Come rivestire la polvere di diamante?

Con la produzione verso la trasformazione di fascia alta, il rapido sviluppo nel campo dell'energia pulita e lo sviluppo dell'industria dei semiconduttori e del fotovoltaico, con l'elevata efficienza e la capacità di lavorazione ad alta precisione degli utensili diamantati, sta aumentando la domanda. Tuttavia, la polvere di diamante artificiale è la materia prima più importante, il diamante e la forza di tenuta della matrice non sono forti e la durata iniziale dell'utensile in metallo duro non è lunga. Per risolvere questi problemi, l'industria generalmente adotta il rivestimento superficiale in polvere di diamante con materiali metallici, per migliorarne le caratteristiche superficiali, aumentarne la durata e migliorare la qualità complessiva dell'utensile.

Il metodo di rivestimento superficiale con polvere di diamante è più ampio, includendo placcatura chimica, galvanica, placcatura con sputtering magnetron, placcatura con evaporazione sotto vuoto, reazione a scoppio a caldo, ecc., inclusa placcatura chimica e placcatura con processo maturo, rivestimento uniforme, può controllare accuratamente la composizione e lo spessore del rivestimento, i vantaggi del rivestimento personalizzato, sono diventati le due tecnologie più comunemente utilizzate nel settore.

1. placcatura chimica

Il rivestimento chimico con polvere di diamante consiste nell'immergere la polvere di diamante trattata nella soluzione di rivestimento chimico e depositare gli ioni metallici nella soluzione di rivestimento attraverso l'azione dell'agente riducente presente nella soluzione, formando un rivestimento metallico denso. Attualmente, il rivestimento chimico con polvere di diamante più utilizzato è la nichelatura chimica con lega binaria al fosforo (Ni-P), comunemente chiamata nichelatura chimica.

01 Composizione della soluzione di nichelatura chimica

La composizione della soluzione di placcatura chimica ha un'influenza decisiva sul regolare svolgimento, sulla stabilità e sulla qualità del rivestimento della reazione chimica. Di solito contiene un sale principale, un agente riducente, un complessante, un tampone, uno stabilizzante, un accelerante, un tensioattivo e altri componenti. La proporzione di ciascun componente deve essere attentamente regolata per ottenere il miglior effetto di rivestimento.

1, sale principale: solitamente solfato di nichel, cloruro di nichel, acido aminosolforico di nichel, carbonato di nichel, ecc., il suo ruolo principale è quello di fornire una fonte di nichel.

2. Agente riducente: fornisce principalmente idrogeno atomico, riduce il Ni2+ presente nella soluzione di placcatura in Ni e lo deposita sulla superficie delle particelle di diamante, che è il componente più importante nella soluzione di placcatura. Nell'industria, il fosfato secondario di sodio, con forte capacità di riduzione, basso costo e buona stabilità di placcatura, viene principalmente utilizzato come agente riducente. Il sistema di riduzione può ottenere una placcatura chimica sia a bassa che ad alta temperatura.

3, agente complesso: la soluzione di rivestimento può precipitare la precipitazione, migliorare la stabilità della soluzione di rivestimento, prolungare la durata della soluzione di placcatura, migliorare la velocità di deposizione del nichel, migliorare la qualità dello strato di rivestimento, generalmente utilizzare acido succinico, acido citrico, acido lattico e altri acidi organici e i loro sali.

4. Altri componenti: lo stabilizzante può inibire la decomposizione della soluzione di placcatura, ma poiché influirà sul verificarsi della reazione di placcatura chimica, è necessario un uso moderato; il tampone può produrre H + durante la reazione di placcatura chimica al nichel per garantire la stabilità continua del pH; il tensioattivo può ridurre la porosità del rivestimento.

02 Il processo di nichelatura chimica

La placcatura chimica del sistema di ipofosfato di sodio richiede che la matrice abbia una certa attività catalitica, e la superficie del diamante in sé non ha un centro di attività catalitica, quindi deve essere pretrattata prima della placcatura chimica della polvere di diamante. I metodi di pretrattamento tradizionali per la placcatura chimica prevedono la rimozione dell'olio, l'ingrossamento, la sensibilizzazione e l'attivazione.

(1) Rimozione dell'olio, ingrossamento: la rimozione dell'olio serve principalmente a rimuovere olio, macchie e altri inquinanti organici dalla superficie della polvere di diamante, per garantire la perfetta aderenza e le buone prestazioni del rivestimento successivo. L'ingrossamento può formare piccole cavità e crepe sulla superficie del diamante, aumentandone la rugosità superficiale, il che non solo favorisce l'assorbimento di ioni metallici in questa zona, facilitando la successiva placcatura chimica ed elettrodeposizione, ma anche formando gradini sulla superficie del diamante, fornendo condizioni favorevoli per la crescita dello strato di deposizione metallica della placcatura chimica o elettrodeposizione.

