Sebagai pembuatan kepada transformasi mewah, pembangunan pesat dalam bidang tenaga bersih dan pembangunan industri semikonduktor dan fotovoltaik, dengan kecekapan tinggi dan keupayaan pemprosesan ketepatan tinggi alat berlian semakin permintaan, tetapi serbuk berlian tiruan sebagai bahan mentah yang paling penting, daerah berlian dan daya pegangan matriks tidak kuat mudah hayat alat karbida awal tidak lama. Untuk menyelesaikan masalah ini, industri secara amnya menggunakan lapisan 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 elektrik, penyaduran sputtering magnetron, penyaduran penyejatan vakum, tindak balas letusan panas, dan lain-lain, termasuk penyaduran kimia dan penyaduran dengan proses matang, salutan seragam, boleh mengawal komposisi salutan dan ketebalan dengan tepat, kelebihan salutan tersuai, telah menjadi dua teknologi yang paling biasa digunakan dalam industri.
1. penyaduran kimia
Salutan kimia serbuk berlian adalah untuk meletakkan serbuk berlian yang dirawat ke dalam larutan salutan kimia, dan mendepositkan ion logam dalam larutan salutan melalui tindakan agen pengurangan dalam larutan salutan kimia, membentuk salutan logam padat. Pada masa ini, penyaduran kimia berlian yang paling banyak digunakan ialah aloi binari penyaduran nikel kimia-fosforus (Ni-P) biasanya dipanggil penyaduran nikel kimia.
01 Komposisi larutan penyaduran nikel kimia
Komposisi larutan penyaduran kimia mempunyai pengaruh yang menentukan ke atas kelancaran kemajuan, kestabilan dan kualiti salutan tindak balas kimianya. Ia biasanya mengandungi garam utama, agen pengurangan, kompleks, penimbal, penstabil, pemecut, surfaktan dan komponen lain. Perkadaran setiap komponen perlu dilaraskan dengan teliti untuk mencapai kesan salutan yang terbaik.
1, garam utama: biasanya nikel sulfat, nikel klorida, nikel amino asid sulfonik, nikel karbonat, dan lain-lain, peranan utamanya adalah untuk menyediakan sumber nikel.
2. Agen reduktif: ia terutamanya membekalkan hidrogen atom, mengurangkan Ni2 + dalam larutan penyaduran ke dalam Ni dan memendapkannya pada permukaan zarah berlian, yang merupakan komponen terpenting dalam larutan penyaduran. Dalam industri, natrium fosfat sekunder dengan keupayaan pengurangan yang kuat, kos rendah dan kestabilan penyaduran yang baik digunakan terutamanya sebagai agen pengurangan. Sistem pengurangan boleh mencapai penyaduran kimia pada suhu rendah dan suhu tinggi.
3, agen kompleks: penyelesaian salutan boleh memendakan pemendakan, meningkatkan kestabilan penyelesaian salutan, memanjangkan hayat perkhidmatan penyelesaian penyaduran, meningkatkan kelajuan pemendapan nikel, meningkatkan kualiti lapisan salutan, secara amnya menggunakan asid succinin, asid sitrik, asid laktik dan asid organik lain dan garamnya.
4. Komponen lain: penstabil boleh menghalang penguraian penyelesaian penyaduran, tetapi kerana ia akan menjejaskan berlakunya tindak balas penyaduran kimia, memerlukan penggunaan 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 mesti mempunyai aktiviti pemangkin tertentu, dan permukaan berlian itu sendiri tidak mempunyai pusat aktiviti pemangkin, jadi ia perlu dirawat sebelum penyaduran kimia serbuk berlian. Kaedah prarawatan tradisional penyaduran kimia ialah penyingkiran minyak, pengasar, pemekaan dan pengaktifan.
