关于电镀金刚石工具的制造工艺你了解多少？
电镀金刚石工具结合力强、磨削效率高、形状误差小且容易保持,但工作层较薄,使用寿命较低,主要用于玻璃、陶瓷、石材、贝壳、珠宝玉器、半导体材料以及硬质合金的磨削、磨边、套料、打孔、雕刻、修磨等。
金刚石复合镀层是用电镀的方法将金刚石共沉积在金属镀层中,金刚石不参与任何化学反应。这种复合镀层的组合形式有:金刚石/Ni、金刚石/Ni2Co、金刚石/Ni2Co2Mn等。当金属离子不断在阴极表面析出时,微粒逐步进入阴极表面,继而被沉积的金属所埋入,经过上砂、增厚等步骤,最终将金刚石固定在基体上,并形成具有锋利工作面的复合镀层,成为电镀金刚石工具。其普遍采用Ni2Co或Ni2Co2Mn合金镀层。&
& 1、金刚石复合镀层的结构及作用
金刚石复合镀层组成为空镀层/上砂镀层/增厚镀
层/亮镍镀层(称单层电镀金刚石复合层),或空镀层/上砂镀层/增厚镀层/上砂镀层/增厚镀层/亮镍镀层(称双层电镀金刚石复合层)。一般粒度粗的金刚石进行单层电镀,粒度细的金刚石进行双层电镀,主要根据用户要求而定。
1.1 空镀层
工件经前处理后,电镀的一层薄薄的金属镍(1～3μm)称空镀层,可使镀层与基体充分接触,以增强结合力。如果省去空镀层,则基体上有一部分表面与磨料接触,这就减小了镀层与基体的接触,导致镀层与基体结合强度下降。
1.2 上砂镀层
它使紧挨着基体表面的一层磨粒初步把持在基体上,以便随后进行大电流厚镀。上砂镀层厚度一般在几至几十微米范围内,且要求其均匀且不能发黑(特别是工件R处)。
1.3 增厚镀层
增厚镀层是复合镀层的主体,起固结磨粒的作用,其厚度占镀层总厚度的8%左右。它将磨粒埋入镀层的2/3高度,埋入率为50%～70%左右。磨粒还有一部分在镀层外面,外露部分的尺寸相当于平均粒径的1/3左右。各种电镀金刚石工具的磨粒埋入率不尽相同,如手工用的指甲锉为50%左右,磨头、牙钻、砂轮等在70%以上。
1.4 光亮镀层
对于大多数电镀金刚石工具来说,其外表面闪镀一 层薄亮镍,对非电镀面起到装饰与防护作用。镀层宜
薄,否则会使金刚石包裹过度而影响工具磨削能力。
& 2、工艺规范与流程
2.1 电镀工艺规范
按电解液作用可将其分为空镀液、上砂液和增厚 液,但实际工作中,一般将空镀液和上砂液混用(简称上砂液),增厚液单独使用。
以上配方适用于制备用来加工玻璃的金钢石工具。
2.2 工艺流程及各工序规范
除油(3%金属清洗剂、 40～50℃、浸泡擦洗)→水洗→除油除锈(稀盐酸
适量表面活性剂、常温、10min)→水洗→化学除油(3%脱脂剂、40～50℃、10～20min)→水洗→热风吹干→焊导线(非装夹工件)→电解除油(3%脱脂剂、50～60℃、3~10A/dm2、阴极除油3min后阳极再进行除油1min)→水洗→热风吹干→绝缘(涂PVC涂料2～3遍,每层薄而均匀,每次干透后再涂,也可包扎塑料带,但工件装夹的部分应避免绝缘的非镀面被遮挡亦免绝缘)→装夹(适用装夹工件)→强腐蚀(w(HCl)为30%的盐酸溶液、常温、3～15min)→水洗→
阳极腐蚀(w(H2SO4)=27%的硫酸溶液、 16～24A/dm2、常温、015～1min,适用非装夹工件)→空镀(上砂液、018
～1A/dm2 、40～44℃、0、5～1h)→将工件提出槽液面目视检查→上砂(同槽012～016A/dm2、40～44℃、0125～
1h)→清砂(将工件提出液面,用纯净水洗瓶喷淋)砂子
洗入砂盘内)→检查出槽→增厚(增厚液,J=014～1A/dm2、40～44℃、115h至十几个小时)→检查(将工件提出液面经清洗后检查)→出槽→重复上砂和增厚(适用2次上砂工件)→水洗→卸装→水洗→热风吹干→清洁(除导线、绝缘物以及焊疤)→质检(清除个别镍瘤和粗粒,不合格品退镀)→打标记(厂名、日期、砂型)→除氢
(200℃、6h,但是否除氢视实际需要而定,多数不除氢)→水洗→纯水洗→闪亮镍(金刚石镀面为特别突出部位,尽量保护不镀)→回收→水洗→热水洗→热风吹干→包装。
& 3、主要工序说明
