Seiring dengan transformasi pembuatan yang canggih, perkembangan pesat dalam bidang tenaga bersih dan pembangunan industri semikonduktor dan fotovoltaik, dengan kecekapan tinggi dan keupayaan pemprosesan ketepatan tinggi bagi alat berlian, permintaan yang semakin meningkat, tetapi serbuk berlian tiruan sebagai bahan mentah yang paling penting, daerah berlian dan daya pegangan matriks tidak kuat, mudah untuk jangka hayat alat karbida awal tidak lama. Untuk menyelesaikan masalah ini, industri secara amnya menggunakan salutan permukaan serbuk berlian dengan bahan logam, untuk meningkatkan ciri permukaannya, meningkatkan ketahanan, untuk meningkatkan kualiti keseluruhan alat.
Kaedah salutan permukaan serbuk berlian lebih banyak, termasuk penyaduran kimia, penyaduran elektro, penyaduran magnetron sputtering, penyaduran penyejatan vakum, tindak balas pecah panas, dan sebagainya, termasuk penyaduran kimia dan penyaduran dengan proses matang, salutan seragam, boleh mengawal komposisi dan ketebalan salutan dengan tepat, kelebihan salutan tersuai, telah menjadi dua teknologi yang paling biasa digunakan dalam industri.
1. penyaduran kimia
Salutan kimia serbuk berlian adalah dengan meletakkan serbuk berlian yang dirawat ke dalam larutan salutan kimia, dan memendapkan ion logam dalam larutan salutan melalui tindakan agen penurunan dalam larutan salutan kimia, membentuk salutan logam yang padat. Pada masa ini, penyaduran kimia berlian yang paling banyak digunakan ialah penyaduran nikel kimia-aloi binari fosforus (Ni-P) yang biasanya dipanggil penyaduran nikel kimia.
01 Komposisi larutan penyaduran nikel kimia
Komposisi larutan penyaduran kimia mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap kelancaran, kestabilan dan kualiti salutan tindak balas kimianya. Ia biasanya mengandungi garam utama, agen pengurangan, bahan pengkompleks, penimbal, penstabil, pemecut, surfaktan dan komponen lain. Perkadaran setiap komponen perlu diselaraskan dengan teliti untuk mencapai kesan salutan yang terbaik.
1, garam utama: biasanya nikel sulfat, nikel klorida, nikel asid amino sulfonik, nikel karbonat, dan sebagainya, peranan utamanya adalah untuk menyediakan sumber nikel.
2. Agen reduktif: ia terutamanya membekalkan hidrogen atom, mengurangkan Ni2+ dalam larutan penyaduran menjadi Ni dan memendapkannya pada permukaan zarah berlian, yang merupakan komponen terpenting dalam larutan penyaduran. Dalam industri, natrium fosfat sekunder dengan keupayaan penurunan yang kuat, kos rendah dan kestabilan penyaduran yang baik digunakan terutamanya sebagai agen penurunan. Sistem penurunan boleh mencapai penyaduran kimia pada suhu rendah dan suhu tinggi.
3, agen kompleks: larutan salutan boleh memendakkan pemendakan, meningkatkan kestabilan larutan salutan, memanjangkan hayat perkhidmatan larutan penyaduran, meningkatkan kelajuan pemendapan nikel, meningkatkan kualiti lapisan salutan, secara amnya menggunakan asid suksinin, asid sitrik, asid laktik dan asid organik lain serta garamnya.
4. Komponen lain: penstabil boleh menghalang penguraian larutan penyaduran, tetapi kerana ia akan menjejaskan berlakunya tindak balas penyaduran kimia, perlu digunakan secara sederhana; penimbal boleh menghasilkan H+ semasa tindak balas penyaduran nikel kimia untuk memastikan kestabilan pH yang berterusan; surfaktan boleh mengurangkan keliangan salutan.
02 Proses penyaduran nikel kimia
Penyaduran kimia sistem natrium hipofosfat memerlukan matriks mempunyai aktiviti pemangkin tertentu, dan permukaan berlian itu sendiri tidak mempunyai pusat aktiviti pemangkin, jadi ia perlu dirawat terlebih dahulu sebelum penyaduran kimia serbuk berlian. Kaedah rawatan awal tradisional penyaduran kimia adalah penyingkiran minyak, pengasaran, pemekaan dan pengaktifan.
(1) Penyingkiran minyak, pengasaran: penyingkiran minyak terutamanya untuk membuang minyak, kotoran dan bahan pencemar organik lain pada permukaan serbuk berlian, untuk memastikan padanan yang rapat dan prestasi yang baik bagi salutan berikutnya. Pengasaran boleh membentuk beberapa lubang dan retakan kecil pada permukaan berlian, meningkatkan kekasaran permukaan berlian, yang bukan sahaja menggalakkan penjerapan ion logam di tempat ini, memudahkan penyaduran kimia dan penyaduran elektrik seterusnya, tetapi juga membentuk langkah pada permukaan berlian, menyediakan keadaan yang baik untuk pertumbuhan lapisan pemendapan logam penyaduran kimia atau penyaduran elektrik.
