Kako se proizvodnja pretvara u visokokvalitetnu transformaciju, brzi razvoj u oblasti čiste energije i razvoja industrije poluprovodnika i fotonaponske energije, uz visoku efikasnost i visoku preciznost obrade dijamantskih alata, raste potražnja. Međutim, umjetni dijamantski prah kao najvažnija sirovina, dijamantski okrug i matrica nemaju jaku silu držanja, što rano rezultira kratkim vijekom trajanja karbidnog alata. Kako bi se riješili ovi problemi, industrija uglavnom koristi metalne materijale za površinski premaz dijamantskim prahom, kako bi poboljšala površinske karakteristike, povećala izdržljivost i poboljšala ukupni kvalitet alata.
Metoda površinskog premaza dijamantskim prahom uključuje više metoda, uključujući hemijsko prevlačenje, galvanizaciju, magnetronsko raspršivanje, vakuumsko isparavanje, reakciju vrućeg prskanja itd., uključujući hemijsko prevlačenje i prevlačenje sa zrelim procesom, ujednačenim premazom, koji može precizno kontrolisati sastav i debljinu premaza, prednosti prilagođenog premaza, postale su dvije najčešće korištene tehnologije u industriji.
1. hemijsko prevlačenje
Hemijsko premazivanje dijamantskim prahom podrazumijeva stavljanje tretiranog dijamantskog praha u rastvor za hemijski premaz, te taloženje metalnih iona u rastvoru za premaz djelovanjem redukcijskog sredstva u rastvoru za hemijski premaz, formirajući gusti metalni premaz. Trenutno se najčešće korištena metoda hemijskog premazivanja dijamantima naziva hemijsko niklovanje - binarna legura fosfora (Ni-P) koja se obično naziva hemijsko niklovanje.
01 Sastav rastvora za hemijsko niklovanje
Sastav rastvora za hemijsko prevlačenje ima odlučujući uticaj na nesmetan tok, stabilnost i kvalitet prevlačenja tokom hemijske reakcije. Obično sadrži glavnu so, redukciono sredstvo, kompleksator, pufer, stabilizator, akcelerator, surfaktant i druge komponente. Udio svake komponente treba pažljivo prilagoditi kako bi se postigao najbolji efekat prevlačenja.
1, glavna sol: obično nikl sulfat, nikl hlorid, nikl aminosulfonska kiselina, nikl karbonat itd., njegova glavna uloga je da obezbijedi izvor nikla.
2. Redukcijsko sredstvo: uglavnom osigurava atomski vodik, reducira Ni2+ u otopini za prevlačenje u Ni i taloži ga na površini dijamantskih čestica, što je najvažnija komponenta u otopini za prevlačenje. U industriji se kao redukcijsko sredstvo uglavnom koristi natrijev sekundarni fosfat sa snažnom redukcijskom sposobnošću, niskom cijenom i dobrom stabilnošću prevlačenja. Redukcijski sistem može postići hemijsko prevlačenje na niskim i visokim temperaturama.
3, kompleksno sredstvo: rastvor za premazivanje može izazvati taloženje, poboljšati stabilnost rastvora za premazivanje, produžiti vijek trajanja rastvora za prevlačenje, poboljšati brzinu taloženja nikla, poboljšati kvalitet sloja premaza, općenito koristiti jantarnu kiselinu, limunsku kiselinu, mliječnu kiselinu i druge organske kiseline i njihove soli.
4. Ostale komponente: stabilizator može inhibirati razgradnju rastvora za prevlačenje, ali budući da će uticati na pojavu hemijske reakcije prevlačenja, potrebna je umjerena upotreba; pufer može proizvesti H+ tokom hemijske reakcije niklovanja kako bi se osigurala kontinuirana stabilnost pH; surfaktant može smanjiti poroznost premaza.
02 Proces hemijskog niklovanja
Hemijsko prevlačenje natrijum hipofosfatnog sistema zahtijeva da matrica ima određenu katalitičku aktivnost, a sama površina dijamanta nema centar katalitičke aktivnosti, tako da je potrebno prethodno je tretirati prije hemijskog prevlačenja dijamantskog praha. Tradicionalne metode prethodne obrade hemijskog prevlačenja su uklanjanje ulja, grubljenje, senzibilizacija i aktivacija.
(1) Uklanjanje ulja, grubljenje: uklanjanje ulja uglavnom služi za uklanjanje ulja, mrlja i drugih organskih zagađivača na površini dijamantskog praha, kako bi se osiguralo dobro prianjanje i dobre performanse naknadnog premaza. Grubljenje može formirati male udubljenja i pukotine na površini dijamanta, povećavajući hrapavost površine dijamanta, što ne samo da pogoduje adsorpciji metalnih iona na ovom mjestu, olakšava naknadno hemijsko prevlačenje i galvanizaciju, već i formira stepenice na površini dijamanta, pružajući povoljne uslove za rast hemijskog prevlačenja ili galvanizacije metalnog sloja.