(1) Penyingkiran minyak, kasar: penyingkiran minyak adalah terutamanya untuk menghilangkan minyak, kotoran dan bahan pencemar organik lain pada permukaan serbuk berlian, untuk memastikan kesesuaian rapat dan prestasi salutan seterusnya yang baik. Kasar boleh membentuk beberapa lubang kecil dan retak pada permukaan berlian, meningkatkan kekasaran permukaan berlian, yang bukan sahaja kondusif untuk penjerapan ion logam di tempat ini, memudahkan penyaduran kimia berikutnya dan penyaduran elektrik, tetapi juga membentuk langkah pada permukaan berlian, menyediakan keadaan yang baik untuk pertumbuhan penyaduran kimia atau lapisan pemendapan logam penyaduran.
Biasanya, langkah penyingkiran minyak biasanya mengambil NaOH dan larutan alkali lain sebagai penyelesaian penyingkiran minyak, dan untuk langkah pengasar, 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 pembersih ultrasonik, yang kondusif untuk meningkatkan kecekapan penyingkiran minyak serbuk berlian dan pengasar, menjimatkan masa dalam proses penyingkiran minyak dan pengasar, dan memastikan kesan penyingkiran minyak dan bicara kasar,
(2) Pemekaan dan pengaktifan: proses pemekaan dan pengaktifan adalah langkah paling kritikal dalam keseluruhan proses penyaduran kimia, yang berkaitan secara langsung dengan sama ada penyaduran kimia boleh dijalankan. Pemekaan adalah untuk menyerap bahan mudah teroksida pada permukaan serbuk berlian yang tidak mempunyai keupayaan autocatalytic. Pengaktifan adalah untuk menyerap pengoksidaan asid hipofosforik dan ion logam aktif secara pemangkin (seperti paladium logam) pada pengurangan zarah nikel, supaya dapat mempercepatkan kadar pemendapan salutan pada permukaan serbuk berlian.
Secara umumnya, masa rawatan pemekaan dan pengaktifan adalah terlalu singkat, pembentukan titik paladium logam permukaan berlian adalah kurang, penjerapan salutan tidak mencukupi, lapisan salutan mudah jatuh atau sukar untuk membentuk salutan lengkap, dan masa rawatan terlalu lama, akan menyebabkan sisa titik paladium, oleh itu, masa terbaik untuk pemekaan dan rawatan pengaktifan adalah min.20~30.
(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 penyelesaian penyaduran, dan pada suhu yang lebih rendah daripada 85 ℃, lebih cepat kadar tindak balas. Pada nilai PH, sebagai peningkatan pH 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 penyelesaian penyaduran kimia dan nisbah, keadaan proses penyaduran kimia, mengawal kadar pemendapan salutan kimia, ketumpatan salutan, salutan rintangan kakisan, ketumpatan salutan salutan industri untuk memenuhi ketumpatan salutan industri salutan, kaedah salutan serbuk berlian untuk memenuhi keperluan proses penyaduran kimia.
Di samping itu, salutan tunggal mungkin tidak mencapai ketebalan salutan yang ideal, dan mungkin terdapat buih, lubang jarum dan kecacatan lain, jadi salutan berbilang boleh diambil untuk meningkatkan kualiti salutan dan meningkatkan penyebaran serbuk berlian bersalut.
2. elektro nikel
Oleh kerana kehadiran fosforus dalam lapisan salutan selepas penyaduran nikel kimia berlian, ia membawa kepada 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 meletakkan serbuk berlian ke dalam larutan salutan yang mengandungi ion nikel, zarah berlian bersentuhan dengan elektrod negatif kuasa ke dalam katod, blok logam nikel direndam dalam larutan penyaduran dan disambungkan dengan elektrod positif kuasa untuk menjadi anod, melalui tindakan elektrolitik, ion nikel bebas dalam larutan salutan dikurangkan kepada atom pada permukaan berlian, dan atom yang tumbuh ke dalam salutan.
01 Komposisi larutan penyaduran
Seperti penyelesaian penyaduran kimia, penyelesaian penyaduran terutamanya menyediakan ion logam yang diperlukan untuk proses penyaduran, dan mengawal proses pemendapan nikel untuk mendapatkan salutan logam yang diperlukan. Komponen utamanya termasuk garam utama, agen aktif anod, agen penampan, bahan tambahan dan sebagainya.
