具有高硬度高强度胎体材料的电镀金刚石工具及制造方法

专利名称：具有高硬度高强度胎体材料的电镀金刚石工具及制造方法
技术领域：
本发明属于电镀金刚石工具，尤其涉及一种具有高硬度、高强度和高耐磨
性胎体材料的电镀金刚石工具；同时还涉及该工具的制造方法。
背景技术：
金刚石有极高的硬度，用金刚石制作的工具适宜加工硬而脆的材料，而采用 电镀技术制备电镀金刚石工具不仅制作温度低，避免了高温损伤金刚石，增加 了这种工具的使用寿命；也提高了工具加工效率和加工质量；目前，电镀金刚 石工具，己在机械、电子、建筑、钻探、光学玻璃加工等工业领域得到广泛应 用。但是目前所生产的电镀金刚石工具不仅制造周期长，而且工具的胎体材料 硬度、强度和耐磨性均不够理想，因此工具的使用寿命和加工效率仍较低。

发明内容
本发明的目的是提供一种具有高硬度、高强度和高耐磨性胎体材料的电镀 金刚石工具；同时提供该工具的制造方法。
本发明目的是通过以下技术方案实现的这种具有高硬度高强度胎体材料 的电镀金刚石工具为金刚石工具上的镀层是纳米镍材料。
制造这种具有高硬度高强度胎体材料的电镀金刚石工具的方法包括制备 电镀液、对金刚石工具的镀前处理和对处理后金刚石工具进行电镀；在对处理 后金刚石工具坯体进行电镀时，是采用脉冲电镀方法在金刚石工具上电镀纳米
镍材料-，其电镀液是由下述组分制成NiS04，7H20 280~290g/l或310~320g/l NiCl2'6H20 40 44g/l或46 50g/l H2B03 35 39g/l或41~45g/l
细化添加剂 6 — 8g/1 十二烷基硫酸钠 0.06 0.08g/l 对处理后金刚石工具进行电镀时，采用的脉冲电参数为 峰值电流密度90 98A/dm2或105~ 11 OA/dm2 通断时间 Ton为1.2-1.8ms或2.2-2.9ms， 或3.2-4ms
T。ff为25 29ms或 31~43ms 所述的细化添加剂是糖精或香豆素。
所述的电化学除油液是由下述组分制成NaOH 35~45g/l
Na2C03 26~35g/l Na3P0425 29g/l或 31~35g/lNa2Si03 3~7g/l
经电化学除油后的工件再用50X的H2SiO4溶液做电化学活化，而后用浓度 等于或小于5X的H^i04溶液进行弱酸侵蚀。
采用脉冲电镀方法在金刚石工具坯体上镀上纳米镍材料的底层后，再采用 直流电沉积上砂，而后采用脉冲电流沉积加厚镀层；上砂时所采用直流电的电 流密度为1.1 1.4A/dn^或1.6 2.2A/dm2，上砂时间为40-58分钟；采用脉冲电流 沉积加厚镀层的脉冲电参数为峰值电流密度为90 98A/dm2或105~ 11 OA/dm2
通断时间 T。n为1.2-1.8ms或2.2-2.9ms， 或3.2-4ms
T。ff为25 29ms或 31 43ms
加厚时间为100—110分钟或130—150分钟。
实验证明晶体的强度及硬度与晶粒尺寸有关，即随着晶粒尺寸的减小晶体 的强度及硬度增大，由于纳米材料的特殊结构，使它表现出与传统材料不同的 物理和化学性质，因此纳米材料比传统材料优良得多，由于本发明中金刚石工具的镀层是纳米镍材料，因此这种工具的胎体材料具有很高的强度及硬度，同 时也提高了它的耐磨性。
本发明中所采用的电镀液配合利用脉冲电流手段容易得到细化晶粒，从而 得到纳米晶体材料，而且本发明中配制电镀液的各种组分有较大的选取范围， 因此通过改变脉冲电流参数可以得到不同性能镀层，并将松散的金刚石颗粒镶 嵌固结在镀层中，能制备出针对不同加工材料的金刚石刀具；采用本制造方法 还具有缩短工具制造周期，降低了成本的优越性。
具体实施例方式
实施例1:本实施例中的电镀金刚石工具为金刚石工具上的镀层是纳米镍材料。
这种工具制造的方法如下(1)金刚石工具坯体的镀前处理
a、 先对金刚石工具坯体的粗糙面进行机械修整，而后用强酸浸泡l分钟， 再用水将工具冲洗干净；
b、 用组分为NaOH 35g/l、Na2C03 26g/l 、Na3P04 25g/l 、 Na2Si03 3g/l配制成的除油液对经上述处理后的工具坯体进行电化学除
油；而后用50。％的H2Si04溶液做电化学活化，再用浓度等于5%的H2Si04溶 液进行弱酸侵蚀。
