磁力超聲電鍍技術對復合鍍層的影響

李變曉 ， 周濤

(白鴿磨料磨具有限公司 ， 河南 鄭州450007)

摘要：觀察并分析了磁力超聲電鍍對復合鍍層的影響。通過對比分析上砂過程中加磁力和未加磁力、加厚過程中采用超聲和未采用超聲得到的復合鍍層的微觀結構，由于磁力的作用，金剛石磨料被均勻吸附在基體表面上，則鍍層表面金剛石磨料分布均勻，特別在低電流區(qū)域內也能獲得有效鍍層，提高沉積效率、降低氫脆；采用超聲波的機械振動作用，去除了附著在鍍層上的氫氣泡，這樣可以提高鍍層致密度，使鍍層細致、緊密、孔隙少。

關鍵詞：磁力 ； 超聲波 ； 電鍍 ； 復合鍍層

中圖分類號：TQ153.3

收稿日期：2015-05-16

基金項目：國家科技重大專項(2010ZX041012-072-4)

作者簡介：李變曉(1984-)，女，碩士，從事超硬材料及制品研究工作，電話：13526838784。

Influence of Magnetic Ultrasonic Electroplating

Technology on Composite Coating

LI Bianxiao , ZHOU Tao

(Dove Abrasives Co.Ltd , Zhengzhou450007 , China)

Abstract:The influence of magnetic ultrasonic electroplating on the composite coating is observed and analyzed.Through comparison and analysis the microstructure of composite coating, which has been obtained at the process of sand with magnetic force and without magnetic force, upsetting with using ultrasonic and without ultrasonic,due to the action of magnetic force, the abrasive of diamond is adsorbed uniformly on the surface of the substrate. We could obtain the effective coating especially during the low current region, that improve the deposition efficiency and lower the hydrogen brittleness. By using ultrasonic mechanical vibration, which remove the hydrogen bubbles of attachment of the coating, improve the density of the coating, also make the composite coating fine and close, less porosity.

Key words:magnetic force ; ultrasonic ; plating ; composite coating

0前言

電鍍金剛石具有高硬度、高耐磨性以及優(yōu)異的導熱性和電絕緣性，現(xiàn)在已經廣泛應用于工具、磨具領域。隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，對電鍍金剛石工具提出了越來越高的要求，對于超細金剛石微粉電鍍，由于磨料比較細，難以實現(xiàn)均勻、致密的鍍層。而國內外對超細微粉電鍍金剛石工具的應用研究處于初級階段。

本文對超細金剛石微粉電鍍進行了研究，在電鍍過程中引入了一種磁力和超聲波的電鍍技術，從而改變電鍍工藝條件，得到均勻致密的復合鍍層，實現(xiàn)電鍍工具的納米級磨削。

1試驗部分

配制電鍍液。本實驗采用瓦特鍍液，電鍍前金屬基體的表面處理工藝流程為：機械處理→除油→酸洗→水洗。預鍍，上砂，加厚，鍍后處理修整后涂防銹油，防止在儲存過程中生銹。

鍍液的pH值、電流密度和溫度均影響鍍層性能，鍍液pH值為4.2，鍍液溫度為45 ℃，實驗中采用的預鍍電流密度為1.5 A/dm2，預鍍時間6 min；上砂電流密度為1.5 A/dm2，時間4.5 min；加厚鍍時，電流密度為1.8 A/dm2，加厚時間為12 min。

電鍍時間根據(jù)磨料粒度和鍍層厚度需求來定。

本試驗所用的電鍍電路主要包括：直流電源、萬用電流表、調壓變壓器、數(shù)控超聲清洗器、導線、陰極、陽極、電鍍液、鍍槽、陽極袋。

本試驗采用磁力上砂工藝，提高了磁感應強度，對基體鍍面部分施加500 mT的磁感應強度，并在鍍層加厚過程中采用了(超聲波振動功率為200 W，頻率28 kHz)，最終使鍍層組織均勻性、致密性及硬度提高，從而使鍍層對金剛石磨料的把持力提高。