(1) Garam utama: terutamanya menggunakan nikel sulfat, nikel amino sulfonat, dan lain-lain. Secara amnya, semakin tinggi kepekatan garam utama, semakin cepat resapan dalam larutan penyaduran, semakin tinggi kecekapan semasa, kadar pemendapan logam, tetapi butiran salutan akan menjadi kasar, dan penurunan kepekatan garam utama, semakin teruk kekonduksian salutan, dan sukar untuk mengawal salutan.
(2) Ejen aktif anod: kerana anod adalah mudah untuk pempasifan, mudah untuk kekonduksian yang lemah, menjejaskan keseragaman pengagihan semasa, jadi ia adalah perlu untuk menambah nikel klorida, natrium klorida dan agen lain sebagai pengaktif anod untuk menggalakkan pengaktifan anod, meningkatkan ketumpatan semasa pengapasian anod.
(3) Ejen penampan: seperti larutan penyaduran kimia, ejen penampan boleh mengekalkan kestabilan relatif larutan penyaduran dan pH katod, supaya ia boleh berubah-ubah dalam julat yang dibenarkan proses penyaduran elektrik. Ejen penimbal biasa mempunyai asid borik, asid asetik, natrium bikarbonat dan sebagainya.
(4) Bahan tambahan lain: mengikut keperluan salutan, tambahkan jumlah yang betul agen terang, ejen meratakan, agen pembasahan dan pelbagai ejen dan bahan tambahan lain untuk meningkatkan kualiti salutan.
02 Aliran nikel saduran berlian
1. prarawatan sebelum penyaduran: berlian selalunya tidak konduktif, dan perlu disalut dengan lapisan logam melalui proses salutan lain. Kaedah penyaduran kimia sering digunakan untuk pra-penyaduran lapisan logam dan menebal, jadi kualiti salutan kimia akan menjejaskan kualiti lapisan penyaduran pada tahap tertentu. Secara umumnya, kandungan fosforus dalam salutan selepas penyaduran kimia mempunyai kesan yang besar terhadap kualiti salutan, dan salutan fosforus yang tinggi mempunyai rintangan kakisan yang agak lebih baik dalam persekitaran berasid, permukaan salutan mempunyai lebih banyak bonjolan tumor, kekasaran permukaan yang besar dan tiada harta magnet; salutan fosforus sederhana mempunyai kedua-dua rintangan kakisan dan rintangan haus; salutan fosforus rendah mempunyai kekonduksian yang agak lebih baik.
Di samping itu, lebih kecil saiz zarah serbuk berlian, lebih besar kawasan permukaan tertentu, apabila salutan, mudah terapung dalam larutan penyaduran, akan menghasilkan kebocoran, penyaduran, lapisan fenomena lapisan longgar, 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 rolling, iaitu, jumlah larutan penyaduran yang betul ditambah dalam pembotolan, sejumlah serbuk berlian tiruan ke dalam larutan penyaduran, melalui putaran botol, memacu serbuk berlian dalam pembotolan untuk melancarkan. 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 rendah dan salutan tidak sekata, jadi kaedah elektrod berputar muncul.
Kaedah elektrod berputar adalah untuk memutarkan katod dalam penyaduran serbuk berlian. Cara ini boleh meningkatkan kawasan 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 adalah cara penting untuk meningkatkan daya kawalan matriks dan meningkatkan hayat perkhidmatan alat. 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 menebal 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 mengenai pengubahsuaian permukaan dan penggunaan serbuk mikro berlian tiruan yang digunakan untuk gergaji dawai [D]. Institut Teknologi Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei, et al. Proses penyaduran nikel kimia permukaan berlian tiruan [J]. Jurnal IOL.
Artikel ini dicetak semula dalam rangkaian bahan superhard
Masa siaran: Mac-13-2025