(2) 电镀液的配制电镀液按下述组分配制而成，NiSCV7H20 280g/l、 NiCl2-6H20 40g/l 、 H2B03 35g/l 、糖精6g/l 、十二烷基硫酸钠0.06g/l 。
(3) 电镀将经过处理后的金刚石工具放入镀槽，电极间距为50mm ，
S阴:S pb 1: 8;用上述配制的电镀液，先采用脉冲电流进行电镀，采用的脉冲 电参数为峰值电流密度为90A/dm2 、通断时间T。n为1.2ms、T。ff为25ms; 经 过25分钟后，把已镀上纳米镍材料底层的金刚石工具坯体用直流电沉积上砂， 上砂时所采用直流电的电流密度为1.1A/dm2 ，上砂时间为50分钟；再采用脉 冲电流沉积加厚镀层，脉冲电参数为峰值电流密度110A/dm2通断时间TQn 为4ms, TW为33ms，加厚时间为100分钟。 电镀过程中镀液温度保持55 —56°C。
实施例2:本实施例中的电镀金刚石工具也为金刚石工具上的镀层是纳米镍
材料。这种工具制造时，在步骤(1)中
a、 金刚石工具坯体的粗糙面进行机械修整后用强酸浸泡2分钟，再用水将 工具冲洗干净；
b、 用组分为NaOH 45g/l、Na2C03 35g/l 、Na3P04 29g/l 、Na2Si03 7g/l
配制成的除油液对经上述处理后的工具坯体进行电化学除油；而后用50%的 H2Si04溶液做电化学活化，再用浓度为4X的H2Si04溶液进行弱酸侵蚀。
(2)电镀液的配制电镀液按下述组分配制而成，NiSCV7H20 290g/l、 NiCl2'6H20 44g/l 、 H2B0339g/l 、香豆素8g/l 、十二烷基硫酸钠0.08g/l 。 在步骤(3)的电镀中电极间距为 100mm ， S阴S阳1:16;用上述 配制的电镀液，先采用脉冲电流进行电镀，采用的脉冲电参数为峰值电流密 度为110A/dm2 、 通断时间T。n为4ms、 T。ff为33ms; 经过18分钟后，把已
镀上纳米镍材料底层的金刚石工具坯体用直流电沉积上砂，上砂时所采用直流 电的电流密度为2.2A/dm2 ，上砂时间为40分钟；再采用脉冲电流沉积加厚镀 层，脉冲电参数为峰值电流密度90A/dm2通断时间T加为1.2ms, T。ff为 25ms，加厚时间为110分钟。
电镀过程中镀液温度保持57 — 58"C。其他均与实施例l相同。
实施例3:本实施例中具有纳米镍材料镀层的金刚石工具的制造方法是(1)
金刚石工具坯体的镀前处理
a、 先对金刚石工具的粗糙面进行机械修整，而后用强酸浸泡3分钟，再用
水将工具冲洗干净；
b、 用组分为NaOH 40g/l、Na2CO3 30g/l 、Na3P04 31g/l 、Na2Si03 4g/l 配制成的除油液对经上述处理后的工具坯体进行电化学除油；而后用50%的 H2Si04溶液做电化学活化，再用浓度等于3.5X的H2Si04溶液进行弱酸侵蚀。
(2)电镀液的配制电镀液按下述组分配制而成，NiS047H20 310g/l、 NiCl2'6H20 46g/l 、 H2B0341g/l 、糖精8g/l 、十二垸基硫酸钠0.08g/l 。(3)电镀将经过处理后的金刚石工具放入镀槽，电极间距为 70mm ， S阴:Sp日1:9;用上述配制的电镀液，先采用脉冲电流进行电镀，采用的脉冲电 参数为峰值电流密度为95A/dm2 、通断时间T。n为1.5ms、 T。ff为27ms; 经 过23分钟后，把己镀上纳米镍材料底层的金刚石工具坯体采用直流电沉积上砂， 上砂时所采用直流电的电流密度为1.3A/dm2 ，上砂时间为45分钟；再采用脉 冲电流沉积加厚镀层，脉冲电参数为峰值电流密度95A/dm2通断时间T。n 为1.2ms, T。ff为27ms，加厚时间为130分钟。 电镀过程中镀液温度保持62—63r。
实施例4:本实施例中的电镀金刚石工具也为金刚石工具上的镀层是纳米镍 材料。这种工具制造时，在步骤(1)中
所配制成的除油液组分为NaOH 43g/l、Na2C03 28g/l 、Na3P04 35g/l 、 Na2Si03 5g/l，经电化学活化后再用浓度等于4.5%的H2Si04溶液进行弱酸侵蚀。