Obično se za korak uklanjanja ulja koristi NaOH i drugi alkalni rastvor kao rastvor za uklanjanje ulja, a za korak grubljenja koristi se rastvor azotne kiseline i drugih kiselina kao sirovi hemijski rastvor za nagrizanje površine dijamanta. Pored toga, ova dva elementa treba koristiti sa ultrazvučnim uređajem za čišćenje, što doprinosi poboljšanju efikasnosti uklanjanja ulja i grubljenja dijamantskog praha, štedi vrijeme u procesu uklanjanja ulja i grubljenja i osigurava efekat uklanjanja ulja i grubih čestica.
(2) Senzibilizacija i aktivacija: proces senzibilizacije i aktivacije je najvažniji korak u cijelom procesu hemijskog prevlačenja, koji je direktno povezan s tim da li se hemijsko prevlačenje može provesti. Senzibilizacija služi za adsorpciju lako oksidiranih supstanci na površini dijamantskog praha koje nemaju autokatalitičku sposobnost. Aktivacija služi za adsorpciju oksidacije hipofosforne kiseline i katalitički aktivnih metalnih iona (kao što je metalni paladij) uz redukciju čestica nikla, kako bi se ubrzala brzina nanošenja premaza na površinu dijamantskog praha.
Generalno govoreći, vrijeme senzibilizacije i aktivacije je prekratko, formiranje metalnih paladijumskih tačaka na površini dijamanta je manje, adsorpcija premaza je nedovoljna, sloj premaza se lako odvaja ili je teško formirati potpuni premaz, a vrijeme tretmana je predugo, što će uzrokovati gubitak paladijumskih tačaka, stoga je najbolje vrijeme za senzibilizaciju i aktivaciju 20~30 minuta.
(3) Hemijsko niklovanje: na proces hemijskog niklovanja ne utiče samo sastav rastvora za premazivanje, već i temperatura rastvora za premazivanje i pH vrijednost. Kod tradicionalnog hemijskog niklovanja na visokim temperaturama, opšta temperatura je između 80 i 85 ℃, iznad 85 ℃ lako dolazi do razgradnje rastvora za premazivanje, a na temperaturama ispod 85 ℃ brzina reakcije je veća. S porastom pH vrijednosti, brzina nanošenja premaza će se povećavati, ali će pH vrijednost također uzrokovati stvaranje sedimenata niklovih soli, što će usporiti brzinu hemijske reakcije. Stoga se u procesu hemijskog niklovanja optimizacijom sastava i omjera rastvora za hemijsko niklovanje, uslova procesa hemijskog niklovanja, kontroliše brzina nanošenja premaza, gustina premaza, otpornost premaza na koroziju, metoda gustine premaza i nanošenja dijamantskog praha kako bi se zadovoljile potrebe industrijskog razvoja.
Osim toga, jedan premaz možda neće postići idealnu debljinu premaza, a mogu se pojaviti mjehurići, rupice i drugi nedostaci, tako da se može nanijeti više slojeva kako bi se poboljšao kvalitet premaza i povećala disperzija obloženog dijamantskog praha.
2. elektro niklovanje
Zbog prisustva fosfora u sloju premaza nakon hemijskog niklovanja dijamantima, to dovodi do slabe električne provodljivosti, što utiče na proces punjenja pijeskom dijamantskog alata (proces fiksiranja čestica dijamanta na površinu matrice), tako da se sloj premaza bez fosfora može koristiti za niklovanje. Specifična operacija je stavljanje dijamantskog praha u rastvor premaza koji sadrži ione nikla, čestice dijamanta dođu u kontakt sa negativnom elektrodom na katodi, blok metala nikla uronjen je u rastvor premaza i povezan sa pozitivnom elektrodom na anodi. Elektrolitičkom akcijom, slobodni ioni nikla u rastvoru premaza se redukuju na atome na površini dijamanta, a atomi rastu u premazu.
01 Sastav rastvora za prevlačenje
Kao i rastvor za hemijsko prevlačenje, rastvor za galvanizaciju uglavnom obezbjeđuje potrebne metalne ione za proces galvanizacije i kontroliše proces taloženja nikla kako bi se dobio potreban metalni premaz. Njegove glavne komponente uključuju glavnu so, aktivno sredstvo anode, pufersko sredstvo, aditive i tako dalje.
(1) Glavna sol: uglavnom se koristi nikl sulfat, nikl amino sulfonat itd. Općenito, što je veća koncentracija glavne soli, to je brža difuzija u otopini za prevlačenje, veća je efikasnost struje i brzina taloženja metala, ali zrna premaza postaju gruba, a smanjenjem koncentracije glavne soli dolazi do lošije provodljivosti premaza i težeg kontroliranja.
