金剛石鍍膜概述

2021-01-21 hc360慧聰網

    慧聰表面處理網:

    1、概述:

    人造金剛石可以用爆炸法、爆轟法及靜壓法這三種方法獲得。爆炸法生產量大,生產出來的金剛石單晶為球形納米顆粒;單晶金剛石應該有三種形態,六面體由5個碳原子組成,八面體由6個碳原子組成,十二面體由8個碳原子組成,球形單晶以八面體為多數,單晶粒徑4-6nm,爆炸法及爆轟法獲得的人造金剛石會與水分子組成結晶水金剛石,同時還會與水分子團聚在一起,組成幾微米至十幾微米的納米金剛石團聚體;這些團聚物,沒有硬度,沒有切削能力,在鍍膜中,受摩擦壓力時,還會散開,造成對鍍膜的破壞,加速鍍膜的磨損,只有將納米金剛石團聚體打散、分解為20-30nm的硬團聚物時,再鍍到鍍膜中,才會有很高的硬度及耐磨性能。

    靜壓法獲得的金剛石,多為六面體,相互連結,形成微米級金剛石顆粒,在超聲氣流對撞中,微米級金剛石很容易破碎為80-160nm顆粒的金剛石,這些金剛石很不規則,成多稜形、片形等等,硬度高、耐磨,有很好的切削性能,一家生產磁頭的跨國公司就用這種100-125nm的金剛石懸浮液來拋光磁頭,使磁頭的平面度為±1nm;磁頭是電腦硬碟的核心,磁頭有軟層,如銅層或黃金層,也有硬層,如Al2O3層,要將軟硬材料混合在一起的多層材料,拋光到平面度±1nm;到目前為止,也只有用金剛石,他們採用的是美國和日本生產的100-125nm顆粒的金剛石懸浮液,其金剛石形態就是很不規則的多稜形及片形。

    無論是用爆炸法、爆轟法,還是靜壓法生產的人造金剛石,在作成鍍膜時,都必須用非離子表面活性劑,將金剛石先配製成懸浮液,然後才能添加到電鍍液或化學鍍液中,並用超聲波對鍍液進行振蕩,並用壓縮空氣進行攪拌,使金剛石懸浮液充分混合在鍍液中,才能進行施鍍,從而獲得含人造金剛石的鍍膜。

    2、人造金剛石鍍膜

    2.1電鍍鍍膜:電鍍種類很多,僅介紹電鍍鎳/金剛石,電鍍鎳合金/金剛石,電鍍鉻/金剛石三種鍍膜。

    2.1.1電鍍鎳/金剛石複合膜

    電鍍鎳是一個應用很廣泛的鍍種,是電鍍裝飾鉻及裝飾產品的必須鍍種,鎳鍍層硬度HV0.1220-260,由於鍍鎳層較軟,將金剛石納米粒包容後共沉積在被鍍件表面,添加金剛石量為10-15g/L,金剛石顆粒會較密集的分布在被鍍的工件表面,在鍍膜中金剛石含量為2%左右,可提高鍍層硬度到HV0.1300-350。如果鍍液中加入量為3-5g/L,則鍍層硬度沒有明顯提高,且鍍層中的金剛石含量也會很少。當該鍍膜作切割用途時,由於鎳層較軟,鍍膜受到切削力的衝擊作用,金剛石顆粒在鍍膜中會產生位錯移,從而減小了切削作用。在鍍膜中包裹面較少的金剛石顆粒,甚至在受力作用時會產生滾動,切割鍍膜,使金剛石鍍膜迅速破壞磨損,從而不能獲得較好的切削使用效果。

    2.1.2電鍍鎳合金/金剛石複合膜

    為了提高鎳/金剛石複合膜的硬度,可在電鍍鎳溶液中,添加鈷Co和錳Mn,形成電鍍NiCoMn/金剛石複合膜,該鍍層硬度較高,可達到HV0.1400-500,這種鎳合金/金剛石複合膜克服了Ni鍍層較軟的缺點,鍍層較硬,在作切削用途時,受衝擊力的作用,金剛石顆粒不會產生位錯移,也不會產生滾動,從而保證了金剛石稜邊的切削作用,以及球形顆粒金剛石在鍍膜中的耐磨作用。