(2)电镀液的配制电镀液按下述组分配制而成，NiSO(7H20 320g/l、 NiCl2'6H20 50g/l 、 H2B0345g/l 、香豆素8g/l 、十二烷基硫酸钠0.07g/l 。
在步骤(3)中电极间距为 75mm ， S阴:S阳1:11;用上述配制的电 镀液，先采用脉冲电流进行电镀时，采用的脉冲电参数为峰值电流密度为 98A7dm2 、 通断时间T加为1.8ms、 TW为28ms; 经过25分钟后，把已镀上 纳米镍材料底层的金刚石工具坯体用直流电沉积上砂，上砂时所采用直流电的 电流密度为1.4A/dm2 ，上砂时间为55分钟；再采用脉冲电流沉积加厚镀层， 脉冲电参数为峰值电流密度98A/dm2通断时间T。n为1.8ms, T。汗为29ms， 加厚时间为140分钟。
其他均与实施例3相同。
实施例5:本实施例中的电镀金刚石工具也为金刚石工具上的镀层是纳米镍 材料。这种工具制造时，步骤(1)中
所配制成的除油液组分为NaOH 37g/l、 Na2C03 32g/l 、 Na3P04 27g/l 、 Na2Si03 6g/l，经电化学活化后再用浓度等于3X的H2Si04溶液进行弱酸侵蚀。 (2)电镀液的配制电镀液按下述组分配制而成，NiS047H20 285g/l、 NiCl2'6H20 42g/l 、 H2B03 37g/l 、香豆素7g/l 、十二烷基硫酸钠0.07g/l 。
在步骤(3)中电极间距为 78mm ， S阴:S阳1:13;用上述配制的电 镀液，先采用脉冲电流进行电镀时，采用的脉冲电参数为峰值电流密度为 105A/dm2 、 通断时间T。n为2.2ms、 T。汗为31ms; 经过28分钟后，采用直 流电沉积上砂，上砂时所采用直流电的电流密度为1.6A/dm2 ，上砂时间为55
分钟；再采用脉冲电流沉积加厚镀层，脉冲电参数为峰值电流密度105A/dm2通 断时间T。。为2.2ms, T。ff为31ms，加厚时间为150分钟。
其他均与实施例3相同。
实施例6:本实施例中的电镀金刚石工具为金刚石工具上的镀层是纳米镍材
料。这种工具制造的方法如下(1)金刚石工具坯体的镀前处理
a、 先对金刚石工具坯体的粗糙面进行机械修整，而后用强酸浸泡4分钟， 再用水将工具冲洗干净；
b、 用组分为NaOH 39g/l、Na2C03 33g/l 、Na3P04 33g/l 、Na2Si03 3g/l 配制成的除油液对经上述处理后的工具坯体进行电化学除油；而后用50%的
H2Si04溶液做电化学活化，再用浓度等于5 0^的H2Si()4溶液进行弱酸侵蚀。
(2) 电镀液的配制电镀液按下述组分配制而成，NiSCV7H20 315g/l、 NiCl2'6H20 47g/l 、 H2B0343g/l 、糖精7.5g/l 、十二烷基硫酸钠0.06g/l 。
(3) 电镀将经过处理后的金刚石工具放入镀槽，电极间距为 100mm ， S阴S^ 1: 16;用上述配制的电镀液，采用脉冲电流进行电镀，采用的脉冲电 参数为峰值电流密度为108A/dm2 、 通断时间T。n为2.9ms、 T。ff为29ms;经 3. 5小时即可。
实施例7:本实施例中具有纳米镍材料镀层的金刚石工具的制造方法中，采 用的电镀液组分为NiS04'7H20 317g/l、 NiCl2 .6H20 48g/l 、 H2B03 38g/l 、糖精6.5g/l 、十二烷基硫酸钠0.06g/l 。
电镀时，电极间距为 85mm ， Sffl:Sffi 1:12;在金刚石工具上镀上纳米 镍材料的底层时脉冲电参数为峰值电流密度为107A/dm2 、通断时间T。n为 2.9ms、 T。ff为43ms;直流电沉积上砂时所采用直流电的电流密度为1.8A/dm2 ， 用脉冲电流沉积加厚镀层时，峰值电流密度107A/dm2通断时间T。n为2.9ms, T。ff为31ms，加厚时间为110分钟。
其他加工方法和工艺条件均与实施例3相同。
实施例8:本实施例中具有纳米镍材料镀层的金刚石工具的制造方法中，采 用的电镀液组分为NiS04'7H20 319g/l、 NiCl2 '6H20 49g/l 、 H2B03 44g/l 、香豆素6.5g/l 、十二垸基硫酸钠0.06g/l 。