Biasanya, langkah penyingkiran minyak biasanya menggunakan NaOH dan larutan alkali lain sebagai larutan penyingkiran minyak, dan untuk langkah pengasaran, asid nitrik dan larutan asid lain digunakan sebagai larutan kimia mentah untuk mengetsa permukaan berlian. Di samping itu, kedua-dua pautan ini harus digunakan dengan mesin pembersihan ultrasonik, yang kondusif untuk meningkatkan kecekapan penyingkiran minyak serbuk berlian dan pengasaran, menjimatkan masa dalam proses penyingkiran minyak dan pengasaran, dan memastikan kesan penyingkiran minyak dan percakapan kasar.
(2) Pemekaan dan pengaktifan: proses pemekaan dan pengaktifan merupakan langkah paling kritikal dalam keseluruhan proses penyaduran kimia, yang secara langsung berkaitan dengan sama ada penyaduran kimia boleh dijalankan. Pemekaan adalah untuk menyerap bahan yang mudah teroksida pada permukaan serbuk berlian yang tidak mempunyai keupayaan autopemangkinan. Pengaktifan adalah untuk menyerap pengoksidaan asid hipofosforik dan ion logam aktif secara pemangkinan (seperti paladium logam) pada pengurangan zarah nikel, untuk mempercepatkan kadar pemendapan salutan pada permukaan serbuk berlian.
Secara amnya, masa rawatan pemekaan dan pengaktifan terlalu pendek, pembentukan titik paladium logam permukaan berlian kurang, penjerapan salutan tidak mencukupi, lapisan salutan mudah jatuh atau sukar untuk membentuk salutan lengkap, dan masa rawatan terlalu lama, akan menyebabkan pembaziran titik paladium, oleh itu, masa terbaik untuk rawatan pemekaan dan pengaktifan ialah 20 ~ 30 minit.
(3) Penyaduran nikel kimia: proses penyaduran nikel kimia bukan sahaja dipengaruhi oleh komposisi larutan salutan, tetapi juga dipengaruhi oleh suhu larutan salutan dan nilai PH. Penyaduran nikel kimia suhu tinggi tradisional, suhu umum akan berada dalam 80 ~ 85 ℃, lebih daripada 85 ℃ mudah menyebabkan penguraian larutan salutan, dan pada suhu lebih rendah daripada 85 ℃, semakin cepat kadar tindak balas. Pada nilai PH, apabila pH meningkat, kadar pemendapan salutan akan meningkat, tetapi pH juga akan menyebabkan pembentukan sedimen garam nikel menghalang kadar tindak balas kimia, jadi dalam proses penyaduran nikel kimia, dengan mengoptimumkan komposisi dan nisbah larutan penyaduran kimia, keadaan proses penyaduran kimia, mengawal kadar pemendapan salutan kimia, ketumpatan salutan, rintangan kakisan salutan, kaedah ketumpatan salutan, serbuk berlian salutan untuk memenuhi permintaan pembangunan perindustrian.
Di samping itu, satu lapisan mungkin tidak mencapai ketebalan lapisan yang ideal, dan mungkin terdapat gelembung, lubang kecil dan kecacatan lain, jadi pelbagai lapisan boleh diambil untuk meningkatkan kualiti lapisan dan meningkatkan penyebaran serbuk berlian bersalut.
2. elektro nikel
Disebabkan kehadiran fosforus dalam lapisan salutan selepas penyaduran nikel kimia berlian, ia menyebabkan kekonduksian elektrik yang lemah, yang menjejaskan proses pemuatan pasir alat berlian (proses penetapan zarah berlian pada permukaan matriks), jadi lapisan penyaduran tanpa fosforus boleh digunakan dalam cara penyaduran nikel. Operasi khusus adalah untuk memasukkan serbuk berlian ke dalam larutan salutan yang mengandungi ion nikel, zarah berlian bersentuhan dengan elektrod kuasa negatif ke dalam katod, blok logam nikel direndam dalam larutan penyaduran dan disambungkan dengan elektrod kuasa positif untuk menjadi anod, melalui tindakan elektrolitik, ion nikel bebas dalam larutan salutan dikurangkan kepada atom pada permukaan berlian, dan atom tumbuh ke dalam salutan.
01 Komposisi larutan penyaduran
Seperti larutan penyaduran kimia, larutan penyaduran elektro terutamanya menyediakan ion logam yang diperlukan untuk proses penyaduran elektro, dan mengawal proses pemendapan nikel untuk mendapatkan salutan logam yang diperlukan. Komponen utamanya termasuk garam utama, agen aktif anod, agen penimbal, bahan tambahan dan sebagainya.
(1) Garam utama: terutamanya menggunakan nikel sulfat, nikel amino sulfonat, dan sebagainya. Secara amnya, semakin tinggi kepekatan garam utama, semakin cepat resapan dalam larutan penyaduran, semakin tinggi kecekapan arus, kadar pemendapan logam, tetapi butiran salutan akan menjadi kasar, dan penurunan kepekatan garam utama, semakin teruk kekonduksian salutan, dan sukar dikawal.
