专利名称：一种电镀液及利用其制造金刚石钻头胎体的方法
一种电镀液及利用其制造金刚石钻头胎体的方法
技术领域：
本发明具体涉及一种电镀液及利用其制造金刚石钻头胎体的方法。背景技术：
包镶金刚石和连接空白钻头基体的钻头冠部合金或金属称为胎体。钻头的工作能力在很大程度上取决于胎体的性质，目前市场上一般是采用电镀镍或者镍合金的方法获得金刚石钻头胎体。镍对金刚石具有良好的包镶性能，与金刚石钻头基体的连接性能好，以 Φ911钻头为例，胎体为镀镍或者镍合金的金刚石钻头对于坚硬地质岩层的钻进速度一般为0. 5 0. 8m/h，钻头的使用寿命一般为6 20m，胎体的洛氏硬度一般为HRC 15 35，因此镍作为电镀金刚石钻头的胎体已有几十年的历史。然而，镍是一种价格较高的有色金属， 且近年来镍金属的价格一直在上涨，使得金刚石钻头的生产成本大幅上涨。电镀铁通常用于金属零件的修复，要实现电镀铁合金生产金刚石钻头，即将金刚石包镶于镀铁合金层中，需要克服铁合金镀层应力大、镀层与钻头基体的结合力低，以及电镀过程容易产生气泡等多种问题。
发明内容本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种电镀液，克服了电镀铁合金生产金刚石钻头过程中容易产生气泡的问题，并解决了目前金刚石钻头的生产成本高的问题。本发明通过以下技术方案之一解决上述技术问题之一的一种电镀液，包括氯化亚铁280 350g/L、氯化锰30 75g/L，所述电镀液的pH为2. 8 3. 8。进一步地，该电镀液还包括氧化稀土 0. 1 0. 5g/L，所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。进一步地，所述电镀液的PH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节； 当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 3. 8时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。本发明通过以下技术方案之二解决上述技术问题之一的一种电镀液，包括氟硼酸亚铁220 300g/L、氯化锰60g/L、硼酸20 30g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的 pH 为 3. 0 4. 0。进一步地，该电镀液还包括氧化稀土 0. 1 0. 5g/L，所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。进一步地，所述电镀液的PH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节； 当pH < 3. 0时，采用盐酸调节，当pH > 4. 0时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。本发明通过以下技术方案之三解决上述技术问题之一的一种电镀液，包括氯化亚铁280 350g/L、氯化锰30 60g/L、氟硼酸15 20g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的PH值2. 8 4.0。
进一步地，该电镀液还包括氧化稀土 0. 1 0. 5g/L，所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。进一步地，所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节； 当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 4. 0时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。本发明通过以下技术方案之四解决上述技术问题之一的一种电镀液，包括氯化亚铁280 350g/L、氯化锰20 50g/L、氟硼酸铵6 15g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的PH为2. 8 4. 2。进一步地，该电镀液还包括氧化稀土 0. 1 0. 5g/L，所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。进一步地，所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节； 当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 4. 2时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种金刚石钻头胎体的制造方法，不仅克服了铁合金镀层应力大的问题，而且具有高结合强度、高硬度的镀层。本发明通过以下技术方案之五解决上述技术问题之二的一种金刚石钻头胎体的制造方法，包括利用所述的电镀液，对待电镀的基体进行不对称交变电源电镀，具体操作方法如下依次进行绝缘处理、活化处理、起镀、包镶、拆除绝缘、烘烤；其特征在于所述起镀时所用的电镀电流为