(2) Aktivni agens anode: budući da se anoda lako pasivizira, lako je provodljiva, što utiče na ujednačenost raspodjele struje, potrebno je dodati nikl hlorid, natrijum hlorid i druga sredstva kao aktivator anode kako bi se podstakla aktivacija anode i poboljšala gustina struje pasivizacije anode.
(3) Pufersko sredstvo: slično kao i rastvor za hemijsko prevlačenje, pufersko sredstvo može održavati relativnu stabilnost rastvora za prevlačenje i pH vrijednosti katode, tako da on može fluktuirati unutar dozvoljenog raspona tokom procesa galvanizacije. Uobičajeno pufersko sredstvo sadrži bornu kiselinu, sirćetnu kiselinu, natrijum bikarbonat i tako dalje.
(4) Ostali aditivi: prema zahtjevima premaza, dodajte odgovarajuću količinu sredstva za sjaj, sredstva za izravnavanje, sredstva za vlaženje i raznih sredstava te drugih aditiva kako biste poboljšali kvalitet premaza.
02 Dijamantno galvanizirani nikl
1. predobrada prije galvanizacije: dijamant često nije provodljiv i potrebno ga je prekriti slojem metala kroz druge procese prevlačenja. Metoda hemijskog prevlačenja se često koristi za prethodno prevlačenje sloja metala i zadebljanje, tako da će kvalitet hemijskog prevlačenja u određenoj mjeri uticati na kvalitet sloja prevlačenja. Općenito govoreći, sadržaj fosfora u premazu nakon hemijskog prevlačenja ima veliki uticaj na kvalitet premaza, a premaz sa visokim sadržajem fosfora ima relativno bolju otpornost na koroziju u kiseloj sredini, površina premaza ima više izbočina, veliku hrapavost površine i nema magnetska svojstva; premaz sa srednjim sadržajem fosfora ima i otpornost na koroziju i otpornost na habanje; premaz sa niskim sadržajem fosfora ima relativno bolju provodljivost.
Osim toga, što je manja veličina čestica dijamantskog praha, to je veća specifična površina. Prilikom nanošenja premaza, prah se lako pluta u rastvoru za prevlačenje, što će dovesti do curenja, prevlačenja i pojave labavog sloja premaza. Prije prevlačenja, potrebno je kontrolisati sadržaj fosfora i kvalitet premaza, kako bi se kontrolisala provodljivost i gustina dijamantskog praha kako bi se poboljšalo plutanje praha.
2, niklovanje: trenutno se za dijamantsko praškasto nanošenje često koristi metoda valjanja, odnosno, u bocu se dodaje odgovarajuća količina rastvora za galvanizaciju, određena količina umjetnog dijamantskog praha u rastvor za galvanizaciju, te se dijamantski prah u boci kotrlja rotacijom boce. Istovremeno, pozitivna elektroda je povezana s blokom nikla, a negativna elektroda s umjetnim dijamantskim prahom. Pod djelovanjem električnog polja, slobodni ioni nikla u rastvoru za galvanizaciju formiraju metalni nikal na površini umjetnog dijamantskog praha. Međutim, ova metoda ima probleme niske efikasnosti nanošenja i neravnomjernog nanošenja, pa je nastala metoda rotirajuće elektrode.
Metoda rotirajuće elektrode je rotacija katode kod nanošenja dijamantskog praha. Na ovaj način se može povećati kontaktna površina između elektrode i čestica dijamanta, povećati ujednačena provodljivost između čestica, poboljšati neravnomjeran fenomen nanošenja i poboljšati efikasnost proizvodnje dijamantskog niklanja.
kratak sažetak
Kao glavna sirovina dijamantskih alata, modifikacija površine dijamantskog mikropraha je važno sredstvo za poboljšanje sile kontrole matrice i poboljšanje vijeka trajanja alata. Kako bi se poboljšala brzina punjenja pijeskom dijamantskih alata, obično se na površinu dijamantskog mikropraha može nanijeti sloj nikla i fosfora kako bi se postigla određena provodljivost, a zatim se sloj prevlake zgušnjava niklovanjem i poboljšava provodljivost. Međutim, treba napomenuti da sama površina dijamanta nema katalitički aktivni centar, pa ju je potrebno prethodno obraditi prije hemijskog prevlačenja.
referentna dokumentacija:
Liu Han. Studija o tehnologiji površinskog premazivanja i kvaliteti umjetnog dijamantskog mikro praha [D]. Tehnološki institut Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun i Yuan Guangsheng. Studija o procesu prethodne obrade površinskog premaza dijamantima [J]. Standardizacija prostora.
Li Jinghua. Istraživanje modifikacije površine i primjene umjetnog dijamantskog mikro praha koji se koristi za žičane pile [D]. Tehnološki institut Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei i dr. Proces hemijskog niklanja vještačke dijamantske površine [J]. Časopis za IOL.
Ovaj članak je ponovo objavljen na mreži supertvrdih materijala
Vrijeme objave: 13. mart 2025.