(2) Agen aktif anod: kerana anod mudah dipasivasi, mudah untuk kekonduksian yang lemah, menjejaskan keseragaman pengagihan arus, jadi perlu menambah nikel klorida, natrium klorida dan agen lain sebagai pengaktif anod untuk menggalakkan pengaktifan anod, meningkatkan ketumpatan arus pasivasi anod.
(3) Agen penimbal: seperti larutan penyaduran kimia, agen penimbal boleh mengekalkan kestabilan relatif larutan penyaduran dan pH katod, supaya ia boleh berubah-ubah dalam julat yang dibenarkan bagi proses penyaduran elektrik. Agen penimbal biasa mempunyai asid borik, asid asetik, natrium bikarbonat dan sebagainya.
(4) Bahan tambahan lain: mengikut keperluan salutan, tambahkan jumlah agen pencerah, agen perata, agen pembasahan dan pelbagai agen serta bahan tambahan lain yang betul untuk meningkatkan kualiti salutan.
02 Aliran nikel bersadur berlian
1. prarawatan sebelum penyaduran: berlian selalunya tidak konduktif, dan perlu disadur dengan lapisan logam melalui proses salutan lain. Kaedah penyaduran kimia sering digunakan untuk pra-penyaduran lapisan logam dan penebalan, jadi kualiti salutan kimia akan menjejaskan kualiti lapisan penyaduran sehingga tahap tertentu. Secara amnya, kandungan fosforus dalam salutan selepas penyaduran kimia mempunyai kesan yang besar terhadap kualiti salutan, dan salutan fosforus yang tinggi mempunyai rintangan kakisan yang agak baik dalam persekitaran berasid, permukaan salutan mempunyai lebih banyak bonjolan tumor, kekasaran permukaan yang besar dan tiada sifat magnet; salutan fosforus sederhana mempunyai rintangan kakisan dan rintangan haus; salutan fosforus rendah mempunyai kekonduksian yang agak baik.
Di samping itu, semakin kecil saiz zarah serbuk berlian, semakin besar luas permukaan spesifiknya. Apabila disalut, mudah terapung dalam larutan penyaduran, akan menghasilkan kebocoran, penyaduran, fenomena lapisan longgar salutan. Sebelum penyaduran, perlu mengawal kandungan P dan kualiti salutan, untuk mengawal kekonduksian dan ketumpatan serbuk berlian untuk meningkatkan serbuk mudah terapung.
2, penyaduran nikel: pada masa ini, penyaduran serbuk berlian sering menggunakan kaedah salutan gulung, iaitu jumlah larutan penyaduran elektro yang betul ditambah ke dalam pembotolan, sejumlah serbuk berlian tiruan ke dalam larutan penyaduran elektro, melalui putaran botol, memacu serbuk berlian dalam pembotolan untuk digulung. Pada masa yang sama, elektrod positif disambungkan dengan blok nikel, dan elektrod negatif disambungkan dengan serbuk berlian tiruan. Di bawah tindakan medan elektrik, ion nikel bebas dalam larutan penyaduran membentuk nikel logam pada permukaan serbuk berlian tiruan. Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai masalah kecekapan salutan yang rendah dan salutan yang tidak sekata, jadi kaedah elektrod berputar telah diwujudkan.
Kaedah elektrod berputar adalah dengan memutarkan katod dalam penyaduran serbuk berlian. Cara ini dapat meningkatkan luas sentuhan antara elektrod dan zarah berlian, meningkatkan kekonduksian seragam antara zarah, memperbaiki fenomena salutan yang tidak sekata, dan meningkatkan kecekapan pengeluaran penyaduran nikel berlian.
ringkasan ringkas
Sebagai bahan mentah utama alat berlian, pengubahsuaian permukaan serbuk mikro berlian merupakan cara penting untuk meningkatkan daya kawalan matriks dan meningkatkan jangka hayat alat tersebut. Untuk meningkatkan kadar pemuatan pasir alat berlian, lapisan nikel dan fosforus biasanya boleh disalut pada permukaan serbuk mikro berlian untuk mempunyai kekonduksian tertentu, dan kemudian menebalkan lapisan penyaduran dengan penyaduran nikel, dan meningkatkan kekonduksian. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa permukaan berlian itu sendiri tidak mempunyai pusat aktif pemangkin, jadi ia perlu dirawat terlebih dahulu sebelum penyaduran kimia.
dokumentasi rujukan:
Liu Han. Kajian tentang teknologi salutan permukaan dan kualiti serbuk mikro berlian tiruan [D]. Institut Teknologi Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun, dan Yuan Guangsheng. Kajian tentang proses prarawatan salutan permukaan berlian [J]. Penyeragaman ruang angkasa.
Li Jinghua. Penyelidikan tentang pengubahsuaian permukaan dan aplikasi serbuk mikro berlian tiruan yang digunakan untuk gergaji dawai [D]. Institut Teknologi Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei, dsb. Proses penyaduran nikel kimia permukaan berlian tiruan [J]. Jurnal IOL.
Artikel ini dicetak semula dalam rangkaian bahan super keras
Masa siaran: 13 Mac 2025
