超硬材料表面鍍覆解析課件

,單擊此處編輯母版標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(xué)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(dǎo)電材料。因此電鍍前必須首先利用化學(xué)鍍在超硬材料上鍍一薄層導(dǎo)電的金屬。,化學(xué)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(xué)鍍與電鍍比有如下特點(diǎn)：,（,1,）可以在各種材料上鍍覆。,（,2,）無論基體幾何形狀如何復(fù)雜，都可獲得厚度均勻的鍍層。,（,3,）化學(xué)鍍層具有較高的硬度，顯示出較大的脆性。,（,4,）化學(xué)鍍?nèi)芤悍€(wěn)定性差，維護(hù)、調(diào)整和再生比較麻煩。,1.,金剛石化學(xué)鍍前處理方法,（,1,）凈化處理。用堿溶液化學(xué)除油使表面清潔。,（,2,）粗糙化處理?；瘜W(xué)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(jī)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(xué)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，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(shí)間保持其還原能力,，并且能控制其還原反應(yīng)的速度，要點(diǎn)是敏化所要還原出來的不是連續(xù)的鍍層，而只是活化點(diǎn)。,目前，對于非金屬化學(xué)鍍鎳用得最多的是,Pd,（鈀）活化工藝。當(dāng)吸附有,Sn,（錫）的非金屬表面接觸到,Pd,活化液時(shí)，,Pd,會(huì)被,Sn,還原而沉積到非金屬表面形成活化中心，從而順利進(jìn)行化學(xué)鍍。,工序,目的,方法,工藝條件,備注,凈化,脫脂,堿性化學(xué)液,熱煮,有機(jī)溶液,浸泡,粗化,表面粗糙化,熔融苛性堿類或硝酸鈉、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(zhǔn)備,SnCl,2,2H,2,O 10,20g,L,1,HCl 40ml,L,1,錫粒少量,室溫?cái)嚢?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(xué)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(xué)鍍及電鍍前的表面預(yù)處理,重新畫,4.,化學(xué)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(xué)鍍銅工藝規(guī)范（含量,/gL,1,）,5.,化學(xué)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,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(xué)鍍鎳工藝規(guī)范（含量,/gL,1,）,二,.,電鍍,化學(xué)鍍?nèi)芤翰环€(wěn)定，使用壽命短，化學(xué)鍍鍍層薄，厚的鍍層會(huì)發(fā)生脆裂和脫落現(xiàn)象。因此，常采用電鍍的方法在化學(xué)鍍基底上繼續(xù)加厚。,電鍍是一種用電化學(xué)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（,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,）,250,300,300,340,250,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,）,1.0,2.5,0.5,1.0,1.0,2.0,1.0,2.0,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(shí)需要鍍鈦、鉬和鎢等高熔點(diǎn)高硬度金屬。鍍覆這些金屬材料，采用化學(xué)鍍和電鍍難以實(shí)現(xiàn)，需要采用真空鍍技術(shù)。,真空鍍主要用于制造化學(xué)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(xué)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(xué)氣相沉積是利用加熱、等離子體激勵(lì)或光輻射等方法，使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在襯底表面反應(yīng)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(yīng)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(jī),1.,主要技術(shù)指標(biāo)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(dāng)?shù)腻兏矞囟?，不至于產(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(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高。,真空微蒸發(fā)鍍技術(shù)指標(biāo),（,4,）鍍后單顆?？箟簭?qiáng)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(xì)粒度可達(dá),W2.5/5,。,（,5,）開發(fā)的專用設(shè)備單次鍍覆量達(dá)到,8000,克拉，實(shí)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(shù)特征及應(yīng)用效果的比較,技術(shù)特征和應(yīng)用效果,鹽浴鍍覆,物理氣相沉積,化學(xué)氣相沉積,低溫電鍍或復(fù)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(yīng)碳化物,鈦、鉬、鎢、鉻，無碳化物,鈦、鉬、鎢、鉻及相應(yīng)碳化物,鎳或鎳,-,鎢、鎳,-,鈷合金,鈦、鉬、鎢、鉻及相應(yīng)碳化物,鈦、鉬、鎢、鉻及相應(yīng)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(qiáng)力冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高,物理結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度低,冶金結(jié)合,機(jī)械包覆，無結(jié)合強(qiáng)度,冶金結(jié)合,化學(xué)鍵合，結(jié)合強(qiáng)度高,鍍覆溫度及金剛石熱損傷,850-1100,，嚴(yán)重?zé)釗p傷,850,，嚴(yán)重?zé)釗p傷,850,，嚴(yán)重?zé)釗p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(yīng)用效果,未應(yīng)用,工具壽命提高,10-20%,未應(yīng)用,未應(yīng)用,效果不明顯,工具壽命、強(qiáng)度、加工效率均能提高,20%,左右,鍍鈦金剛石的經(jīng)濟(jì)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(hù)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(dāng)增加低價(jià),格,的細(xì)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(shí)現(xiàn)了高鐵（,75%,）結(jié)合劑的廣泛應(yīng)用。,4,）鍍鈦金剛石降低了原料、工藝、模具波動(dòng)對工具性能的影響，有利于保障產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性。,