Tootmisest tipptasemel üleminekuni on puhta energia, pooljuhtide ja fotogalvaanika tööstuse kiire areng ning teemanttööriistade kõrge efektiivsuse ja suure täpsusega töötlemisvõime tõttu kasvav nõudlus. Kuid tehisteemantpulbri kui kõige olulisema toorainena ei ole teemantmaterjali ja maatriksi hoidejõud nii tugev kui ka karbiidist tööriistade varajane eluiga lühike. Nende probleemide lahendamiseks kasutab tööstus üldiselt metallmaterjalide katmist teemantpulbriga, et parandada pinnaomadusi ja vastupidavust ning seega ka tööriista üldist kvaliteeti.
Teemantpulberpinna katmise meetod on mitmekesisem, sealhulgas keemiline katmine, galvaniseerimine, magnetronpihustamine, vaakumaurustamine, kuumpurskereaktsioon jne., sealhulgas keemiline katmine ja küpse protsessiga katmine, ühtlane katmine, katte koostise ja paksuse täpne reguleerimine ning kohandatud katte eelised on muutunud tööstusharu kaheks enimkasutatavaks tehnoloogiaks.
1. keemiline katmine
Teemantpulbri keemiliseks katmiseks kasutatakse töödeldud teemantpulbrit keemilise katmislahuse sisseviimisel ja metalliioonide sadestamisel katmislahusesse keemilise katmislahuse redutseerija toimel, moodustades tiheda metallkatte. Praegu on teemantpulbri keemiliseks katmiseks kõige laialdasemalt kasutatav meetod keemiline nikkelkatmine – fosfori (Ni-P) binaarseulamiga katmist nimetatakse tavaliselt keemiliseks nikkelkatmiseks.
01 Keemilise nikeldamise lahuse koostis
Keemilise katmislahuse koostisel on otsustav mõju keemilise reaktsiooni sujuvale kulgemisele, stabiilsusele ja katmise kvaliteedile. See sisaldab tavaliselt põhisoola, redutseerijat, kompleksimoodustajat, puhvrit, stabilisaatorit, kiirendit, pindaktiivset ainet ja muid komponente. Parima katmistulemuse saavutamiseks tuleb iga komponendi osakaalu hoolikalt reguleerida.
1. Peamine sool: tavaliselt nikkelsulfaat, nikkelkloriid, nikkelaminosulfoonhape, nikkelkarbonaat jne, mille peamine ülesanne on pakkuda nikli allikat.
2. Redutseeriv aine: see annab peamiselt aatomvesiniku, redutseerib katmislahuses oleva Ni2+ ni-ks ja sadestab selle teemantosakeste pinnale, mis on katmislahuse kõige olulisem komponent. Tööstuses kasutatakse redutseerijana peamiselt naatriumfosfaati, millel on tugev redutseerimisvõime, madal hind ja hea katmisstabiilsus. Redutseerimissüsteem võimaldab keemilist katmist nii madalal kui ka kõrgel temperatuuril.
3, kompleksne aine: kattelahus võib sadestada sademeid, parandada kattelahuse stabiilsust, pikendada katmislahuse kasutusiga, parandada nikli sadestumise kiirust, parandada kattekihi kvaliteeti, üldiselt kasutada suktsiniinhapet, sidrunhapet, piimhapet ja muid orgaanilisi happeid ja nende sooli.
4. Muud komponendid: stabilisaator võib pärssida katmislahuse lagunemist, kuid kuna see mõjutab keemilise katmisreaktsiooni toimumist, vajab see mõõdukat kasutamist; puhver võib keemilise nikeldamisreaktsiooni ajal toota H+ ioone, et tagada pH pidev stabiilsus; pindaktiivne aine võib vähendada katte poorsust.
02 Keemiline nikeldamise protsess
Naatriumhüpofosfaadi süsteemi keemiline katmine nõuab maatriksilt teatud katalüütilist aktiivsust ja teemantpinnal endal puudub katalüütilise aktiivsuse keskus, seega tuleb seda enne teemantpulbri keemilist katmist eeltöödelda. Traditsioonilised keemilise katmise eeltöötlusmeetodid on õli eemaldamine, jämendamine, sensibiliseerimine ja aktiveerimine.
(1) Õli eemaldamine, jämedamaks muutmine: õli eemaldamise peamine eesmärk on eemaldada teemantpulbri pinnalt õli, plekke ja muid orgaanilisi saasteaineid, et tagada järgneva katte tihe sobivus ja hea jõudlus. Jämedamaks muutmine võib tekitada teemandi pinnale väikeseid süvendeid ja pragusid, mis suurendavad teemandi pinna karedust, mis mitte ainult ei soodusta metalliioonide adsorptsiooni selles kohas, hõlbustades järgnevat keemilist ja galvaanilist katmist, vaid moodustab ka teemandi pinnale astmeid, mis loovad soodsad tingimused keemilise katmise või galvaanilise metalli sadestuskihi kasvuks.