(1)工件带电入槽,避免产生双性电极现象。
(2)工件下槽片刻后,用10mm宽的画笔蘸取镀液,
反复擦洗工件表面,进一步清洁表面,及时消除不洁处。工件一次空停时间不宜过长,需要时将工件重新放入镀液中镀几分钟后再取出继续处理。&
(3)电流密度不宜过大,否则镀层结晶不规则,与基体结合不牢,使用过程中易脱落。尤其是受镀面积很小的工件,需精确微调电流。使用冲击电流可提高镀液覆盖能力,但要防止镀层烧焦。
(1)上砂形式分落砂法和埋砂法。前者适用平面件 和滚动件(平行磨轮和圆弧磨轮组合后也可进行滚动上
砂),1次完成1个面上砂,所需要的砂量少,砂层薄,上砂效率较高,适宜大批量生产;后者适用多个型面的工件上砂,1次可完成不同方向多个表面的上砂,但砂层厚,妨碍电解液中的传质和导电过程,上砂效率较低,同时所需要的砂量多,所以埋砂层以薄为宜,切勿推积过厚,否则氢气易逸出,且要保证上砂均匀。&
(2)掌握上砂电流密度,电流需稳定,切勿过大,避免施镀时冒泡而引起镀层烧焦。&
(3)平面工件上砂要设置辅助阳极,即于液面上方悬挂阳极(阴阳极面积比=1∶1),对应工件平面,而槽四周阳极可不接电。&
(4)需要双面上砂的工件,待一面上砂完毕后施镀15～20min,初步固定砂子,再翻面上砂。&
(5)埋砂时要定时转换工件上砂方向。如挂件或单片上砂时,上砂30min后,使其左右或上下换位,保证工件各部位上砂均匀,同时对于具有特殊型面的工件,如1/4R磨轮呈锥形,有大小2个端面,小端面上砂困难,为此,开始上砂时,需要倒置上砂(大端面朝上),使小端面的R处优先沉积砂,30min后工件顺置继续上砂(小端面朝上),使整个R表面上砂均匀。
(6)工件上砂完毕后,出槽检验是否合格,不合格品(有砂子堆积、镍瘤、漏砂等缺陷)及时返工,其中漏砂处(或砂层过薄)可重新补砂。
从表1可以看出,上砂电流密度和时间与金刚石粒度有密切关系,金刚石粒度越大,所需电流密度越小,时间越短。
(1)工件带电入槽,起始电流小于规范值(利于固定 砂子),逐步将电流升至规范值(30min左右)。&
(2)增厚过程中有的工件也需要转位(增厚到一半时间左右开始)。&
(3)平面件增厚时设辅助阳极。&
(4)需要转槽增厚时,一定要注意细砂件可放在粗砂槽中增厚,但粗砂件不能放到细砂槽中增厚。&
(5)每次增厚都要将磨粒将近埋住,使镀层厚度与磨粒尺寸接近为止。要注意防止每层加厚镀层超过磨粒尺寸,否则各层之间将形成一个不含磨料的金属镀层,在使用工具过程中,当这个单纯金属镀层接触被加工工件时,起不到磨料磨削作用,将造成磨削堵塞现象。&
(6)为防止电力线的尖端效应导致工件尖端、凸出部位增厚过度(镀层发白光亮,磨粒被包裹过度),当增厚到一定时间后,勤观察尖端、凸出部位的增厚程度,及时对这些部位采取保护措施(套上塑胶保护圈)。&
(7)质检时要求砂子色裹牢固和包裹率合适,不允许增厚镀层严重发白或发绿,发白表示镀层增厚过度应返工,发绿则表明镀层增厚不足应继续增厚。不同金刚石粒度下的增厚时间列于表2。增厚与金刚石闰度也有密切关系,增厚时间随金刚石粒度的增大而减少。
& 4、槽液调整与维护及金刚石净化方法
4.1 槽液调整
由于电镀金刚石的液槽容积较小(几升至几十升),且是连续工作,所以成分消耗较快,污染较严重。每班都要补充槽液至水位,控制波美度,调节pH值,有条件应定期分析。
实际工作中,镍离子的消耗量与阳极溶解量基本能达到平衡,浓度波动不大,Cl-离子和硼酸含量也较稳定,平常补充少,唯有增硬剂、增光剂及增润剂应随槽液的使用适量补充,基本上能使电解液保持在较佳工作状态。
4.2 槽液维护
4.2.1优化厚料与水质&
(1)用于配制电解液和前处理液(酸类)的大部份药品选用化学纯。我们试用进口工业级硫酸镍和国产工业级硫酸钴(使用前作适当净化处理),结果表明其质量可行,降低了成本。&
(2)配槽液和补充用水都必须用纯净水(包括清洗工件用水)。&
(3)新使用的金刚石和回收的金刚石(生产用砂和退镀砂)都要进行除油、除杂处理,保证它们的纯度和清洁度。&
