专利名称：采用表面活化处理技术制作电镀立方氮化硼工具的方法
技术领域：
本发明涉及立方氮化硼(CBN)工具的制备方法，特别涉及一种采用表面活化处理技术制作电镀立方氮化硼工具的方法。
背景技术：
电镀CBN工具是指通过金属电沉积的方法，将CBN固结在具有特定形状的工具基体上而制成的一类CBN工具。电镀CBN工具广泛的应用于黑色金属加工领域，该领域要求电镀CBN工具有较高的加工效率和尽可能长的使用寿命。对于电镀CBN工具，目前多采用镍或镍钴合金作为镀层金属，主要起支撑和结合剂的作用，切削作用靠CBN磨粒来完成。因此，镀层金属和磨粒的结合力必须良好，避免CBN磨粒的过早脱落，使电镀CBN工具失去切削能力。
现有的电镀CBN工具制造技术，主要包括CBN的预处理，工具基体的预处理，镀层与CBN颗粒的电镀等工艺。目前，CBN的预处理只经过净化、粗化处理。现有的CBN预处理工艺为磁选—酸溶液煮—水洗至中性—镀液浸泡由于CBN与一般金属或合金之间有很高的界面能，致使CBN的表面不能在室温下被一般金属浸润。所以，应用现有的CBN预处理工艺制造的电镀工具，其CBN磨粒仅被机械的镶嵌于镀层中，它与镀层金属之间，既没有化学类型结合，也没有焊接作用。CBN颗粒在工作中受到切削力作用时，就容易在镀层中出现松动，旋转，直至脱落，这就会大大降低CBN工具的使用寿命。据统计，占CBN工具大部分的孕镶工具中，CBN的利用率仅为60％～70％，大量昂贵的CBN在加工过程中脱落，流失于废屑之中。
尽管目前的CBN镀覆技术，可以实现CBN表面的金属化，如CBN镀钛、CBN镀镍等，但镀覆的CBN多用于烧结类工具的制造，不能应用于电镀制品中，因为，镀覆的CBN表面金属化，导电良好，如果进行CBN工具的电镀，在埋砂过程中，镀覆的CBN与钢机体和镀层共同构成阴极，则会出现众多CBN颗粒相互粘结在一起、成块的现象，无法制备出合格的电镀CBN工具。
发明内容
本发明采用了活化处理的CBN磨粒制备电镀工具，在CBN的预处理过程中加入活化处理工序，使CBN表面形成分散的钯质点，这样制作出的电镀工具可以有效的增强CBN与金属镀层之间的结合力，提高电镀CBN工具的加工效率和使用寿命。
具体技术方案如下本发明采用表面活化处理技术制作电镀立方氮化硼工具的方法，包括立方氮化硼的预处理，工具基体的预处理和电镀液的配制及CBN工具的电镀，其特征是将粗化后的CBN进行敏化和活化处理，CBN的敏化处理，是采用组分为SnCl2·2H2O20-40g/L
浓度为1.19g/L HCl 40-60mL/L锡粒0.3-1.0g/L的敏化液，CBN在20-30℃条件下浸泡于敏化液中并搅拌5-10分钟，用蒸馏水清洗敏化后的CBN颗粒，然后，在20-30℃条件下，再将CBN浸泡于组分为PdCl20.2-0.5g/L浓度为1.19g/L HCl4-10mL/L的活化液中，搅拌0.5-1分钟，用蒸馏水清洗活化后的CBN颗粒，得到表面沉积有分散钯质点的CBN；最后，将CBN浸泡在电镀液中，用于上砂电镀。
本发明的CBN的磁选颗粒粒度号范围40/45～230/270。
所述的上砂电镀是把CBN颗粒置于预镀过的工具基体表面上或它的周围，将工具基体的预镀部位埋入CBN颗粒中，当金属离子电沉积时，镀层开始把持住紧靠工具基体表面的一层CBN颗粒，将CBN初步固结在底镀层上，采用上砂电流密度为0.5A/dm2～0.8A/dm2，上砂时间60min～4h。
本发明在上砂电镀后，采用卸砂—加厚镀过程，对已经上好砂的镀件，在卸砂之后进行加厚电镀，电流密度1.5A/dm2，加厚镀时间为3-12h。
下面再具体的对本发明做进一步的详细描述制造CBN电镀工具包括CBN的预处理，工具基体的预处理和电镀液的配制及电镀工艺的实施。所述的预处理过程包括磁选—净化、粗化—敏化—活化。