j —"Ar效 χ 1 β—\
Ir=^MKS
负β—\其中，I1为正向电流，I负为反向电流，Dg为有效电流密度，S为被镀面积， 为正向电流密度，D负为反向电流密度，D有效=D正-D负，D1= 3 8A/dm2，D负=2 5A/dm2，β
=I 正/I 负，β = 1· 2 12。进一步地，所述起镀的具体内容为(1)待电镀的基体起镀时使用正反交变电流，各参数设定如下β = 1. 2 1. 4，D 有效=0. 5 2. OA/dm2,电镀时间为5 Ιδπ η ；(2)接着提高β值，且每1. 5 3. Omin调整一次β值直至β = 8 12，所述调整的次数共为8 10次，接着继续电镀3 5min ；(3)然后用电流密度D = 1 3A/dm2的直流电源电镀10 30min。进一步地，所述起镀步骤中，电镀液的温度为25 35°C ；所述包镶步骤中，电镀液的温度为25 35°C，电流密度为2 5A/dm2。在起镀、包镶步骤中电镀液的温度均为25 35°C的设计，可便于手工在电镀液中撒加金刚石。进一步地，所述烘烤的步骤具体为将金刚石钻头置于烘烤箱中，并在300 400°C下烘烤4 6小时后随箱退温。
本发明的有益效果在于本发明采用了四种配方的电镀液，用电镀铁合金替代现有的电镀镍或者镍合金生产金刚石钻头，不仅解决了电镀铁合金生产金刚石钻头过程中容易产生气泡的问题，而且有效节约了金刚石钻头的生产成本；本发明采用不对称交变电源电镀，不仅克服了铁合金镀层应力大的问题，而且解决了镀层与磨具基体结合力低的问题， 获得了具有高结合强度、高硬度的镀层。
具体实施方式一种电镀液，可以通过以下四种配方制得配方一氯化亚铁280 350g/L、氯化锰30 75g/L，所述电镀液的pH为2. 8 3.8。所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH<2.8时， 采用盐酸调节，当pH > 3. 8时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。其中，所述电镀液中各组分的浓度均以该电镀液的总溶液为基准。配方二 氟硼酸亚铁220 300g/L、氯化锰60g/L、硼酸20 30g/L、五氧化二钒 0. 3g/L，所述电镀液的pH为3. 0 4. 0。所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 3. 0时，采用盐酸调节，当pH > 4. 0时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。其中，所述电镀液中各组分的浓度均以该电镀液的总溶液为基准。配方三氯化亚铁280 350g/L、氯化锰30 60g/L、氟硼酸15 20g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH值2. 8 4. 0。所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 4. 0时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。其中，所述电镀液中各组分的浓度均以该电镀液的总溶液为基准。配方四氯化亚铁沘0 350g/L、氯化锰20 50g/L、氟硼酸铵6 15g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH为2. 8 4. 2。所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 4. 2时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。其中，所述电镀液中各组分的浓度均以该电镀液的总溶液为基准。当需要增强金刚石钻头的耐磨性时，上述四种配方中均还可添加氧化稀土 0. 1 0. 5g/L，所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。其中，上述电镀液的四种配方，以及电镀液pH值过高时采用盐酸调节，电镀液pH 值过低时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节的设计，均能防止电镀铁合金生产金刚石钻头过程中产生气泡，以利于金刚石在镀层表面沉积并包镶于镀层内。上述电镀液中的氯化锰是用于调整镀层硬度即金刚石钻头胎体的硬度。以下内容提供了本发明的代表性实施例，这些实施例仅是示例性的，且不用于限制本文所述的本发明的范围，这些实施例仅用于说明本发明的实施方法实施例一一种金刚石钻头胎体的制造方法，包括利用所述的电镀液，对待电镀的基体进行不对称交变电源电镀，具体操作方法如下步骤一绝缘处理将待电镀的基体不需要电镀的部位用绝缘带包扎，仅留出需电镀的部份即电镀面，并引出电镀导线。
