超硬材料表面鍍覆解析課件

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,超硬材料表面鍍覆,一,.,化學鍍,電鍍是工業(yè)上最常用的表面鍍方法,但電鍍的基體必須是導電材料。因此電鍍前必須首先利用化學鍍在超硬材料上鍍一薄層導電的金屬。,化學鍍是指借助于合適的還原劑使溶液中的金屬離子被還原為金屬,并沉積在基體表面上的一種鍍覆金屬。,化學鍍與電鍍比有如下特點:,(,1,)可以在各種材料上鍍覆。,(,2,)無論基

2、體幾何形狀如何復雜,都可獲得厚度均勻的鍍層。,(,3,)化學鍍層具有較高的硬度,顯示出較大的脆性。,(,4,)化學鍍?nèi)芤悍€(wěn)定性差,維護、調(diào)整和再生比較麻煩。,1.,金剛石化學鍍前處理方法,(,1,)凈化處理。用堿溶液化學除油使表面清潔。,(,2,)粗糙化處理?;瘜W鍍層與非金屬基體之間 是靠分子間力結(jié)合的。這種結(jié)合力較弱,想獲得足夠的結(jié)合力,需要部分地依靠機械聯(lián)結(jié),因此需要使基體表面粗糙化。對于超硬材料,唯一可行的是化學粗糙化,即用硝酸鹽在熔融狀態(tài)處理,使其表面因受到輕微腐蝕而變得粗糙。,(,3,)親水化處理。超硬材料是疏水的,因此必須采用酸液處理,使表面變成親水的。,可采用,1,:,1,鹽酸,

3、煮沸,10-20min,。,(,4,)敏化處理。,敏化就是使非金屬表面形成一層具有還原作用的還原液體膜。這種具有還原作用的處理液就是敏化劑。,好的敏化效果要求具有還原作用的離子在一定條件下能,較長時間保持其還原能力,,并且能控制其還原反應的速度,要點是敏化所要還原出來的不是連續(xù)的鍍層,而只是活化點。,目前,對于非金屬化學鍍鎳用得最多的是,Pd,(鈀)活化工藝。當吸附有,Sn,(錫)的非金屬表面接觸到,Pd,活化液時,,Pd,會被,Sn,還原而沉積到非金屬表面形成活化中心,從而順利進行化學鍍。,工序,目的,方法,工藝條件,備注,凈化,脫脂,堿性化學液,熱煮,有機溶液,浸泡,粗化,表面粗糙化,熔融

4、苛性堿類或硝酸鈉、鉀,400,1,2h,慎,用,親水化,親水除污,硫酸、硝酸、磷酸混合液,加熱,10,30min,敏化,吸附敏化劑為活化準備,SnCl,2,2H,2,O 10,20g,L,1,HCl 40ml,L,1,錫粒少量,室溫攪拌,1,5min,氯化亞錫先用鹽酸溶解,活化,形成催化活性中心:,Sn,2+,+Pd,2+,Sn,4+,+Pd,PdCl,2,0.1,0.25g,L,1,HCl 2.5,5ml,L,1,室溫,3min,或煮沸,1min,還原,防止污染化學鍍液,甲醛(,37,),100ml,L,1,室溫,1min,鍍銅用,次磷酸鈉,30g,L,1,鍍鎳用,化學鍍及電鍍前的表面預處理

5、,重新畫,4.,化學鍍銅,工藝規(guī)范,鍍液成分及工作條件,1,2,3,4,硫酸銅(,CuSO,4,5H,2,O,),甲醛(,HCHO,,,37,),ml,L,1,氯化鎳(,NiCl,2,6H,2,O,),14,20,4,3.5,13.2,1,10,20,40,10,40,酒石酸鉀鈉(,NaKC,4,H,4,O,6,4H,2,O,),氫氧化鈉(,NaOH,),碳酸鈉(,Na,2,CO,3,),30,50,6,9,4,34.5,6.8,3.2,40,10,10,35,10,20,pH,值,溫度(),攪拌或滾鍍,12,室溫,需要,12,室溫,需要,12,13,室溫,需要,12.5,25,需要,化學鍍銅

