超硬材料網(wǎng)

       1、概述

       現(xiàn)如今,人造金剛石在光學(xué)器件領(lǐng)域以及電子工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用較為廣泛。其硬度性以及耐磨性等較高,因此可用于磨削、切削以及修整等。

       雖然其特性為超硬磨料,但是在實(shí)際的工作中受溫度的影響等因素,其在常溫常壓狀態(tài)下為亞穩(wěn)態(tài)晶體狀態(tài),具有脆性特征,且其耐熱性也不高。

       除此以外還伴有雜質(zhì)、裂紋以及氣孔。上述缺陷因素導(dǎo)致人造金剛石在實(shí)際應(yīng)用中性能無(wú)法得到有效的發(fā)揮,阻礙了人造金剛石的投人使用壽命以及加工效率。

       研究發(fā)現(xiàn)在人造金剛石表面電鍍鎳可以使其的特性得到進(jìn)一步提高，除了增強(qiáng)其高硬度外,還有效的保護(hù)了金剛石以及基體二者之間界面存有的結(jié)合能力,并且達(dá)到了隔氧保護(hù)的目的。

       2、電鍍鎳實(shí)驗(yàn)

       1電鍍實(shí)驗(yàn)使用的儀器、原料以及配方

       1)所用儀器有:JRl型人造120/140目金剛石，恒溫水箱,電子天平以及電動(dòng)攪拌器,滾鍍機(jī)。

       2)所用原料:去離子水、次亞磷酸鈉、氯化鎳鹽酸、氯化亞錫硫酸鎳以及氫氧化鈉等。

       3)電鍍液配方:H3BO3、NiSO4.NiCl2所處Concentration/g.L-1分別為30-50g.L-1、200-300gL-1、20-40g.L-1。

       2電鍍過(guò)程與操作

       1)操作:在實(shí)際電鍍時(shí),需將金剛石放置在鍍瓶中進(jìn)行,且鍍瓶的放置要傾斜一定的角度,便于電鍍工作的進(jìn)行。

       其中鎳作為電鍍的陽(yáng)極,銅線作為電鍍的陰極。陽(yáng)極與陰極均從鍍瓶的瓶口放置，陰極與陽(yáng)極從瓶口置于鍍液中,陽(yáng)極需處于懸空狀態(tài),陰極的底部導(dǎo)電處與金剛石直接相接。

       必須注意在實(shí)際的操作過(guò)程中,金剛石需適當(dāng)翻滾，但電鍍的陰極與陽(yáng)極要保持不動(dòng)的狀態(tài)。之后選擇合適的電鍍裝置。電流表最大流程在10安、電壓表最大量程為30V,滾鍍機(jī)的參數(shù)為23r/min。

       2)金剛石電鍍過(guò)程:金剛石經(jīng)過(guò)除油后→通過(guò)水進(jìn)行清洗→親水化→再次進(jìn)行水清洗→敏化處理→水清洗→活化處理→再次進(jìn)行水清洗→化學(xué)鍍鎳→電鍍鎳→進(jìn)行性能檢測(cè)。

       其中對(duì)金剛石進(jìn)行除油處理,主要以稀硝酸溶液進(jìn)行,且攪拌半個(gè)小時(shí)后以去離子水沖洗,以便將表面油脂徹底清除,使得鍍層和金剛石之間的結(jié)合力得到進(jìn)一步增加。

       親水化以稀硝酸處理，主要以NaOH溶液進(jìn)行,且攪拌半個(gè)小時(shí)后以去離子水沖洗，以便增加憎水性,為敏化處理提供可靠的保障。敏化以SnCl2.HCl以及水的混合液進(jìn)行水解?；罨訮dC2、HCl以及水的混合液進(jìn)行,以便催化。在金剛石電鍍過(guò)程敏化工藝以及活化工藝為關(guān)鍵性的步驟,其直接關(guān)系到鍍鎳的成功。

       3、結(jié)果

       1鍍鎳后人造金剛石表面形貌顯微結(jié)構(gòu)對(duì)比

       金剛石在未進(jìn)行電鍍鎳時(shí),其表面結(jié)構(gòu)較為光滑,且棱角也較為清晰。對(duì)其進(jìn)行電鍍鎳后發(fā)現(xiàn)其表面結(jié)構(gòu)較粗糙,且粗糙程度以鍍層增重率有直接性的關(guān)系。

       研究發(fā)現(xiàn),人造金剛石表面結(jié)構(gòu)較粗糙的原因?yàn)榻饘匐x子出現(xiàn)大量剩余,因而使得主鹽的濃度升高,進(jìn)而在電鍍后鍍層粗糙。

       通過(guò)增鍋電阻爐在400℃的環(huán)境下對(duì)電鍍金剛石熱處理半個(gè)小時(shí)后,對(duì)其表面形貌進(jìn)行檢測(cè)得到。在400℃的高溫條件下，電鍍鎳后的人造金剛石表面形貌沒(méi)有出現(xiàn)變化，說(shuō)明400℃不會(huì)影響人造金剛石表面形貌。

       2通過(guò)X射線行射法對(duì)電鍍金剛石物相進(jìn)行分析

       在400C的環(huán)境下對(duì)電鍍金剛石熱處理半個(gè)小時(shí)后,通過(guò)X射線衍射法對(duì)電鍍金剛石物相進(jìn)行分析得到,金剛石和鎳的峰位出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。究其原因得到當(dāng)人造金剛石經(jīng)過(guò)電鍍鎳后,在一定溫度下其晶體會(huì)出現(xiàn)膨脹,進(jìn)而使得晶格常數(shù)數(shù)值變大,而相對(duì)應(yīng)的間距數(shù)值也變大，根據(jù)計(jì)算公式

       得到金剛石和鎳的峰位出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。

       3鍍鎳后人造金剛石抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

通過(guò)對(duì)不同級(jí)別的鍍層金剛石電鍍鎳對(duì)比得到,在鎳鍍層級(jí)別較薄的情況下,人造金剛石平均單顆?？箟簭?qiáng)度與電鍍前相比較,差異性不大,但抗壓強(qiáng)度有所增加。在鎳鍍層級(jí)別較厚的情況下,人造金剛石平均單顆粒抗壓強(qiáng)度與電鍍前相比較,差異性大，通過(guò)抗壓強(qiáng)度測(cè)定儀檢測(cè)得到抗壓強(qiáng)度較電鍍前相比顯著增加。

       且在400℃溫度下處理后的金剛石,其平均抗壓強(qiáng)度隨著鍍層的增加而呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。上述表明,人造金剛石經(jīng)過(guò)電鍍鎳處理后其抗壓強(qiáng)度增大。這是因?yàn)殡婃囂幚砗笕嗽旖饎偸牧鸭y以及氣孔等缺陷得到有效的消除與減少,使得抗壓強(qiáng)度增加。

       4、結(jié)論

       通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得到,人造金剛石經(jīng)過(guò)電鍍工藝處理后,其抗壓強(qiáng)度顯著增加。在實(shí)際的電鍍過(guò)程中要注意陽(yáng)極與陰極均從鍍瓶的瓶口放置,陰極與陽(yáng)極從瓶口置于鍍液中,陽(yáng)極需處于懸空狀態(tài),陰極的底部導(dǎo)電處與金剛石直接相接,同時(shí)要著重做好敏化工藝以及活化工藝,因?yàn)樵摬襟E直接關(guān)系到鍍鎳的成功。