王 琳， 黃志偉， 李云東， 孟 普， 業(yè)紅玲， 趙 靜

（1.蚌埠學(xué)院 機(jī)械與電子工程系，安徽 蚌埠233030；2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封475004；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州450002）

0 前言

電鍍金剛石工具及燒結(jié)金剛石工具的磨粒在胎體中均無序分布，而釬焊金剛石工具在制作時(shí)實(shí)現(xiàn)了顆粒的均勻有序排布，這在金剛石工具行業(yè)是一大創(chuàng)新。胎體中隨機(jī)分布的金剛石顆粒很容易產(chǎn)生偏析與堆積，嚴(yán)重影響工具的使用性能及壽命［1］。金剛石在胎體中的理想狀態(tài)是均勻有序分布，單位面積上參與工作的磨粒增多，出刃均勻，受力情況基本一致，工具的使用性能及壽命顯著提高。

在電鍍制品上實(shí)現(xiàn)金剛石顆粒的有序排布至今未見相關(guān)研究成果。人們對(duì)電鍍工具新工藝的探索雖然取得了一定的成果，但是金剛石工具性能的提升空間還有待進(jìn)一步發(fā)掘。將金剛石顆粒離散排布技術(shù)應(yīng)用于電鍍工具的制作過程中，是一次大膽的嘗試。

本研究在電鍍過程中將晶形完整、透明度較好的弱磁顆粒應(yīng)用于金剛石工具的制作中。傳統(tǒng)的制作方法是金剛石顆粒雜亂無序地分布在胎體中。這種方法對(duì)弱磁金剛石已不再適用，相關(guān)的研究充分說明弱磁會(huì)對(duì)鍍層產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響［2-4］。借鑒釬焊金剛石工具顆粒均勻有序分布的制作工藝，將弱磁金剛石顆粒呈離散狀態(tài)分布于鍍層中，顆粒與顆粒間存在一定間距，這樣既可以避免金剛石出現(xiàn)偏析、聚集等惡化現(xiàn)象，也可以顯著提高顆粒的利用率及磨削效率。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 鍍液成分及工藝條件

NiSO4·6H2O 180g／L，MgSO4·7H2O 100 g／L，CoSO4·6H2O 10g／L，H3BO340g／L，KCl 37 g／L，十二烷基硫酸鈉0.1g／L，糖精2.0g／L，pH值4.4～4.6，溫度（52±1）℃，陰陽極間距30cm，陽極材料為鎳板。

配制上述溶液時(shí)，為防止雜質(zhì)混入而污染溶液，均采用分析純的化學(xué)試劑和蒸餾水。

1.2 新型電鍍金剛石工具的制備

在45＃鋼基體表面附上特制薄膜，薄膜上帶有間距及尺寸一定的微孔及預(yù)制圖案，相應(yīng)的參數(shù)如下：微孔尺寸0.35mm，孔間距1.1 mm，外圓直徑26mm，內(nèi)圓直徑8mm，薄膜厚度0.15～0.22mm。

工件在進(jìn)入電鍍槽前，對(duì)不需要電鍍的部分進(jìn)行絕緣處理。將經(jīng)過嚴(yán)格表面處理的工件上夾具后，帶電快速進(jìn)入電鍍槽中進(jìn)行大電流沖擊，沖擊電流密度為2.0 A／dm2。1 min 后將電流密度調(diào)至1.5A／dm2，保持10min，開始植砂。弱磁金剛石顆粒采用堿酸結(jié)合的處理方法來凈化表面，以保證界面間的結(jié)合力。為了便于植砂，將工件在電鍍槽中處于平置狀態(tài)，先調(diào)低電流密度至1.0A／dm2，然后采用特定工藝將弱磁金剛石顆粒均勻分布于鋼基體上，再緩緩升高電流密度至1.5A／dm2，維持50～60min后取出，用熱水清洗干凈，去除薄膜?；w經(jīng)過表面凈化及親水化處理后，帶電進(jìn)入電鍍槽中進(jìn)行大電流沖擊，沖擊電流密度為3.0 A／dm2。1min后，將電流密度調(diào)至1.5A／dm2。由于在前序步驟處理時(shí)個(gè)別金剛石顆粒可能脫落，為了使顆粒排布均勻，保證工具的性能，需要對(duì)缺砂的部位進(jìn)行補(bǔ)砂。該步驟完成后，平置鍍半個(gè)小時(shí)左右固砂，然后將工件豎立，與陽極極板相對(duì)，開始進(jìn)行加厚鍍。7h后，將電流密度調(diào)至2.0A／dm2，加厚鍍時(shí)間總計(jì)11.5h，此時(shí)鍍層厚度約為0.30mm。制備的新型電鍍金剛石工具，如圖1所示。工具經(jīng)過開刃處理后即可投入使用。

圖1 金剛石切割片

2 新工藝制備金剛石工具的特點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)采用弱磁顆粒制備金剛石工具，在電沉積過程中，受顆粒磁性及其弱導(dǎo)電性的雙重影響，金剛石與金屬胎體間實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鍵合，鍍層對(duì)金剛石呈現(xiàn)過度包鑲狀態(tài)，胎體對(duì)顆粒的把持力顯著提高。實(shí)驗(yàn)將研究者極力避免在電鍍中使用的材料加以利用，并取得較好的效果。

（2）借助于特制薄膜將弱磁顆粒呈離散狀態(tài)分布于鍍層中，避免了偏析與聚集，磨粒利用率得到顯著提高，工具單位面積上參與工作的金剛石多且出刃均勻。根據(jù)需要可以對(duì)顆粒出刃高度、間距及排布方式進(jìn)行調(diào)整，可較好地控制加工表面粗糙度及被加工件的平整度。

（3）在植砂階段，保證“一孔一砂”難度較大。當(dāng)孔的尺寸與金剛石配合恰當(dāng)時(shí)落砂才能均勻，否則容易出現(xiàn)“一孔多砂、孔中無砂”的現(xiàn)象，影響電鍍金剛石工具的使用性能。目前的植砂技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還需要進(jìn)一步探索。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用新工藝制備電鍍金剛石工具，初步實(shí)現(xiàn)了顆粒在胎體中呈離散分布的狀態(tài)。弱磁金剛石顆粒的利用，使界面間出現(xiàn)化學(xué)鍵合，鍍層對(duì)金剛石的把持力將得到顯著提高。該工藝為電鍍金剛石工作的制作提供了新思路。

［1］姜榮超，雷雨，李超群，等.國(guó)外超硬材料工具的最新應(yīng)用與進(jìn)展（上）［J］.超硬材料工程，2008，20（4）：25-29.

［2］李云東，崔巖，吳風(fēng)華，等.金剛石復(fù)合鍍層表面缺陷的形成原因［J］.電鍍與精飾，2008，30（1）：8-11.

［3］李云東，盧匯洋，蘇宗偉，等.金剛石的嵌入對(duì)其復(fù)合鍍層的影響分析［J］.表面技術(shù)，2007，36（5）：8-10.

［4］李云東，黃志偉，王永田，等.金剛石磁性對(duì)其電沉積復(fù)合鍍層的影響［J］.材料保護(hù)，2008，41（5）：11-14.