步骤二 活化处理包括除锈、除油和活化过程(1)除锈用10%稀盐酸浸泡所述基体的电镀面，将电镀面的表面铁锈除去。(2)除油将经过(1)处理所得的所述基体接直流电源阴极，铅板接阳极通电 aiiin;然后将所述基体切换成阳极，即基体接阳极，铅板接阴极通电2. 5min，使基体的电镀面上的油脂去除，最后用清水冲洗基体。其中，除油的电流密度为5A/dm2，电解液配方为氧氧化钠40g/L，碳酸钠40g/L，磷酸钠20g/L，硅酸钠5g/L。(3)活化采用40%硫酸溶液为电解液，将经除油后的基体接直流电源阳极，铅板接阴极，以电流密度30A/dm2通电活化时间1. 5min，最后用清水冲洗基体。步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁280g/L、氯化锰30g/L、氧化铈0. lg/L， pH为2. 8 ；电镀液的温度为25°C，所用的电镀电流为
j —"Ar效 χ 正 β~\
负β—\其中，I1为正向电流，Iil为反向电流，Dijs为有效电流密度，S为被镀面积，D1为正向电流密度，D负为反向电流密度，β为不对称比，β = I正Λ负，D有效=D正-D负，D正=3 8A/dm2，D 负=2 5A/dm2，β = 1· 2 12。所述起镀的具体内容为(1)待电镀的基体起镀时使用正反交变电流，各参数设定如下β = 1.2, Dwa = 0. 5A/dm2，电镀时间为5min ；(2)接着提高β值，且每1. 5min调整一次β值直至β = 8，所述调整的次数共为8次，即在30min内分8次将不对称比β值调至8，接着继续电镀^iin ；其中，步骤⑴和步骤⑵中每次调整β值时，仅调节反向电流Iil的电流密度D 负值，而保持正向电流I正不变。(3)然后切换到直流电源，用电流密度D = ΙΑ/dm2的直流电源电镀lOmin。步骤四包镶保持电镀液的温度为25°C，直流电源的电流密度为2A/dm2，将金刚石撒到基体的电镀面上，让电镀层将金刚石包镶即上砂，待金刚石被包镶到75%时，进行第二层上砂，所述上砂层数共为15层，以获得金刚石钻头。步骤五拆除绝缘将金刚石钻头绝缘带拆除，然后将金刚石钻头清洗干净。步骤六烘烤将清洗干净的金刚石钻头置于烘烤箱中，并在300°C下烘烤4小时后随箱退温，进一步消除铁合金镀层的应力。实施例二本部分与实施例一不同之处在于步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁350g/L、氯化锰75g/L、氧化铈0. 5g/L， pH 为 3.8。实施例三本部分与实施例一不同之处在于
步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁300g/L、氯化锰50g/L、氧化铈0. 3g/L， pH 为 3. 2。实施例四本部分与实施例一不同之处在于步骤二 (2)除油将经过步骤A处理所得的所述基体接直流电源阴极，铅板接阳极通电:3min ；然后将所述基体切换成阳极，即基体接阳极，铅板接阴极通电3min，除油的电流密度为ΙΟΑ/dm2 ;(3)活化采用50%硫酸溶液为电解液，将经除油后的基体接直流电源阳极，铅板接阴极，以电流密度50A/dm2通电活化时间aiiin。步骤三起镀电镀液的配方为氟硼酸亚铁220g/L、氯化锰60g/L、硼酸20g/L、 五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH为3. 0 ；电镀液的温度为35°C ；所述起镀的具体内容为(1)待电镀的基体起镀时使用正反交变电流，各参数设定如下β = 1.4, Dwa = 2. OA/dm2,电镀时间为15min ；(2)接着提高β值，且每3. Omin调整一次β值直至β = 12，所述调整的次数共为10次，即在30min内分10次将不对称比β值调至12，接着继续电镀5min ；(3)然后切换到直流电源，用电流密度D = 3A/dm2的直流电源电镀30min。步骤四包镶保持电镀液的温度为35°C，直流电源的电流密度为5A/dm2，将金刚石撒到基体的电镀面上，让电镀层将金刚石包镶即上砂，待金刚石被包镶到85%时，进行第二层上砂，所述上砂层数共为25层。步骤六烘烤将清洗干净的金刚石钻头置于烘烤箱中，并在400°C下烘烤6小时后随箱退温。实施例五本部分与实施例四不同之处在于步骤三起镀电镀液的配方为氟硼酸亚铁300g/L、氯化锰60g/L、硼酸30g/L、 五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH为4. 