(4)选用纯度高的电解镍(镍含量&9918%)作阳极、钛丝作阳极导电线,防止有害杂质溶入镀液。
4.2.2净化槽液&
槽液污染源来自增光剂***产物(阳极袋吸附的***物和过滤电解液呈黄泥状的沉渣和机械杂质(镍瘤和尘埃)。净化周期为1次/10天,净化方法:
过滤电解液(滤纸过滤,回收金刚石)→氧化处理(3mL/L,w(H2O2)=30%的双氧水,搅拌30min,升温60～70℃,保温1h)→吸附(3g/L粉末活性炭,搅拌30min,静置4h以上)→过
滤(过滤纸)→电解处理(小电流,楞形阴极,电解48h)→调整镀液→赫尔槽试验(检测镀液性能和镀层质量)。
为了生产和净化两不误,配制备用液。
4.2.3严格控制操作条件&
工件前处理时需清洗干净;防止金刚石串槽,上砂用具用时必须清洗干净;槽液不工作时应加盖。
4.3 金刚石净化方法
(1)新金刚石净化处理:
煮酸(将新使用的金刚石放 入烧杯中,倒入化学纯硝酸浸没,煮沸30min→冷却(废
弃酸液)→冲洗干净→煮碱(碱液中NaOH、金刚石、水的体积比为1:少量,将其煮沸30min)→冲洗(洗至金刚石呈中性)→纯水漂洗→储存备用(浸泡镀液中)。&
(2)用过的金刚石活化处理:
回收清理(将回用的金刚石进行干燥和过筛→煮酸(将金刚石浸泡在硝酸中→昼夜,待不冒黄烟,表明净化完毕,废弃酸液)→水洗→煮碱(同前)→水洗→纯水洗→储存备用。
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金刚石与石墨混合在一起,组成的物质是单质还是混合物?甲生:是单质。因为金刚石是碳的单质,石墨也是碳的单质,它们混合在一起,仍只含一种元素,所以仍是单质。诊断: 乙生:是混合物。金刚石和石墨都是碳的单质,但它们是两种不同的物质，所以它们混合在一起不是单质而是混合物。诊断：
题型：问答题难度：偏易来源：不详
错误正确金刚石和石墨都是碳的单质,但它们是两种不同的物质，所以它们混合在一起不是单质而是混合物。点评：由同种元素组成的单质叫同素异形体，他们是不同的单质，其化学性质相同，结构不同决定了物理性质差别很大，金刚石和石墨混合是混合物。
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据魔方格专家权威分析，试题“金刚石与石墨混合在一起,组成的物质是单质还是混合物?甲生:是单..”主要考查你对&&活性炭和木炭的结构和用途，S，Fe，C，P等物质在氧气中的燃烧，木炭还原氧化铁，金刚石、石墨、C60的结构和用途，碳的性质&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
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活性炭和木炭的结构和用途S，Fe，C，P等物质在氧气中的燃烧木炭还原氧化铁金刚石、石墨、C60的结构和用途碳的性质
定义：木炭、活性炭、炭黑、焦炭是由石墨的微小晶体和少址杂质构成的，均属混合物。没有固定的几何外形，所以称为无定形碳。 无定形碳的物理性质、主要用途及制法
木炭、活性炭的吸附作用：&&&& 木炭、活性炭因具有疏松多孔的结构，表面积很大，所以吸附能力很强，吸附时被吸附物(有色液体、有毒气体等)吸附在其表面(细孔管道内)，这个过程是物理变化。木炭、活性炭的吸附性属于物理性质。活性炭是木炭经过水蒸气高温处理得到的，它具有很大的表面积，因此活性炭的吸附能力比木炭强。 氧化的化学性质很活泼，很多物质都能与氧气发生化学反应。部分物质在空气中和氧气中反应的对比：a)碳和氧气反应 方程式：C + O2CO2 现象：剧烈燃烧，发白光，放热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体 b)硫和氧气反应 方程式：S + O2SO2 现象：发出明亮的蓝紫色火焰，放热，生成有刺激性气味的气体 注意：实验前应在瓶底放少量水，用来吸收生成的有毒气体。