⑥d250mm×60mm;⑦d270mm×40mm;⑦d300mm×110mm。
  
  网篮底部垫一块料板,然后篮内缝衬一层耐酸布。使用时网篮放人电镀容器内,若容器过深,可在容器底部增加一个塑料架,架七再放网篮,便于电镀操作。有时为了电镀需要,将网篮倒放在容器内(篮底朝上)。上砂所用的辅助用具必须专用(如盛砂容器和其他工具),谨防不同型号的金刚石混杂。
  
  当需要更换上砂容器和辅助用具时,必须认真清洗(回收清洗液中的金刚)。
  
  8电解液加热方式及控温装置
  
  (1)加热方式:由于电解液加热温度不很高(<50℃),通常水浴加热,电镀容器置于操作台面的水浴槽内。加热可采用钛合金加热管或热水器,前者置于水浴槽内,后者热水管通入水浴槽内。
  
  (2)控温装置:电热管可配备控温装置。其原理是通过电子继电器(DJ一702型)控制电加热主回路中的执行部件,即接触器JC,使之闭合(或断开),从而接通(或切断)加热电源,达到自动控温的目的。
  
  9阳极使用方法
  
  镍阳极多数为平板状,其利用率为75%~80%。阳极装挂钛丝作导线。
  
  为防止阳极泥渣引起镀层结瘤和产生毛刺,除定期过滤溶液外,还应采用阳极袋(各种致密的耐酸尼龙和涤纶布,并用涤纶线缝制,阳极放人袋内,扎紧袋口,定期清除袋内杂物。
  
  阳极更换周期较短,将换下的阳极头装入钛篮内继续使用,钛篮尺寸300mm×200mm×40mm,钛篮放在阳极袋内。镍阳极尺寸100mm×150mm,使用前用稀硫酸浸泡,以除去表面氧化膜,使其在电镀开始时处于活比状态。
  
  10低压直流电源的规格及用途
  
  整流器规格可根据镀槽装载工件的大小、多少以及工艺规范对电压和电流的要求来选择。常用规格有0~1A (最小分度值0.04A) ,0~15V,适用电镀钻咀;0~3A(最小分度值0.1A) ,0~10V ,适用电镀面积较大的工件;0~5A (最小分度值0.2A) ,0~15V,适用电镀大工件;0~60A ,0~20V,适用电解除油;0~300A,0~24V,适用阳极电解腐蚀。
  
  11电镀质量检测
  
  (1)外观:按其规定要求进行检查。合格镀层外观应该是色泽均匀,不允许起瘤、烧焦;不能有应当镀而没镀上的部位;不允许增厚不足或过度。光亮镀层的光洁度和光亮度都应符合要求。
  
  (2)几何尺寸:使用的检查工具是工业干分尺、卡尺等,应有足够的精度。
  
  (3)金刚石固结强度:指金刚石在镀层金属中固结的牢固程度(把持力)。用GCrl5钢片(HRC=54)刮磨工作面往复5次,磨粒不脱落即为合格。但这种方法只能在金属镀层厚度低于金刚颗粒直径的情况下才能使用。
  
  (4)金刚分布均匀性:使用带刎度尺的10倍放大镜,观察工具工作层的表。若发现0.5mm宽的空白处无金刚颗粒,则可认为金刚石分不均匀。
  
  12电镀金刚石工具新工艺
  
  电镀Ni-Co-Mn三元复合镀层的优点:①以锰盐取代部分钴盐,达到钴和降低生产成本的:②Ni-Co-Mn复合镀层硬度高于Ni-Co复合镀层,提高电镀金刚石工具的硬度和耐磨性,延长jI的使用寿命,适用加工硬质材料。研究的Ni-Co-Mn复合电镀工艺,经生产验证可行,现作简介绍。
  
  电解液组成:250~260g/L NiSO4•7H2O,30~35L NiCl•6H2O,35~40g/L HBO,30mL/L增光剂,50mL/L增硬剂,35ml/L增润剂,pH4.6~5.0,40~44℃,J=0.5~1A/dm。说明:①增光剂由糖精和1,4-丁炔二醇复配,门常补充量0.5mL/L;②增硬剂主要由钴盐和锰盐复配,两者搭配合理,控制用量,过量会增加镀层脆性;③增润剂由十二烷基硫酸钠配制。
  
  13电镀清洁生产的基本条件
  
  目前电镀金刚石I具厂家的厂房大都比较简易,生产条件较差,不重视环境保护,造成环境污染,影响产品质量。要实现清洁化生产,提高产品的档次,必须做到综合治理。
  
  13.1
  
  优化环境

  
  选择电镀车间地址时,要充分注意电镀车间对周围环境的影响。电镀车问应设在空气新鲜并且对流性好的地方,保证车问自然通风和采光良好。同时也要防止周围环境对车间的污染,以防开窗时外来尘埃吹进车问,落入镀槽。
  
  13.2
  
  文明生产

  
  综合治理:①整体排风:为保持车间通风良好,应以整体机械通风作辅助手段,采用抽风机从室内上部进行整体排风,排出的风量还应由送风系统送进新鲜空气加以补偿。②局部排风:为了控制有害气体的扩散,防止污染室内空气,在产生有害气体的部位要有局部排风设施。室外排风口应高屋顶栋缘1.5~2m。③封闭排风:退镀工件和酸洗金刚会产生浓黄烟,污染大,对人体有害。必须在通风柜内进行,实现强力封闭排风。
  
  严格卫生:①操作人员进入电镀车间穿工作服,换工作鞋,禁止非工作人员随便进入车间:②每天工作完毕,仔细清理操作场地;定期清理车间设备和电镀容器、辅助用具等,除去灰尘和盐类结晶物,保持设备整洁和运行常(特别是导电部位):③电镀设备停用时加罩加盖(尤其电镀槽和盛砂容器),保持清洁。④车问禁止堆放非生产用的杂物,减少尘埃源
 
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