Z razvojem proizvodnje v visokokakovostno preobrazbo se hitro razvijata področje čiste energije ter industrija polprevodnikov in fotovoltaike, kar povečuje povpraševanje po diamantnih orodjih z visoko učinkovitostjo in natančnostjo obdelave. Vendar umetni diamantni prah kot najpomembnejša surovina, diamantna okrožja in matrica nimajo močne zadrževalne sile, karbidna trdina pa ima kratko zgodnjo življenjsko dobo orodja. Da bi rešili te težave, industrija običajno uporablja diamantni prašni premaz na kovinskih površinah, da bi izboljšala površinske lastnosti, povečala vzdržljivost in s tem izboljšala splošno kakovost orodja.
Metoda površinskega premaza z diamantnim prahom vključuje več metod, vključno s kemičnim premazom, galvanizacijo, magnetronskim razprševanjem, vakuumskim izhlapevanjem, reakcijo vročega poka itd., vključno s kemičnim premazom in premazom z zrelim postopkom, enakomernim premazom, ki omogoča natančen nadzor nad sestavo in debelino premaza, prednosti prilagojenega premaza pa so postale dve najpogosteje uporabljeni tehnologiji v industriji.
1. kemično nanašanje
Kemično nanašanje diamantnega prahu pomeni, da se obdelani diamantni prah vnese v raztopino za kemično nanašanje, kjer se kovinski ioni z delovanjem redukcijskega sredstva v raztopini za kemično nanašanje odložijo v raztopini za premaz, kar tvori gosto kovinsko prevleko. Trenutno je najpogosteje uporabljena metoda kemičnega nanašanja diamantov kemično nikljanje in fosfor (Ni-P) binarna zlitina, ki se običajno imenuje kemično nikljanje.
01 Sestava raztopine za kemično nikljanje
Sestava raztopine za kemično galvanizacijo odločilno vpliva na nemoten potek, stabilnost in kakovost prevleke med kemijsko reakcijo. Običajno vsebuje glavno sol, redukcijsko sredstvo, kompleksno sredstvo, pufer, stabilizator, pospeševalnik, površinsko aktivno sredstvo in druge komponente. Za dosego najboljšega učinka prevleke je treba delež vsake komponente skrbno prilagoditi.
1, glavna sol: običajno nikljev sulfat, nikljev klorid, nikljeva aminosulfonska kislina, nikljev karbonat itd., njena glavna vloga pa je zagotavljanje vira niklja.
2. Redukcijsko sredstvo: v glavnem zagotavlja atomski vodik, reducira Ni2+ v raztopini za galvanizacijo v Ni in ga odlaga na površino diamantnih delcev, kar je najpomembnejša sestavina raztopine za galvanizacijo. V industriji se kot redukcijsko sredstvo uporablja predvsem natrijev sekundarni fosfat z močno redukcijsko sposobnostjo, nizkimi stroški in dobro stabilnostjo galvanizacije. Redukcijski sistem lahko doseže kemično galvanizacijo pri nizki in visoki temperaturi.
3, kompleksno sredstvo: raztopina premaza lahko povzroči oborine, poveča stabilnost raztopine premaza, podaljša življenjsko dobo raztopine za galvanizacijo, izboljša hitrost nanašanja niklja in izboljša kakovost sloja premaza, običajno uporablja jantarno kislino, citronsko kislino, mlečno kislino in druge organske kisline ter njihove soli.
4. Druge komponente: stabilizator lahko zavira razgradnjo raztopine za galvanizacijo, vendar ker vpliva na nastanek kemične reakcije galvanizacije, ga je treba uporabljati zmerno; pufer lahko med kemično reakcijo nikljanja proizvaja H+, da se zagotovi stalna stabilnost pH; površinsko aktivna snov lahko zmanjša poroznost premaza.
02 Postopek kemičnega nikljanja
Kemično nanašanje natrijevega hipofosfatnega sistema zahteva določeno katalitično aktivnost matrice, sama diamantna površina pa nima centra katalitične aktivnosti, zato jo je treba pred kemičnim nanašanjem diamantnega prahu predhodno obdelati. Tradicionalne metode predobdelave pri kemičnem nanašanju so odstranjevanje olja, grobljenje, senzibilizacija in aktivacija.
(1) Odstranjevanje olja, grobo nanašanje: odstranjevanje olja je namenjeno predvsem odstranjevanju olja, madežev in drugih organskih onesnaževal na površini diamantnega prahu, da se zagotovi tesno prileganje in dobra učinkovitost naknadnega nanosa. Grobo nanašanje lahko na površini diamanta povzroči nastanek majhnih jamic in razpok, kar poveča hrapavost površine diamanta, kar ne le spodbuja adsorpcijo kovinskih ionov na tem mestu in olajša naknadno kemično in galvanizacijsko nanašanje, temveč tudi tvori stopnice na površini diamanta, kar zagotavlja ugodne pogoje za rast kemično ali galvanizirano kovinsko plast.