c)红磷和氧气反应： 方程式：4P + 5O22P2O5 现象：发出耀眼的白光，放热，生成大量白烟 生成的P2O5是固体小颗粒，现象为白烟，不是白雾。d)铁和氧气的反应： 方程式：3Fe + 2O2Fe3O4 现象：剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色物质 注意：集气瓶底放一层细沙或少量水。 e)镁和氧气反应： 方程式：2Mg + O22MgO 现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成白色粉末状固体，有白烟。注意：不能手持镁条，应用坩埚钳夹持。 f)石蜡和氧气反应 文字表达式：石蜡+氧气水+二氧化碳 现象：剧烈燃烧，放出热量，发出白光，如果在火焰上方罩一个干冷烧杯，烧杯内壁有水珠，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。 烟和雾的区别：a)烟：大量固体小颗粒分散在空气长产生烟。红磷燃烧产生大量白烟，是燃烧生成的固体P2O5分散在空气中形成的b)雾：大量小液滴分散在气体中产生雾。打开盛浓盐酸的瓶塞，瓶口有白雾，是挥发的HCl气体遇到空气中的水蒸气形成了盐酸小液滴。a)光：固体物质燃烧使发光。镁条燃烧发出耀眼的强光，木炭在氧气中燃烧产生白光b)气体物质和容易气化的物质燃烧时产生火焰。蜡烛在氧气中燃烧产生白色的火焰，是石蜡熔化后生成的气体燃烧而产生的。描述物质在氧气中燃烧的现象的技巧：可按三个顺序从三个方面进行：（1）剧烈燃烧，有什么颜色的光，火焰；（2）放热；（3）生成物的特性氧化铁自身具有氧化性，我们可以用碳来还原氧化铁。灼热的氧化铁可以和氢气（H2）、碳（C）、一氧化碳（CO）等具有还原性物质反应，生成铁+X（氧化物）。 木炭还原氧化铁实验：1.原理：3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ 2.装置：3.现象：①红色粉末变成黑色；②澄清石灰水变浑浊 4.步骤：①装药品；②固定试管，连接装置；③加热；④撤出导管；⑤熄灭酒精灯 5.注意：①要先撤导管再扯酒精灯，防止水倒吸。 ②要充分加热木炭和氧化铁粉末，除去其中水分。 ③研磨混合要充分。 ④加热温度要足够，最好使用酒精喷灯或煤气灯 金刚石：&&& 金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。石墨：&&& 石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。C60：&& C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。（C60这种物质是由C60分子组成的，而不是由原子构成的。） C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。其相对分子质量约为720。金刚石，石墨，碳60性质及用途比较
纯净无色透明，正八面体形状的晶体
深灰色，有金属光泽，不透明的细鳞片状的固体，质软，有滑腻感&
分子型似足球状，有金属光泽，其微晶粉末呈***
几乎不导电
几乎不导电
天然存在的最硬物质&
钻头，刻刀，装饰品&
电极，铅笔芯，润滑剂
制备新材料，新配件，医学应用
区别与联系
金刚石、石墨,C60,，的物理性质有很大差异，原因是这些单质中碳原子的排列方式不同，但由于它们都是由碳元素组成的单质，故化学性质相同。金刚石与石墨通过化学反应可以相互转变。人造金刚石：&&&& 20世纪80年代，人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料--硅的导热性不好，这成为进一步提高芯片性能的难题。而金刚石在导热性方而远远超过硅(甚至超过铜和银)，于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。