电镀金刚石工具新工艺

王 琳， 黄志伟， 李云东， 孟 普， 业红玲， 赵 静

（1.蚌埠学院 机械与电子工程系，安徽 蚌埠233030；2.黄河水利职业技术学院，河南 开封475004；3.河南农业大学 机电工程学院，河南 郑州450002）

0 前言

电镀金刚石工具及烧结金刚石工具的磨粒在胎体中均无序分布，而钎焊金刚石工具在制作时实现了颗粒的均匀有序排布，这在金刚石工具行业是一大创新。胎体中随机分布的金刚石颗粒很容易产生偏析与堆积，严重影响工具的使用性能及寿命［1］。金刚石在胎体中的理想状态是均匀有序分布，单位面积上参与工作的磨粒增多，出刃均匀，受力情况基本一致，工具的使用性能及寿命显著提高。

在电镀制品上实现金刚石颗粒的有序排布至今未见相关研究成果。人们对电镀工具新工艺的探索虽然取得了一定的成果，但是金刚石工具性能的提升空间还有待进一步发掘。将金刚石颗粒离散排布技术应用于电镀工具的制作过程中，是一次大胆的尝试。

本研究在电镀过程中将晶形完整、透明度较好的弱磁颗粒应用于金刚石工具的制作中。传统的制作方法是金刚石颗粒杂乱无序地分布在胎体中。这种方法对弱磁金刚石已不再适用，相关的研究充分说明弱磁会对镀层产生明显的负面影响［2-4］。借鉴钎焊金刚石工具颗粒均匀有序分布的制作工艺，将弱磁金刚石颗粒呈离散状态分布于镀层中，颗粒与颗粒间存在一定间距，这样既可以避免金刚石出现偏析、聚集等恶化现象，也可以显著提高颗粒的利用率及磨削效率。

1 实验

1.1 镀液成分及工艺条件

NiSO4·6H2O 180g／L，MgSO4·7H2O 100 g／L，CoSO4·6H2O 10g／L，H3BO340g／L，KCl 37 g／L，十二烷基硫酸钠0.1g／L，糖精2.0g／L，pH值4.4～4.6，温度（52±1）℃，阴阳极间距30cm，阳极材料为镍板。

配制上述溶液时，为防止杂质混入而污染溶液，均采用分析纯的化学试剂和蒸馏水。

1.2 新型电镀金刚石工具的制备

在45＃钢基体表面附上特制薄膜，薄膜上带有间距及尺寸一定的微孔及预制图案，相应的参数如下：微孔尺寸0.35mm，孔间距1.1 mm，外圆直径26mm，内圆直径8mm，薄膜厚度0.15～0.22mm。

工件在进入电镀槽前，对不需要电镀的部分进行绝缘处理。将经过严格表面处理的工件上夹具后，带电快速进入电镀槽中进行大电流冲击，冲击电流密度为2.0 A／dm2。1 min 后将电流密度调至1.5A／dm2，保持10min，开始植砂。弱磁金刚石颗粒采用碱酸结合的处理方法来净化表面，以保证界面间的结合力。为了便于植砂，将工件在电镀槽中处于平置状态，先调低电流密度至1.0A／dm2，然后采用特定工艺将弱磁金刚石颗粒均匀分布于钢基体上，再缓缓升高电流密度至1.5A／dm2，维持50～60min后取出，用热水清洗干净，去除薄膜。基体经过表面净化及亲水化处理后，带电进入电镀槽中进行大电流冲击，冲击电流密度为3.0 A／dm2。1min后，将电流密度调至1.5A／dm2。由于在前序步骤处理时个别金刚石颗粒可能脱落，为了使颗粒排布均匀，保证工具的性能，需要对缺砂的部位进行补砂。该步骤完成后，平置镀半个小时左右固砂，然后将工件竖立，与阳极极板相对，开始进行加厚镀。7h后，将电流密度调至2.0A／dm2，加厚镀时间总计11.5h，此时镀层厚度约为0.30mm。制备的新型电镀金刚石工具，如图1所示。工具经过开刃处理后即可投入使用。

图1 金刚石切割片

2 新工艺制备金刚石工具的特点

（1）实验采用弱磁颗粒制备金刚石工具，在电沉积过程中，受颗粒磁性及其弱导电性的双重影响，金刚石与金属胎体间实现了化学键合，镀层对金刚石呈现过度包镶状态，胎体对颗粒的把持力显著提高。实验将研究者极力避免在电镀中使用的材料加以利用，并取得较好的效果。

（2）借助于特制薄膜将弱磁颗粒呈离散状态分布于镀层中，避免了偏析与聚集，磨粒利用率得到显著提高，工具单位面积上参与工作的金刚石多且出刃均匀。根据需要可以对颗粒出刃高度、间距及排布方式进行调整，可较好地控制加工表面粗糙度及被加工件的平整度。

（3）在植砂阶段，保证“一孔一砂”难度较大。当孔的尺寸与金刚石配合恰当时落砂才能均匀，否则容易出现“一孔多砂、孔中无砂”的现象，影响电镀金刚石工具的使用性能。目前的植砂技术还处于实验室阶段，要想实现工业化生产还需要进一步探索。

3 结论

实验采用新工艺制备电镀金刚石工具，初步实现了颗粒在胎体中呈离散分布的状态。弱磁金刚石颗粒的利用，使界面间出现化学键合，镀层对金刚石的把持力将得到显著提高。该工艺为电镀金刚石工作的制作提供了新思路。

［1］姜荣超，雷雨，李超群，等.国外超硬材料工具的最新应用与进展（上）［J］.超硬材料工程，2008，20（4）：25-29.

［2］李云东，崔岩，吴风华，等.金刚石复合镀层表面缺陷的形成原因［J］.电镀与精饰，2008，30（1）：8-11.

［3］李云东，卢汇洋，苏宗伟，等.金刚石的嵌入对其复合镀层的影响分析［J］.表面技术，2007，36（5）：8-10.

［4］李云东，黄志伟，王永田，等.金刚石磁性对其电沉积复合镀层的影响［J］.材料保护，2008，41（5）：11-14.