所述的工具基体预处理过程包括工具基体修磨—除油—浸蚀—连接导线—绝缘处理—装夹具—除油—弱浸蚀。所述的镍钴合金电镀液主要由NiSO4·7H2OCoSO4·7H2ONiCl2·6H2OH3BO4C12H25SO4NaC6H4COSO2NH组成。电镀工艺为镀底层—上砂镀—加厚镀—清洗，最后，将CBN浸泡在电镀液中，用于上砂电镀。
本试验的优点在于，在CBN颗粒预处理工艺过程中，CBN采用表面活性化处理技术，提高了CBN颗粒的表面活性化状态，在CBN表面形成分散的钯质点如图1所示，从而形成镀层与CBN颗粒之间的化学型结合，提高电镀CBN工具中镀层金属与CBN颗粒间的结合力，如图2所示。采用活化处理的CBN制作电镀CBN工具时，当电镀层与钯质点接触时，钯质点与钢基体和镀层一起构成了阴极，在钯质点表面产生镍或镍钴的电沉积，镍或镍钴与钯经电结晶形成金属键连接。而未与钢基体和镀层接触的钯质点，构不成阴极，不参与电结晶过程，因此，上砂过程中的CBN颗粒不会相互粘结，成块。应用采用表面活化处理技术制造的电镀CBN工具，可以增加镀层与CBN的结合力，与未活化CBN制作的电镀工具相比，磨削比大大增加，如图3所示，显著提高电镀CBN工具的使用寿命，如图4所示，可节省大量昂贵的CBN，而且节约电力能源等消耗，又显著的社会和经济效益。
图1活化处理后的CBN表面沉积钯质点的示意图。图中1为CBN，2为钯质点。
图2钯质点的CBN与镀层的结合示意图。图中1为CBN，2为钯质点，3为镀层，4为工具基体。
图3分别采用活化处理的CBN和未经活化处理的CBN制造的电镀CBN磨头的磨削比的对比图。
图4分别采用活化处理的CBN和未经活化处理的CBN制造的电镀CBN磨头的耐用度的对比图。
图5用未活化处理CBN颗粒制备的电镀CBN工具的电子显微镜照片。
图6用活化处理后的从颗粒制备的电镀CBN工具的电子显微镜照片。
具体实施例方式
实施例1(1)CBN的预处理工艺a)磁选处理用磁铁除去磁感较大的CBN颗粒，CBN颗粒的粒度号范围40/45～230/270。
b)净化、粗化处理将20gCBN颗粒浸泡于300mL 10％HCl溶液中，在不断搅拌下煮沸30min，冷却后用蒸馏水冲洗至中性。
c)敏化处理将6g的SnCl2·2H2O溶于20mL浓度为1.19g/L的盐酸中，全部融解后加蒸馏水稀释至500mL，并在敏化液中加入0.5g锡粒，备用。在25℃条件下，将净化、粗化处理后的CBN浸入100mL敏化液中搅拌2min，然后用蒸馏水清洗敏化后的CBN颗粒。
d)活化处理将0.1g PdCl2溶于1-2mL浓度为1.19g/L的盐酸中，全部融解后加蒸馏水稀释至500mL，备用。在25℃条件下，将敏化后的CBN放入100mL活化液中，搅拌1min，用蒸馏水重复冲洗活化后的CBN颗粒。
e)将活化的CBN颗粒浸泡在与电镀液配方一致的100mL电镀溶液中。
(2)工具基体的预处理所制作的工具基体材料为35钢，CBN粒度号为120/140，其粒径范围0.125mm～0.106mm，采用镍钴合金电镀液配方。
工具基体的预处理工艺流程如下基体修磨—除油(金属清洗剂，50℃)—清水冲洗—连接导线—局部绝缘处理—装夹具—清水冲洗—蒸馏水洗—浸蚀(40％HCl，20-30℃)—蒸馏水洗—除油(电化学除油，碱液70℃，电流密度5A/dm2，1.5min)—蒸馏水洗—弱浸蚀(10％HCl，50℃，0.5min)。
(3)电镀工艺条件a)镀液的配方及工艺条件
NiSO4·7H2O250g/LCoSO4·7H2O10g/LNiCl2·6H2O15g/LH3BO435g/LC12H25SO4NaC6H4COSO2NH 0.10g/LPH值 4.4-4.6温度 42℃b)镀底层工具基体经过表面预处理的最后一道工序(弱浸蚀)之后，带电入镀槽，电流密度为1.0A/dm2，时间20min，在基体表面上电镀除一层薄金属镀层。