0。实施例六本部分与实施例四不同之处在于氟硼酸亚铁270g/L、氯化锰60g/L、硼酸25g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的 pH 为 3. 5。实施例七本部分与实施例一不同之处在于步骤二 (2)除油将经过步骤A处理所得的所述基体接直流电源阴极，铅板接阳极通电2. 5min ；然后将所述基体切换成阳极，即基体接阳极，铅板接阴极通电3min，除油的电流密度为8A/dm2 ； (3)活化采用45%硫酸溶液为电解液，将经除油后的基体接直流电源阳极，铅板接阴极，以电流密度40A/dm2通电活化时间aiiin。步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁280g/L、氯化锰30g/L、氟硼酸15g/L、 五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH值2. 8 ；电镀液的温度为30°C ；所述起镀的具体内容为(1)待电镀的基体起镀时使用正反交变电流，各参数设定如下β = 1.3，Dwa =1. OA/dm2，电镀时间为Ilmin ；(2)接着提高β值，且每2. Omin调整一次β值直至β = 10，所述调整的次数共为9次，即在30min内分9次将不对称比β值调至10，接着继续电镀^iin ；(3)然后切换到直流电源，用电流密度D = 2A/dm2的直流电源电镀20min。步骤四包镶保持电镀液的温度为30°C，直流电源的电流密度为4A/dm2，将金刚石撒到基体的电镀面上，让电镀层将金刚石包镶即上砂，待金刚石被包镶到80%时，进行第二层上砂，所述上砂层数共为23层。步骤六烘烤将清洗干净的金刚石钻头置于烘烤箱中，并在360°C下烘烤5小时后随箱退温。实施例八本部分与实施例七不同之处在于步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁350g/L、氯化锰60g/L、氟硼酸20g/L、 五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH值4. 0。实施例九本部分与实施例七不同之处在于步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁320g/L、氯化锰45g/L、氟硼酸18g/L、 五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH值3. 5。实施例十本部分与实施例一不同之处在于步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁280g/L、氯化锰20g/L、氟硼酸铵6g/L、 五氧化二钒0. 3g/L、氧化镧0. lg/L，所述电镀液的pH为2. 8。电镀液的温度为32°C ；所述起镀的具体内容为(1)待电镀的基体起镀时使用正反交变电流，各参数设定如下β = 1.4, Dwa = 1. 7A/dm2，电镀时间为8min ；(2)接着提高β值，且每2. aiiin调整一次β值直至β = 11，所述调整的次数共为10次，即在30min内分10次将不对称比β值调至11，接着继续电镀5min ；(3)然后切换到直流电源，用电流密度D = 2A/dm2的直流电源电镀23min。步骤四包镶保持电镀液的温度为33°C，直流电源的电流密度为3A/dm2。步骤六烘烤将清洗干净的金刚石钻头置于烘烤箱中，并在385°C下烘烤6小时后随箱退温。实施例i^一本部分与实施例十不同之处在于步骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁350g/L、氯化锰50g/L、氟硼酸铵15g/ L、五氧化二钒0. 3g/L、氧化镧0. 5g/L，所述电镀液的pH为4. 2。实施例十二本部分与实施例十不同之处在于骤三起镀电镀液的配方为氯化亚铁300g/L、氯化锰35g/L、氟硼酸铵10g/L、 五氧化二钒0. 3g/L、氧化镧0. 3g/L，所述电镀液的pH为3. 2。此外，上述电镀液配方，以及金刚石钻头胎体的制造方法也可用于制造其他金刚石制品的胎体。上述实施例制得的金刚石钻头以Φ911钻头为例，其各项技术参数如表1所示表1镍基胎体和铁基胎体的金刚石钻头的技术参数
权利要求
1.一种电镀液，其特征在于包括氯化亚铁280 350g/L、氯化锰30 75g/L，所述电镀液的PH为2. 8 3. 8。
2.如权利要求1所述的电镀液，其特征在于该电镀液还包括氧化稀土0. 1 0.5g/L， 所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。