    2.1.3電鍍鉻/金剛石複合膜

    電鍍硬鉻應用也較廣泛,硬鉻層的硬度可達HV0.11050-1200,但鍍層是脆性,金剛石顆粒包容在Cr中,共沉積在工件表面,受到切削衝擊力作用時,同樣會產生脆性位錯移,甚至起皮,從工件表面脫落,因此,電鍍Cr/金剛石複合膜建議選用電鍍乳白鉻/金剛石複合膜,鍍層硬度為HV0.1860-900,在鍍液中,金剛石的添加量為:10-15g/L,金剛石在鍍層中的含量為2%左右,金剛石在鍍膜中嵌得很牢固,由於鉻層的耐磨性及乳白鉻的潤滑性和金剛石的耐磨、切削性,這是一種很好的耐磨切削鍍層,作各種切削工具,如鑽探用鑽頭,金屬切削刀具、鋸條、金剛銼等都是很適用的鍍膜。

    2.2化學鍍:NiP/金剛石複合膜

    化學鍍NiP鍍層是一個高新科技鍍種,它的環境汙染是電鍍鎳的1/10,是電鍍鉻的1/100,近幾年該鍍種在全世界推廣應用十分迅速,已發展到工業生產的各個領域,在IT產業、電子產業、機械工業、汽車、摩託車、航空、航海、宇航、兵器、氣動元件、閥門、管路、塑料、五金、裝飾、建材、交通等各行業中都得到了廣泛應用。

    化學鍍NiP鍍層的高防腐性、自潤滑性及耐磨性和裝飾性是它得到廣泛應用的主要原因,另外是該鍍種投資少、上馬快,很容易見成效,在美國已有1000多家化學鍍工廠,在我國近幾年發展也非常迅速,它可以在鐵基合金、銅基合金、鋁基合金、不鏽鋼、鎂基合金、塑料上直接鍍,因此,該鍍種大有取代電鍍的趨勢。

    化學鍍NiP鍍層硬度為HV0.1500-550,徑400℃±10℃×1h熱處理,鍍層硬度為HV0.1850-900,完全可以達到電鍍鉻鍍層的效果。

    化學鍍NiP/金剛石複合膜,在鍍液中的添加量為2g/L,在鍍層中金剛石含量可達到3%-3.5%,高於電鍍層中的金剛石含量。而在鍍液中的添加量是電鍍液中添加量的1/5-1/10,因此成本相應還可低一些,第一次投資相應會少一些。

    由於化學鍍NiP/金剛石複合膜對金剛石顆粒具有最好的包裹效果,因此金剛石顆粒受到衝擊切削力作用時,不會產生位錯移,不會損傷鍍膜,因此無論是作切削工具用鍍膜,還是作耐磨性鍍膜都可達到很好的使用效果。

    3、結論:

    3.1切削工具用鍍膜

    切削工具用鍍膜最好選用靜壓法生產的多稜邊形金剛石,因為多稜形金剛石才會有比較好的切削效果,如要拋光切削到1nm的微小平面度,最好選用80-125nm顆粒的多邊形、多稜形金剛石,用來配製到電鍍液或化學鍍液中,才會有比較理想的金剛石鍍膜,達到所要求的切削效果。

    3.2耐磨性鍍膜

    耐磨性鍍膜,最好選用爆炸法或爆轟法生產的球形顆粒金剛石,在配製懸浮液或漿料時,最好是將球形納米金剛石進行解團聚,使團聚體分解成20-30nm的球形硬團聚體,也就是不可再分的球形顆粒金剛石,這種顆粒添加到鍍液中共沉積到鍍件表面形成鍍膜,就會具有很高的耐磨性和自潤滑性,是一種很好的耐磨鍍層,以NiP鍍層為例,不加球形金剛石的鍍膜,在HV0.1850-900的情況下,與加球形顆粒金剛石的鍍膜,在相同硬度情況下,其耐磨性可提高10-20倍。

責任編輯:侯俊梅

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