c)埋砂法上砂根据夹具的形状与布置，用吸管或小勺把CBN颗粒置于预镀过的工具基体表面上或它的周围，将工具基体的预镀部位埋入CBN颗粒中。当金属离子电沉积时，镀层开始把持住紧靠工具基体表面的一层CBN颗粒，将CBN初步固结在底镀层上。对于粒度120/140的CBN颗粒，采用上砂电流密度为0.8A/dm2，上砂时间60min。
d)卸砂除去没有与工具基体固结的其它CBN颗粒。
e)加厚镀对已经上好砂的镀件，在卸砂之后进行加厚电镀。对于粒度120/140的CBN颗粒，电流密度1.5A/dm2，加厚时间为3-4h，使CBN颗粒备镀层的埋入深度占CBN粒径的2/3。对于含多层磨料的电镀CBN工具，可重复上砂—卸砂—加厚镀过程。
f)用净水清洗，100～200℃烘干。
(4)电子扫描显微镜观察电镀效果与未活化CBN制作的刀具扫描照片图5相比，中间部分为CBN颗粒，周围为金属镀层，应用本方法制作的电镀工具，在CBN颗粒与镀层的结合上明显得到了加强，如图6所示，图中右下部分为CBN颗粒，其余部分为金属镀层。
实施例2与实施例1基本相同，所不同的是是采用组分为SnCl2·2H2O20g/L浓度为1.19g/L HCl 40mL/L锡粒 0.3g/L的敏化液，CBN在20℃条件下浸泡于敏化液中并搅拌5分钟，用蒸馏水清洗敏化后的CBN颗粒，然后，在20℃条件下，再将CBN浸泡于组分为PdCl20.2g/L浓度为1.19g/L HCl 4-/L的活化液中，搅拌0.5分钟，用蒸馏水清洗活化后的CBN颗粒，得到表面沉积有分散钯质点的CBN
最后，将CBN浸泡在电镀液中，用于上砂电镀。
实施例3与实施例1基本相同，所不同的是SnCl2·2H2O40g/L浓度为1.19g/L HCl 60mL/L锡粒 1.0g/L的敏化液，CBN在30℃条件下浸泡于敏化液中并搅拌10分钟，用蒸馏水清洗敏化后的CBN颗粒，然后，在30℃条件下，再将CBN浸泡于组分为PdCl20.5g/L浓度为1.19g/L HCl 10mL/L的活化液中，搅拌1分钟，用蒸馏水清洗活化后的CBN颗粒，得到表面沉积有分散钯质点的CBN。
最后，将CBN浸泡在电镀液中，用于上砂电镀。
权利要求
1.一种采用表面活化处理技术制作电镀立方氮化硼工具的方法，包括立方氮化硼(以下用CBN表示)的预处理，工具基体的预处理和电镀液的配制及CBN工具的电镀，其特征是将粗化后的CBN进行敏化和活化处理，CBN的敏化处理，是采用组分为SnCl2·2H2O 20-40g/L浓度为1.19g/L HCl 40-60mL/L锡粒0.3-1.0g/L的敏化液，CBN在20-30℃条件下浸泡于敏化液中并搅拌5-10分钟，用蒸馏水清洗敏化后的CBN颗粒，然后，在20-30℃条件下，再将CBN浸泡于组分为PdCl20.2-0.5g/L浓度为1.19g/L HCl 4-10mL/L的活化液中，搅拌0.5-1分钟，用蒸馏水清洗活化后的CBN颗粒，得到表面沉积有分散钯质点的CBN；最后，将CBN浸泡在电镀液中，用于上砂电镀。
全文摘要
本发明公开一种采用表面活化处理技术制作电镀立方氮化硼工具的方法，该方法包括立方氮化硼的预处理，工具基体的预处理和电镀液的配制及CBN工具的电镀，CBN的预处理采用了敏化和活化处理，最后，将CBN浸泡在电镀液中，用于上砂电镀。本发明的优点在于，在CBN的预处理工序中提高了CBN颗粒的表面活性化状态，在CBN表面形成分散的钯质点，增强CBN与镀层之间的结合力，提高电镀CBN工具的加工效率和使用寿命，可节省大量昂贵的CBN。
文档编号C25D5/54GK1786289SQ20051001603
公开日2006年6月14日 申请日期2005年11月11日 优先权日2005年11月11日
发明者陈思夫, 于爱兵, 王凤岐, 张连洪, 孔祥中 申请人:天津大学