Tavaliselt kasutatakse õli eemaldamise etapis õli eemaldamise lahusena NaOH-d ja muud leeliselist lahust ning jämendamise etapis kasutatakse teemantpinna söövitamiseks toorkeemilise lahusena lämmastikhapet ja muud happelahust. Lisaks tuleks neid kahte ühendust kasutada ultraheli puhastusmasinaga, mis aitab parandada teemantpulbri õli eemaldamise ja jämendamise efektiivsust, säästa õli eemaldamise ja jämendamise protsessi aega ning tagada õli eemaldamise ja jämendamise efekt.
(2) Sensibiliseerimine ja aktiveerimine: sensibiliseerimise ja aktiveerimise protsess on kogu keemilise katmisprotsessi kõige kriitilisem etapp, mis on otseselt seotud keemilise katmise teostatavusega. Sensibiliseerimise eesmärk on adsorbeerida teemantpulbri pinnale kergesti oksüdeeruvaid aineid, millel puudub autokatalüütiline võime. Aktiveerimise eesmärk on adsorbeerida hüpofosforhappe ja katalüütiliselt aktiivsete metalliioonide (näiteks metallipallaadiumi) oksüdeerumine nikliosakeste redutseerimisel, et kiirendada katte sadestumise kiirust teemantpulbri pinnale.
Üldiselt on sensibiliseerimis- ja aktiveerimistöötluse aeg liiga lühike, teemantpinna metalli pallaadiumpunktide moodustumine on väiksem, katte adsorptsioon on ebapiisav, kattekiht on kergesti maha kukkumas või on raske terviklikku katet moodustada ning liiga pikk töötlusaeg põhjustab pallaadiumpunktide raiskamist, seega on parim aeg sensibiliseerimiseks ja aktiveerimiseks 20–30 minutit.
(3) Keemiline nikeldamine: keemilise nikeldamise protsessi ei mõjuta mitte ainult kattelahuse koostis, vaid ka kattelahuse temperatuur ja pH väärtus. Traditsioonilise kõrge temperatuuriga keemilise nikeldamise puhul on üldine temperatuur 80–85 ℃, mis põhjustab kattelahuse lagunemise ja alla 85 ℃ temperatuuri korral on reaktsioonikiirus kiirem. pH väärtuse tõustes suureneb kattekihi sadestumise kiirus, kuid pH põhjustab ka nikli soolade sette teket, mis pärsib keemilise reaktsiooni kiirust. Seega keemilise nikeldamise protsessis saab keemilise kattekihi sadestumise kiirust, kattekihi tihedust, kattekihi korrosioonikindlust, kattekihi tiheduse meetodit ja teemantpulbri katmist kontrollida, et rahuldada tööstusliku arengu nõudmisi.
Lisaks ei pruugi ühe kihiga saavutada ideaalset katte paksust ning võib esineda mulle, nõelaauke ja muid defekte, seega saab katte kvaliteedi parandamiseks ja teemantpulbri hajumise suurendamiseks võtta mitu kihti.
2. elektronikkeldamine
Kuna teemantkeemilisel nikkelkatmisel on kattekihis fosforit, on elektrijuhtivus halb, mis mõjutab teemanttööriista liiva laadimise protsessi (teemantosakeste kinnitumise protsessi maatriksi pinnale), seega saab nikeldamisel kasutada ka fosforita katmiskihti. Spetsiifiline toiming seisneb teemantpulbri viimises nikli ioone sisaldavasse katmislahusesse, teemantosakesed viiakse katoodi negatiivse elektroodiga kokkupuutesse, nikkelmetallplokk kastetakse katmislahusesse ja ühendatakse positiivse elektroodiga, et moodustada anoodi. Elektrolüütilise toime tulemusena redutseeritakse katmislahuses olevad vabad nikliioonid teemantpinnal aatomiteks, mis omakorda moodustavad kattekihi.
01 Katmislahuse koostis
Nagu keemilise katmise lahus, annab ka galvaniseerimislahus peamiselt galvaniseerimisprotsessiks vajalikke metalliioone ja juhib nikli sadestamise protsessi, et saada vajalik metallkate. Selle peamised komponendid on peamine sool, anoodi aktiivaine, puhveraine, lisandid jne.
(1) Peamine sool: peamiselt nikkelsulfaadi, nikkelaminosulfonaadi jne abil. Üldiselt, mida kõrgem on peamise soola kontsentratsioon, seda kiirem on difusioon plaadistuslahuses, seda suurem on voolutõhusus ja metalli sadestumise kiirus, kuid katteterad muutuvad jämedamaks ning peamise soola kontsentratsiooni vähenemine halvendab katte juhtivust ja seda on raskem kontrollida.