在金刚石工具上镀上纳米镍材料的底层时脉冲电参数为峰值电流密度为 93A/dm2 、通断时间T。n为3.2ms、 T。ff为36ms;直流电沉积上砂时所采用直 流电的电流密度为2A/dm2 ，用脉冲电流沉积加厚镀层时，峰值电流密度 92A/dm2通断时间 T。n为3.2ms， T。ff为43ms
其他均与实施例5相同。
实施例9:本实施例中具有纳米镍材料镀层的金刚石工具的制造方法中，采
用的电镀液组分为NiS04'7H20 288g/l、 NiCl2 '6H20 43g/l 、 H2B03 36g/l 、糖精6.5g/l 、十二烷基硫酸钠0.08g/l 。
在金刚石工具上镀上纳米镍材料时脉冲电参数为峰值电流密度为 109A/dm2 、通断时间T。n为3.8ms、 T。厅为40ms;其他均与实施例6相同。
权利要求
1、一种具有高硬度高强度胎体材料的电镀金刚石工具，其特征在于金刚石工具上的镀层是纳米镍材料。
2、 制造如权利要求1所述的具有高硬度高强度胎体材料的电镀金刚石工具 的方法包括制备电镀液、对金刚石工具的镀前处理和对处理后金刚石工具进 行电镀；其特征在于在对处理后金刚石工具坯体进行电镀时，是采用脉冲电 镀方法在金刚石工具上电镀纳米镍材料，其电镀液是由下述组分制成NiS04'7H20 280 290g/l或310 320g/lNiCl2.6H20 40~44g/l或46 50g/lH2B03 35 39g/l或41~45g/l细化添加剂 6 — 8g/1十二烷基硫酸钠 0.06 0.08g/l 。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于对处理后金刚石工具进行电 镀时，采用的脉冲电参数为峰值电流密度90 98A/dm2或105 11 OA/dm2通断时间Ton为1.2-1.8ms或2.2-2.9ms，或3.2-4ms T。ff为25 29ms或 31 43ms 。
4、 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的细化添加剂是糖
5、 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的电化学除油液是由下 述组分制成NaOH 35 45g/lNa2C03 26~35g/l Na3P04 25 29g/l或 31 35g/lNa2Si03 3~7g/l 经电化学除油后的工件再用50X的H2SiO4溶液做电化学活化，而后用浓度 等于或小于5X的H2Si04溶液进行弱酸侵蚀。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于采用脉冲电镀方法在金刚石 工具坯体上镀上纳米镍材料的底层后，再采用直流电沉积上砂，而后采用脉冲 电流沉积加厚镀层；上砂时所采用直流电的电流密度为l.l~1.4A/dm2或 1.6~2.2A/dm2，上砂时间为40-58分钟；采用脉冲电流沉积加厚镀层的脉冲电参 数为峰值电流密度为90~98A/dm2或105-110A/dm2通断时间 T加为1.2-1.8ms或2.2-2.9ms, 或3,2-4msT。ff为25 29ms或 31~43ms加厚时间为100—110分钟或130—150分钟。
全文摘要
一种具有高硬度高强度胎体材料的电镀金刚石工具，为金刚石工具上的镀层是纳米镍材料。制造这种电镀金刚石工具的方法包括制备电镀液、镀前处理和进行电镀；在电镀时，是采用脉冲电镀方法，其电镀液是由NiSO₄·7H₂O、NiCl₂·6H₂O、H₂BO₃、细化添加剂、十二烷基硫酸钠制成；本发明中所采用的电镀液配合利用脉冲电流手段容易得到细化晶粒，从而得到纳米晶体材料，并能将松散的金刚石颗粒镶嵌固结在镀层中，制备出针对不同加工材料的金刚石刀具；采用本制造方法还具有缩短工具制造周期，降低了成本的优越性。
文档编号C25D5/00GK101195923SQ200610128409
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者卢汇洋, 李云东, 李立波, 栋 王, 黄志伟 申请人:河南农业大学