Običajno se v koraku odstranjevanja olja uporablja NaOH in druga alkalna raztopina kot raztopina za odstranjevanje olja, v koraku grobljenja pa se kot surova kemična raztopina za jedkanje diamantne površine uporabi raztopina dušikove kisline in druge kisline. Poleg tega je treba ti dve povezavi uporabljati z ultrazvočnim čistilnim strojem, kar prispeva k izboljšanju učinkovitosti odstranjevanja olja in grobljenja diamantnega prahu, prihrani čas v postopku odstranjevanja olja in grobljenja ter zagotovi učinek odstranjevanja olja in grobih delcev.
(2) Senzibilizacija in aktivacija: postopek senzibilizacije in aktivacije je najpomembnejši korak v celotnem postopku kemičnega nanašanja prevleke, ki je neposredno povezan z možnostjo kemičnega nanašanja prevleke. Senzibilizacija je namenjena adsorpciji lahko oksidiranih snovi na površino diamantnega prahu, ki nima avtokatalitične sposobnosti. Aktivacija je namenjena adsorpciji oksidacije hipofosforne kisline in katalitično aktivnih kovinskih ionov (kot je kovinski paladij) pri redukciji nikljevih delcev, da se pospeši hitrost nanašanja prevleke na površino diamantnega prahu.
Na splošno velja, da je čas senzibilizacije in aktivacijske obdelave prekratek, da je tvorba paladijevih konic na diamantni površini manjša, adsorpcija prevleke je nezadostna, prevlečna plast zlahka odpade ali pa je težko tvoriti popolno prevleko, čas obdelave pa je predolg, kar povzroči odpadke paladijevih konic, zato je najboljši čas za senzibilizacijo in aktivacijsko obdelavo 20–30 minut.
(3) Kemično nikljanje: na postopek kemičnega nikljanja ne vpliva le sestava raztopine za prevleko, temveč tudi temperatura raztopine in pH. Pri tradicionalnem visokotemperaturnem kemičnem nikljanju je splošna temperatura med 80 in 85 °C, pri temperaturah nad 85 °C se raztopina za prevleko zlahka razgradi, pri temperaturah pod 85 °C pa je hitrost reakcije višja. Z naraščanjem vrednosti pH se hitrost nanašanja prevleke povečuje, vendar pH povzroča tudi nastanek usedlin nikljevih soli, kar zavira hitrost kemijske reakcije. Zato se pri postopku kemičnega nikljanja z optimizacijo sestave in razmerja raztopine za kemično prevleko, pogoji postopka kemičnega nikljanja nadzorujejo hitrost nanašanja prevleke, gostota prevleke, odpornost proti koroziji, metoda gostote prevleke in diamantni prah za zadovoljevanje potreb industrijskega razvoja.
Poleg tega en sam nanos morda ne doseže idealne debeline prevleke, lahko pa se pojavijo mehurčki, luknjice in druge napake, zato je mogoče nanesti več nanosov, da se izboljša kakovost prevleke in poveča disperzija prevlečenega diamantnega prahu.
2. elektronikljanje
Zaradi prisotnosti fosforja v premazni plasti po diamantnem kemičnem nikljanju to vodi do slabe električne prevodnosti, kar vpliva na proces nalaganja peska v diamantno orodje (proces fiksiranja diamantnih delcev na površino matrice), zato se lahko za nikljanje uporabi premazna plast brez fosforja. Specifičen postopek je, da se diamantni prah vnese v premazno raztopino, ki vsebuje nikljeve ione, diamantni delci pridejo v stik z negativno elektrodo na katodi, nikljev kovinski blok pa se potopi v premazno raztopino in se poveže s pozitivno elektrodo, da postane anoda. Z elektrolitskim delovanjem se prosti nikljevi ioni v premazni raztopini reducirajo na atome na površini diamanta, atomi pa se vpletajo v premaz.
01 Sestava raztopine za galvanizacijo
Tako kot raztopina za kemično galvanizacijo tudi raztopina za galvanizacijo zagotavlja predvsem potrebne kovinske ione za postopek galvanizacije in nadzoruje postopek nanašanja niklja za doseganje zahtevane kovinske prevleke. Njene glavne sestavine vključujejo glavno sol, aktivno sredstvo za anodo, pufersko sredstvo, dodatke in tako naprej.
(1) Glavna sol: v glavnem se uporablja nikljev sulfat, nikljev aminosulfonat itd. Na splošno velja, da višja kot je koncentracija glavne soli, hitrejša je difuzija v raztopini za galvanizacijo, višji je izkoristek toka in hitrost nanašanja kovine, vendar zrna prevleke postanejo groba, zmanjšanje koncentracije glavne soli pa povzroči slabšo prevodnost prevleke in jo je težko nadzorovati.