6、工藝規(guī)范(含量,/gL,1,),5.,化學鍍鎳工藝規(guī)范,鍍液成分及工藝條件,1,2,3,4,5,氯化鎳(,NiCl,2,6H,2,O,),20,28,40,50,37,硫酸鎳(,NiSO,4,7H,2,O,),20,25,30,次磷酸鈉,NaH,2,PO,2,H,2,O,20,25,30,60,15,20,10,34,琥珀酸鈉,Na,2,C,4,H,4,O,4,6H,2,O,20,25,27,檸檬酸鈉,Na,3,C,6,H,5,O,7,2H,2,O,60,90,10,100,醋酸鈉,CH,3,COONa,3H,2,O,10,羥基乙酸,CH,2,OHCOOH,10,30,氯化銨,NH,4,Cl,

7、50,pH,值,4.5,5.6,5,6,4.1,4.4,10,4.5,5.5,溫度(),90,95,60,65,85,90,25,45,95,攪拌或滾鍍,需要,需要,需要,需要,化學鍍鎳工藝規(guī)范(含量,/gL,1,),二,.,電鍍,化學鍍?nèi)芤翰环€(wěn)定,使用壽命短,化學鍍鍍層薄,厚的鍍層會發(fā)生脆裂和脫落現(xiàn)象。因此,常采用電鍍的方法在化學鍍基底上繼續(xù)加厚。,電鍍是一種用電化學方法在鍍件表面上沉積所需形態(tài)的金屬覆層工藝。,金屬電沉積是指在直流電的作用下電解液中的金屬離子還原,并沉積到零件表面形成有定性能的金屬鍍層的過程。,裝置,:三要素,外電路,電鍍?nèi)芤?,陰陽極。,常用的電鍍裝置,電鍍裝置中鍍瓶工作原

8、理,電鍍液,超硬材料顆粒,國產(chǎn),JX41-,型電鍍裝置原理圖,電鍍,Cu,鍍液成分及工藝條件,1,2,3,4,焦磷酸銅(,Cu,2,P,2,O,7,3H,2,O,),60,70,70,100,70,90,硫酸銅(,CuSO,4,5H,2,O,),37,43,焦磷酸鉀(,K,4,P,2,O,7,3H,2,O,),280,320,300,400,175,185,300,380,檸檬酸銨,(,NH,4,),3,C,6,H,6,O,7,20,25,20,30,10,15,檸檬酸鉀(,K,3,C,3,H,6,O,7,),10,15,碳酸氫二鉀(,K,2,HPO,4,12H,2,O,),20,30,硝酸銨

9、(,NH,4,NO,3,),6,10,二氧化硒(,SeO,2,),0.008,0.02,2,巰基苯駢咪唑,0.002,0.004,2,巰基苯駢噻唑,0.002,0.004,pH,值,8.2,8.8,8.0,8.8,7.2,7.8,8.0,8.8,溫度(),30,50,30,50,35,45,30,50,電流密度(,A,dm,2,),1.0,1.5,0.8,1.5,0.8,1.4,1.5,3.0,攪拌或滾鍍,需要,需要,需要,需要,超硬磨料電鍍銅工藝規(guī)范含量,/gL,1,電鍍,Ni,鍍液成分及工藝條件,1,2,3,4,硫酸鎳(,NiSO,4,7H,2,O,),250,300,300,340,25

10、0,氯化鎳(,NiCl,2,6H,2,O,),30,60,70,90,25,35,氨基磺酸鎳,Ni,(,NH,2,SO,3,),2,4H,2,O,300,400,硼酸(,H,3,BO,3,),35,40,35,45,30,45,30,硫酸鈷(,CoSO,4,7H,2,O,),15,氯化鈉(,NaCl,),15,十二烷基硫酸鈉(,C,12,H,25,SO,4,Na,),0.05,0.1,0.05,0.1,pH,值,3,4,3.8,4.2,3.5,4.5,4.5,5.5,溫度(),25,50,40,60,40,60,25,35,電流密度(,A,dm,2,),1.0,2.5,0.5,1.0,1.0,

11、2.0,1.0,2.0,攪拌或滾鍍,需要,需要,需要,需要,超硬磨料電鍍鎳工藝規(guī)范含量,/gL,1,超硬材料真空鍍,一,.,真空鍍方法概述,制造鋸片、鉆頭、滾輪等制品的金剛石,有時需要鍍鈦、鉬和鎢等高熔點高硬度金屬。鍍覆這些金屬材料,采用化學鍍和電鍍難以實現(xiàn),需要采用真空鍍技術。,真空鍍主要用于制造化學鍍和電鍍無法獲得的鍍層。,超硬材料真空鍍的種類,真空鍍法分為真空物理氣相沉積、真空化學氣相沉積和真空微蒸發(fā)鍍。,真空物理氣象沉積指的是在真空條件下將金屬氣化成為原子、分子或離子,直接沉積在鍍件表面的方法。它包含真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍等。,化學氣相沉積是利用加熱、等離子體激勵或光輻射等方法,使氣