(2) Anoodi toimeaine: kuna anoodi on lihtne passivatsiooniks muuta ja selle juhtivus on halb, mõjutab see voolu ühtlust. Seetõttu on vaja lisada nikkelkloriidi, naatriumkloriidi ja muid aineid anoodaktivaatorina, et soodustada anoodi aktiveerimist ja parandada anoodi passivatsiooni voolutihedust.
(3) Puhveraine: sarnaselt keemilisele katmislahusele suudab puhveraine säilitada katmislahuse ja katoodi pH suhtelist stabiilsust, nii et see võib kõikuda galvaniseerimisprotsessi lubatud vahemikus. Tavalised puhverained on boorhape, äädikhape, naatriumvesinikkarbonaat jne.
(4) Muud lisandid: vastavalt katte nõuetele lisage katte kvaliteedi parandamiseks õige kogus läikivat ainet, tasandusainet, märgavat ainet ja mitmesuguseid lisandeid.
02 Teemantgalvaaniline niklivool
1. Eeltöötlus enne katmist: teemant ei ole sageli juhtiv ja vajab metallikihi pealekandmist muude katmisprotsesside abil. Keemilist katmismeetodit kasutatakse sageli metallikihi eelkatmiseks ja paksendamiseks, seega mõjutab keemilise katte kvaliteet teatud määral katmiskihi kvaliteeti. Üldiselt mõjutab katte fosforisisaldus pärast keemilist katmist katte kvaliteeti oluliselt ja kõrge fosforisisaldusega kattel on happelises keskkonnas suhteliselt parem korrosioonikindlus, katte pinnal on suurem kasvajaline punn, suur pinnakaredus ja puuduvad magnetilised omadused; keskmise fosforisisaldusega kattel on nii korrosioonikindlus kui ka kulumiskindlus; madala fosforisisaldusega kattel on suhteliselt parem juhtivus.
Lisaks, mida väiksem on teemantpulbri osakeste suurus, seda suurem on eripind. Katmisel hõljub see kergesti plaadistuslahuses, tekitab lekke, plaadimise ja kattekihi lahtise kihi fenomeni. Enne plaadistamist tuleb kontrollida fosforisisaldust ja katte kvaliteeti, et kontrollida teemantpulbri juhtivust ja tihedust, et parandada pulbri hõljuvust.
2, nikkelkatmine: teemantpulberkatmisel kasutatakse praegu sageli valtsimismeetodit, st villimislahusesse lisatakse õige kogus galvaniseerimislahust ja teatud kogus tehisteemantpulbrit, mis pudeli pöörlemise abil veereb teemantpulbrit pudelis. Samal ajal on positiivne elektrood ühendatud nikliplokiga ja negatiivne elektrood tehisteemantpulbriga. Elektrivälja mõjul moodustavad katmislahuses olevad vabad nikliioonid tehisteemantpulbri pinnale metallilise nikli. Sellel meetodil on aga madala katmisefektiivsuse ja ebaühtlase katmise probleemid, mistõttu tekkis pöörleva elektroodi meetod.
Pöörleva elektroodi meetod on katoodi pööramine teemantpulberkatmisel. See meetod suurendab elektroodi ja teemantosakeste vahelist kontaktpinda, suurendab osakeste vahelist ühtlast juhtivust, parandab katmise ebaühtlust ja parandab teemantnikkelkatmise tootmise efektiivsust.
lühike kokkuvõte
Teemanttööriistade peamise toorainena on teemantmikropulbri pinna modifitseerimine oluline vahend maatriksi kontrolljõu suurendamiseks ja tööriistade kasutusea pikendamiseks. Teemanttööriistade liiva laadimiskiiruse parandamiseks võib teemantmikropulbri pinnale tavaliselt kanda nikli ja fosfori kihi, et saavutada teatud juhtivus, ning seejärel paksendada nikeldamise abil kattekihti, et parandada juhtivust. Siiski tuleb märkida, et teemantpinnal endal puudub katalüütiliselt aktiivne keskus, seega tuleb seda enne keemilist katmist eelnevalt töödelda.
viitedokumentatsioon:
Liu Han. Kunstliku teemantmikropulbri pinnakatte tehnoloogia ja kvaliteedi uuring [D]. Zhongyuani Tehnoloogiainstituut.
Yang Biao, Yang Jun ja Yuan Guangsheng. Teemantkatte eeltöötlusprotsessi uuring [J]. Ruumiruumi standardiseerimine.
Li Jinghua. Kunstliku teemantmikropulbri pinna modifitseerimise ja kasutamise uuring traatsae jaoks [D]. Zhongyuani Tehnoloogiainstituut.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei jt. Kunstliku teemantpinna keemiline nikkelkatmisprotsess [J]. IOL ajakiri.
See artikkel on kordustrükitud superkõvade materjalide võrgustikus
Postituse aeg: 13. märts 2025