(2) Aktivno sredstvo anode: ker se anoda enostavno pasivizira, ima slabo prevodnost, kar vpliva na enakomernost porazdelitve toka, zato je treba dodati nikljev klorid, natrijev klorid in druga sredstva kot anodni aktivator za spodbujanje aktivacije anode in izboljšanje gostote toka pasivizacije anode.
(3) Pufersko sredstvo: podobno kot raztopina za kemično galvanizacijo lahko pufersko sredstvo vzdržuje relativno stabilnost raztopine za galvanizacijo in pH katode, tako da lahko ta niha znotraj dovoljenega območja postopka galvanizacije. Običajno pufersko sredstvo vsebuje borovo kislino, ocetno kislino, natrijev bikarbonat in tako naprej.
(4) Drugi dodatki: glede na zahteve premaza dodajte pravo količino sredstva za poliranje, izravnalno sredstvo, vlažilno sredstvo in razne dodatke ter druge dodatke za izboljšanje kakovosti premaza.
02 Diamantno galvaniziran nikljev preliv
1. Predobdelava pred galvanizacijo: diamant pogosto ni prevoden in ga je treba prevleči s plastjo kovine z drugimi postopki prevleke. Metoda kemičnega galvaniziranja se pogosto uporablja za predhodno galvanizacijo in zgostitev plasti kovine, zato kakovost kemičnega galvaniziranja do neke mere vpliva na kakovost prevlečene plasti. Na splošno ima vsebnost fosforja v prevleki po kemičnem galvaniziranju velik vpliv na kakovost prevleke, pri čemer ima prevleka z visoko vsebnostjo fosforja relativno boljšo korozijsko odpornost v kislem okolju, površina prevleke ima več izboklin, veliko hrapavost in nima magnetnih lastnosti; prevleka s srednjo vsebnostjo fosforja ima tako korozijsko odpornost kot odpornost proti obrabi; prevleka z nizko vsebnostjo fosforja ima relativno boljšo prevodnost.
Poleg tega, manjša kot je velikost delcev diamantnega prahu, večja je specifična površina. Ko je diamantni prah nanesen v raztopino za galvanizacijo, bo to povzročilo puščanje, galvanizacijo in pojav ohlapne plasti. Pred nanosom je treba nadzorovati vsebnost fosforja in kakovost premaza ter nadzorovati prevodnost in gostoto diamantnega prahu, da se izboljša lebdenje diamantnega prahu.
2, nikljanje: trenutno se pri diamantnem praškanju pogosto uporablja metoda valjanja, kar pomeni, da se v stekleničko doda prava količina raztopine za galvanizacijo, nato pa se v raztopino za galvanizacijo doda določena količina umetnega diamantnega prahu. Z vrtenjem stekleničke se diamantni prah v steklenički kotali. Hkrati je pozitivna elektroda povezana z nikljevim blokom, negativna elektroda pa z umetnim diamantnim prahom. Pod vplivom električnega polja nikljevi ioni, ki so prosti v raztopini za praškanje, na površini umetnega diamantnega prahu tvorijo kovinski nikelj. Vendar pa ima ta metoda težave z nizko učinkovitostjo nanašanja in neenakomernim nanosom, zato je nastala metoda z vrtenjem elektrode.
Metoda vrtenja elektrode je vrtenje katode pri diamantnem praškastem nanosu. Na ta način se lahko poveča kontaktna površina med elektrodo in diamantnimi delci, poveča enakomerna prevodnost med delci, izboljša neenakomernost nanosa in izboljša učinkovitost proizvodnje diamantnega nikljanja.
kratek povzetek
Modifikacija površine diamantnega mikroprahu, ki je glavna surovina diamantnih orodij, je pomembno sredstvo za povečanje sile krmiljenja matrice in podaljšanje življenjske dobe orodij. Za izboljšanje hitrosti nalaganja peska v diamantna orodja se na površino diamantnega mikroprahu običajno nanese plast niklja in fosforja, da se doseže določena prevodnost, nato pa se plast prevleke zgosti z nikljanjem in se prevodnost poveča. Vendar je treba opozoriti, da sama površina diamanta nima katalitično aktivnega središča, zato jo je treba pred kemično prevleko predhodno obdelati.
referenčna dokumentacija:
Liu Han. Študija o tehnologiji površinskih premazov in kakovosti umetnega diamantnega mikro prahu [D]. Tehnološki inštitut Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun in Yuan Guangsheng. Študija o postopku predobdelave diamantne površinske prevleke [J]. Standardizacija prostora.
Li Jinghua. Raziskava o modifikaciji površine in uporabi umetnega diamantnega mikro prahu, ki se uporablja za žično žago [D]. Tehnološki inštitut Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei in drugi. Postopek kemičnega nikljanja umetne diamantne površine [J]. Journal of IOL.
Ta članek je ponovno objavljen v omrežju supertrdih materialov
Čas objave: 13. marec 2025