12、態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質(zhì)在襯底表面反應并沉積生成固態(tài)薄膜的過程。,真空微蒸發(fā)鍍,指在真空下,Ti,、,Cr,、,Mo,、,W,、,V,等活性金屬,加熱到,一定溫度,后表面原子高度活化,與超硬材料接觸反應并形成鍍層的方法。,真空物理氣相沉積三種方法的比較,重新畫,真空鍍膜機,1.,主要技術指標如下:,(,1,)可以金剛石表面鍍覆鈦、鉻、鉬、鉻等碳化物形成元素,這些元素濕法鍍難沉積。也可以鍍上述元素的合金。,(,2,)鍍覆溫度可在,650-800,度之間任選擇。對于中高品級的金剛石而言,在這一范圍內(nèi)選擇適當?shù)腻兏矞囟龋恢劣诋a(chǎn)生熱損傷。,(,3,)鍍層與金剛石間形成的過渡相金屬材料碳化物可實現(xiàn)化學鍵

13、結(jié)合,結(jié)合強度高。,真空微蒸發(fā)鍍技術指標,(,4,)鍍后單顆粒抗壓強度提高,5%-20%,,鍍后增重隨粒度不同在,0.5%-3%,范圍內(nèi),鍍覆的最細粒度可達,W2.5/5,。,(,5,)開發(fā)的專用設備單次鍍覆量達到,8000,克拉,實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。,(,6,)立方氮化硼鍍鈦合金,取得了與金剛石表面鍍覆類似的效果。,真空鍍的效果如下兩表和兩圖所示。,各類金剛石表面鍍覆方法的技術特征及應用效果的比較,技術特征和應用效果,鹽浴鍍覆,物理氣相沉積,化學氣相沉積,低溫電鍍或復合鍍,粉末覆蓋燒結(jié)鍍覆,真空微蒸發(fā)鍍覆,鍍層成分,鈦、鉬、鎢、鉻及相應碳化物,鈦、鉬、鎢、鉻,無碳化物,鈦、鉬、鎢、鉻及相應

14、碳化物,鎳或鎳,-,鎢、鎳,-,鈷合金,鈦、鉬、鎢、鉻及相應碳化物,鈦、鉬、鎢、鉻及相應碳化物,鍍層結(jié)構(gòu),碳化物,鍍層物理附著在金剛石表面,外延生長的碳化物,+,外表金屬層,鍍層物理附著在金剛石表面,有碳化物生成,鍍層與金剛石之間有碳化物過渡層,與基體結(jié)合狀態(tài),強力冶金結(jié)合,結(jié)合強度高,物理結(jié)合,結(jié)合強度低,冶金結(jié)合,機械包覆,無結(jié)合強度,冶金結(jié)合,化學鍵合,結(jié)合強度高,鍍覆溫度及金剛石熱損傷,850-1100,,嚴重熱損傷,850,,嚴重熱損傷,850,,嚴重熱損傷,700-820,,無熱損傷,單次鍍覆能力,高,低,低,0.5,元,/g,0.5,元,/g,0.5,元,/g,低,0.03,元,/g,工業(yè)應用效果,未應用,工具壽命提高,10-20%,未應用,未應用,效果不明顯,工具壽命、強度、加工效率均能提高,20%,左右,鍍鈦金剛石的經(jīng)濟效益,1,)鍍鈦使得金剛石顆粒與結(jié)合劑冶金結(jié)合,不脫粒;鍍鈦層保護金剛石防止燒結(jié)過程中鐵等有害組分對金剛石的侵蝕。,2,)采用鍍鈦金剛石可以減少金剛石用量,10-20%,,可以適當增加低價,格,的細粒度金剛石用量。,3,)鍍鈦金剛石簡化了對結(jié)合劑配方的要求,取消或者大幅度減少了昂貴的有色金屬用量,實現(xiàn)了高鐵(,75%,)結(jié)合劑的廣泛應用。,4,)鍍鈦金剛石降低了原料、工藝、模具波動對工具性能的影響,有利于保障產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性。,

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