Solitamente, la fase di rimozione dell'olio prevede l'utilizzo di NaOH e altre soluzioni alcaline, mentre per la fase di ingrossamento, l'acido nitrico e altre soluzioni acide vengono utilizzate come soluzione chimica grezza per incidere la superficie del diamante. Inoltre, questi due collegamenti devono essere utilizzati con una macchina per la pulizia a ultrasuoni, che contribuisce a migliorare l'efficienza della rimozione dell'olio e dell'ingrossamento della polvere di diamante, risparmiando tempo nel processo di rimozione dell'olio e ingrossamento e garantendo l'efficacia della rimozione dell'olio e dell'ingrossamento.

(2) Sensibilizzazione e attivazione: il processo di sensibilizzazione e attivazione è la fase più critica dell'intero processo di placcatura chimica, ed è direttamente correlato alla sua realizzabilità. La sensibilizzazione consiste nell'adsorbire sostanze facilmente ossidabili sulla superficie della polvere di diamante, che non possiede capacità autocatalitica. L'attivazione consiste nell'adsorbire l'ossidazione dell'acido ipofosforico e di ioni metallici cataliticamente attivi (come il palladio metallico) sulla riduzione delle particelle di nichel, in modo da accelerare la velocità di deposizione del rivestimento sulla superficie della polvere di diamante.

In generale, il tempo di trattamento di sensibilizzazione e attivazione è troppo breve, la formazione della punta di palladio sulla superficie del diamante è inferiore, l'assorbimento del rivestimento è insufficiente, lo strato di rivestimento si stacca facilmente o è difficile formare un rivestimento completo e il tempo di trattamento è troppo lungo, causerà sprechi di punta di palladio, pertanto il momento migliore per il trattamento di sensibilizzazione e attivazione è 20~30 min.

(3) Nichelatura chimica: il processo di nichelatura chimica non è influenzato solo dalla composizione della soluzione di rivestimento, ma anche dalla temperatura della soluzione di rivestimento e dal valore di pH. Nella tradizionale nichelatura chimica ad alta temperatura, la temperatura generale sarà di 80~85 ℃, oltre 85 ℃ può facilmente causare la decomposizione della soluzione di placcatura e a temperature inferiori a 85 ℃, maggiore è la velocità di reazione. In base al valore di pH, all'aumentare del pH aumenta la velocità di deposizione del rivestimento, ma il pH causa anche la formazione di sedimenti di sali di nichel che inibiscono la velocità di reazione chimica, quindi nel processo di nichelatura chimica ottimizzando la composizione e il rapporto della soluzione di placcatura chimica, le condizioni del processo di placcatura chimica, controllano la velocità di deposizione del rivestimento chimico, la densità del rivestimento, la resistenza alla corrosione del rivestimento, il metodo di densità del rivestimento, il rivestimento in polvere di diamante per soddisfare la domanda di sviluppo industriale.

Inoltre, un singolo rivestimento potrebbe non raggiungere lo spessore ideale e potrebbero verificarsi bolle, fori e altri difetti; pertanto, è possibile eseguire più rivestimenti per migliorare la qualità del rivestimento e aumentare la dispersione della polvere di diamante rivestita.

2. nichelatura elettrolitica

A causa della presenza di fosforo nello strato di rivestimento dopo la nichelatura chimica del diamante, si verifica una scarsa conduttività elettrica, che influisce sul processo di caricamento della sabbia dell'utensile diamantato (il processo di fissaggio delle particelle di diamante sulla superficie della matrice). Pertanto, lo strato di placcatura senza fosforo può essere utilizzato per la nichelatura. L'operazione specifica consiste nell'immergere la polvere di diamante nella soluzione di rivestimento contenente ioni di nichel; le particelle di diamante, a contatto con l'elettrodo negativo di potenza, entrano nel catodo; il blocco metallico di nichel viene immerso nella soluzione di placcatura e collegato all'elettrodo positivo di potenza per diventare l'anodo. Attraverso l'azione elettrolitica, gli ioni di nichel liberi nella soluzione di rivestimento vengono ridotti in atomi sulla superficie del diamante, che a loro volta si moltiplicano nel rivestimento.

01 Composizione della soluzione di placcatura

Come la soluzione di placcatura chimica, la soluzione galvanica fornisce principalmente gli ioni metallici necessari per il processo di galvanica e controlla il processo di deposizione del nichel per ottenere il rivestimento metallico desiderato. I suoi componenti principali includono sale principale, agente attivo anodico, agente tampone, additivi e così via.

(1) Sale principale: principalmente utilizzando solfato di nichel, amminosolfonato di nichel, ecc. Generalmente, maggiore è la concentrazione del sale principale, più rapida è la diffusione nella soluzione di placcatura, maggiore è l'efficienza della corrente, la velocità di deposizione del metallo, ma i grani del rivestimento diventeranno grossolani e la diminuzione della concentrazione del sale principale, peggiore conduttività del rivestimento e difficile da controllare.