碳纤维：&&&& 碳纤维是一种纤维状碳材料，它是将有机纤维与塑料树脂结合在一起，放在惰性气氛中，在一定压强下加强热、炭化而成的。碳纤维是一种强度比钢大，密度比铝小，比不锈钢还耐腐蚀，比耐热钢还耐高温，又能如铜那样导电，具有电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料，可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机，不仅轻巧，而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的贮存量和运算速率。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节省大量的燃料。总之，用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等，在化工、机电、造船，特别是飞机制造、宇航器材等领域中有广泛的应用。 概述：&&&& 碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成，从“炭”字音。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物----有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。碳的存在形式：&&&& 碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同，各有各的外观、密度、熔点等。碳的化学性质：1.稳定性：在常温下碳的化学性质稳定，点燃或高温的条件下能发生化学反应2.可燃性：氧气充足的条件下：C+O2CO2 氧气不充分的条件下：2C+O22CO 3.还原性：木炭还原氧化铜：C+2CuO2Cu+CO2↑ 焦炭还原氧化铁：3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ 焦炭还原四氧化三铁：2C+Fe3O43Fe+2CO2↑ 木炭与二氧化碳的反应：C+CO2CO 碳”与“炭”的区别：“碳”是一种核电荷数为6的非金属元素，而“炭” 一般是指由石墨的微小晶体和少量杂质组成的混合物，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。在说明碳元素时，用“碳”表示，如碳单质、二氧化碳、碳酸等；在说明含石墨的无定形碳时，用“炭”表示，如木炭、焦炭等。 碳燃烧生成物的判断：氧气量充足时，碳充分燃烧：C+O2CO2 氧气量不充足时，碳不充分燃烧：2C+O22CO mg碳与ng氧气反应：① 时，生成物只有CO，且O2有剩余；②时，恰好完全反应生成CO2； ③时，生成物既有CO2，也有CO；④ 时，恰好完全反应生成CO； ⑤时，生成物只有CO，且C有剩余。 碳单质及其化合物间的转化：（1）C+2CuO2Cu+CO2↑ （2）C+O2CO2（3）3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ （4）2C+O22CO （5）CO2 + H2O===H2CO3（6）H2CO3==CO2 + H2O（7）2CO + O22CO2 （8）C+CO22CO（9）3CO + Fe2O32Fe + 3CO2 （10）CO+ 2CuO2Cu + CO2 （11）Ca(OH)2 + CO2====CaCO3↓+ H2O （12）CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O（13）CaCO3CaO+CO2 （14）CaO+H2O==Ca（OH）2（15）C2H5OH+3O22CO2+3H2O（16）CH4+O2CO2+2H2O
发现相似题
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