3.如权利要求1所述的电镀液，其特征在于所述电镀液的PH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 3. 8时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。
4.一种电镀液，其特征在于包括氟硼酸亚铁220 300g/L、氯化锰60g/L、硼酸20 30g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH为3. 0 4. 0。
5.如权利要求4所述的电镀液，其特征在于该电镀液还包括氧化稀土0. 1 0.5g/L， 所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。
6.如权利要求4所述的电镀液，其特征在于所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 3. 0时，采用盐酸调节，当pH > 4. 0时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。
7.一种电镀液，其特征在于包括氯化亚铁280 350g/L、氯化锰30 60g/L、氟硼酸 15 20g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH值2. 8 4. 0。
8.如权利要求7所述的电镀液，其特征在于该电镀液还包括氧化稀土0. 1 0.5g/L， 所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。
9.如权利要求7所述的电镀液，其特征在于所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 4. 0时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。
10.一种电镀液，其特征在于包括氯化亚铁观0 350g/L、氯化锰20 50g/L、氟硼酸铵6 15g/L、五氧化二钒0. 3g/L，所述电镀液的pH为2. 8 4. 2 ；所述电镀液的pH值过高时，则采用盐酸调节，所述电镀液的PH值过低时，则采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。
11.如权利要求10所述的电镀液，其特征在于该电镀液还包括氧化稀土0. 1 0. 5g/ L，所述氧化稀土为氧化铈或氧化镧。
12.如权利要求10所述的电镀液，其特征在于所述电镀液的pH值采用盐酸、铁阳极大电流电镀或者新鲜铁粉调节；当pH < 2. 8时，采用盐酸调节，当pH > 4. 2时，采取铁阳极大电流电镀或者添加新鲜铁粉调节。
13.—种金刚石钻头胎体的制造方法，包括利用权利要求1、4、7或10所述的电镀液， 对待电镀的基体进行不对称交变电源电镀，具体操作方法如下依次进行绝缘处理、活化处理、起镀、包镶、拆除绝缘、烘烤；其特征在于所述起镀时所用的电镀电流为I正=(βD有效/β-1)sI负=(D有效/β-1)s其中，I1为正向电流，Iil为反向电流，Dg为有效电流密度，S为被镀面积，D1为正向电流密度，D负为反向电流密度，D有效=D正-D负，D1= 3 8AMm2Jt= 2 5A/dm2，β = I正/I 负，β = 1.2 12。
14.如权利要求13所述的金刚石钻头胎体的制造方法，其特征在于所述起镀的具体内容为(1)待电镀的基体起镀时使用正反交变电流，各参数设定如下β= 1.2 1.4，D有效 =0. 5 2. OA/dm2,电镀时间为5 15min ；(2)接着提高β值，且每1.5 3. Omin调整一次β值直至β = 8 12，所述调整的次数共为8 10次，接着继续电镀3 5min ；(3)然后用电流密度D= 1 3A/dm2的直流电源电镀10 30min。
15.如权利要求13所述的金刚石钻头胎体的制造方法，其特征在于所述起镀步骤中， 电镀液的温度为25 35°C;所述包镶步骤中，电镀液的温度为25 35°C，电流密度为2 5A/dm2。
16.如权利要求13所述的金刚石钻头胎体的制造方法，其特征在于所述烘烤的步骤具体为将金刚石钻头置于烘烤箱中，并在300 400°C下烘烤4 6小时后随箱退温。
全文摘要
本发明采用了四种配方的电镀液，用电镀铁合金替代现有的电镀镍或者镍合金生产金刚石钻头，并通过绝缘处理、活化处理、起镀、包镶、拆除绝缘、烘烤等一系列步骤处理，获得了一种镀铁合金的金刚石钻头。本发明有效节约了金刚石钻头的生产成本，且制得的镀铁合金的金刚石钻头的钻进速度、使用寿命和胎体硬度等性能均优于现有的镀镍或者镍合金的金刚石钻头的性能。
文档编号C25D3/56GK102534707SQ20111045863
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者兰桥昌, 潘秉锁 申请人:兰桥昌, 潘秉锁