(2) Agente attivo dell'anodo: poiché l'anodo è facile da passivare, facile da scarsa conduttività, che influisce sull'uniformità della distribuzione della corrente, quindi è necessario aggiungere cloruro di nichel, cloruro di sodio e altri agenti come attivatore anodico per promuovere l'attivazione dell'anodo, migliorare la densità di corrente della passivazione dell'anodo.

(3) Agente tampone: come la soluzione di galvanica chimica, l'agente tampone può mantenere la stabilità relativa della soluzione di galvanica e del pH del catodo, consentendone la fluttuazione entro l'intervallo consentito dal processo di galvanica. Gli agenti tampone più comuni includono acido borico, acido acetico, bicarbonato di sodio e così via.

(4) Altri additivi: in base ai requisiti del rivestimento, aggiungere una giusta quantità di agente lucidante, agente livellante, agente bagnante e agente vario e altri additivi per migliorare la qualità del rivestimento.

02 Flusso di nichel elettrodeposto al diamante

1. Pretrattamento prima della placcatura: il diamante spesso non è conduttivo e deve essere placcato con uno strato di metallo tramite altri processi di rivestimento. Il metodo di placcatura chimica viene spesso utilizzato per pre-placcare uno strato di metallo e addensarlo, quindi la qualità del rivestimento chimico influirà in una certa misura sulla qualità dello strato di placcatura. In generale, il contenuto di fosforo nel rivestimento dopo la placcatura chimica ha un impatto significativo sulla qualità del rivestimento stesso. Un rivestimento ad alto contenuto di fosforo presenta una resistenza alla corrosione relativamente migliore in ambienti acidi, la superficie del rivestimento presenta una maggiore convessità, un'elevata rugosità superficiale e nessuna proprietà magnetica; un rivestimento a medio contenuto di fosforo presenta sia resistenza alla corrosione che all'usura; un rivestimento a basso contenuto di fosforo presenta una conduttività relativamente migliore.

Inoltre, più piccole sono le dimensioni delle particelle di polvere di diamante, maggiore è la superficie specifica, durante il rivestimento, la polvere di diamante galleggia facilmente nella soluzione di placcatura, ciò causerà perdite, placcatura e fenomeni di strato allentato del rivestimento. Prima della placcatura, è necessario controllare il contenuto di P e la qualità del rivestimento, per controllare la conduttività e la densità della polvere di diamante per migliorare la facilità di galleggiamento della polvere.

2. Nichelatura: attualmente, la placcatura con polvere di diamante adotta spesso il metodo di rivestimento a rotazione, ovvero si aggiunge la giusta quantità di soluzione galvanica all'interno del contenitore, si aggiunge una certa quantità di polvere di diamante artificiale e, attraverso la rotazione del contenitore, si fa rotolare la polvere di diamante. Allo stesso tempo, l'elettrodo positivo è collegato al blocco di nichel e l'elettrodo negativo è collegato alla polvere di diamante artificiale. Sotto l'azione del campo elettrico, gli ioni di nichel liberi nella soluzione di placcatura formano nichel metallico sulla superficie della polvere di diamante artificiale. Tuttavia, questo metodo presenta i problemi di bassa efficienza di rivestimento e disomogeneità, motivo per cui è stato introdotto il metodo dell'elettrodo rotante.

Il metodo dell'elettrodo rotante consiste nel ruotare il catodo nella placcatura con polvere di diamante. In questo modo è possibile aumentare l'area di contatto tra l'elettrodo e le particelle di diamante, aumentare la conduttività uniforme tra le particelle, migliorare la distribuzione irregolare del rivestimento e migliorare l'efficienza produttiva della placcatura con nichel diamantato.

breve riassunto

Essendo la principale materia prima degli utensili diamantati, la modifica superficiale della micropolvere di diamante è un mezzo importante per migliorare la forza di controllo della matrice e prolungare la durata degli utensili. Per migliorare la velocità di carico della sabbia negli utensili diamantati, è solitamente possibile depositare uno strato di nichel e fosforo sulla superficie della micropolvere di diamante per ottenere una certa conduttività, per poi ispessire lo strato di placcatura mediante nichelatura e migliorarne la conduttività. Tuttavia, è importante notare che la superficie del diamante in sé non ha un centro attivo catalitico, quindi deve essere pretrattata prima della placcatura chimica.

documentazione di riferimento:

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Yang Biao, Yang Jun e Yuan Guangsheng. Studio sul processo di pretrattamento del rivestimento superficiale diamantato [J]. Standardizzazione spaziale.

Li Jinghua. Ricerca sulla modifica superficiale e l'applicazione di micropolvere di diamante artificiale utilizzata per la sega a filo [D]. Istituto di Tecnologia di Zhongyuan.

Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei et al. Processo di nichelatura chimica della superficie di diamante artificiale [J]. Journal of IOL.

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