1.1磁力電鍍技術

在上砂過程中引入了磁力上砂法，對基體添加磁力的方法如圖1所示。上砂過程中，陽極材料和砂輪基體間隔一定距離放入金剛石磨料與電鍍液的混合液中，基體與外加磁力電源相連接，對基體鍍面部分施加磁感應強度，通過控制磁力的大小來控制砂輪基體對不同粒度金剛石磨料的吸附力，從而控制不同粒度磨料在基體上的沉降速率，從而解決細粒度金剛石磨料不容易沉積在基體上的難題。實驗表明，磁力上砂法制備的砂輪磨料分布均勻，形狀保持性好，滿足高精度、高效率磨削需要。

圖1　磁力上砂示意圖

具體操作過程是：將金剛石磨料加入電鍍液中配制成金剛石磨料的質量分數(shù)為30%的混合液，將帶有預鍍層的砂輪基體鍍面部分浸入混合液中，不斷攪拌混合液，對基體鍍面部分施加500 mT的磁感應強度，如圖2所示。通過外加磁力電源對基體施加磁感應強度，使金剛石磨料吸附到基體鍍面部分，然后通過電沉積形成一層電鍍層，將金剛石磨料固結在基體上，從而提高細粒度金剛石的沉降速率，使得鍍層平整，磨削均勻性好。

a.未采用磁力上砂　　　　　b.采用磁力上砂

1.2超聲波電鍍技術

加厚過程中使用超聲波，功率200 W，頻率28 kHz，可以使鍍層對基體的包裹能力提高，使金剛石顆粒的包裹量增加，細化鍍層結晶晶粒，可以有效地防止鍍層在不同程度上存在的孔隙，從而增加鍍層對金剛石磨料的把持力度，增強鍍層與基體的界面結合強度，改善了鍍層組織致密程度分布不均的缺陷。上砂后用電鍍液沖洗除去鍍面部分的外圍浮砂，再放入有超聲振動的鍍液中加厚。

2結果分析

2.1磁力法上砂對鍍層形貌的影響

上砂過程引入磁力電鍍工藝，從圖2中可以看出，未采用磁力電鍍工藝的鍍層磨料分布不均勻，鍍層表面金剛石磨料部分出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，而采用磁力電鍍后，鍍層表面金剛石磨料則分布比較均勻。這主要是因為上砂過程中，如果僅靠磨料自身重力作用沉積在基體上，磨料容易分散不開，因此出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，在基體表面添加磁力，則由于磁力作用，金剛石磨料被吸附在基體表面上，因此金剛石磨料不宜聚集，則鍍層表面金剛石磨料分布比較均勻。

2.2磁力法上砂對電流密度的影響

如圖3所示，加磁場和未加磁場電流面密度在低電流區(qū)有一定的變化，當達到1.5 A/dm2，曲線的斜率與未加磁場的幾乎一致。引入了磁力法，通過對鍍液進行磁化處理，在一定程度上擴大了有效鍍層范圍，即磁化使氫的析出電位的負移大于金屬析出電位的負移， 增加了單位面積內離子的移動速率，特別在低電流區(qū)域也能獲得有效鍍層，可以提高沉積效率和降低氫脆。

圖3　磁化處理和非磁化處理的陰極極化曲線

2.3超聲波對鍍層形貌的影響

加厚階段引入超聲波電鍍(頻率28 kHz)，利用超聲波的機械振動作用，去除了附著在鍍層上的氫氣泡，這樣可以提高鍍層致密度，從而改善鍍層質量，使鍍層細致、緊密，孔隙少，對金剛石的包裹能力也增強。從圖4中可以明顯看出，圖4a有明顯孔隙，在加厚過程中對鍍層進行超聲波處理后(頻率28 kHz)明顯比未采用超聲波處理的鍍層更致密。

a.鍍層加厚未采用超聲波　b.鍍層加厚采用超聲波處理(頻率28kHz)

圖5是相同時間下超聲波對鍍層厚度的影響，從SEM圖中可以明顯看出，在加厚過程中對鍍層進行超聲波處理(功率200 W，頻率28 kHz)明顯比未采用超聲波處理的鍍層要厚。這主要是因為超聲波震動會使鍍液中離子運動加速，使得離子在陰極和陽極之間運動的時間縮短，從而起到提高電流效率的作用；在超聲波作用時，鍍層與基體結合能力較強；無超聲波作用時，鍍層容易與基體分離，結合強度較弱。

a.鍍層加厚未采用超聲波　b.鍍層加厚采用超聲波處理(頻率28kHz)

3結論

綜上所述，與普通電鍍相比，通過分析磁力法上砂、電流密度、超聲波對鍍層形貌和鍍層厚度的影響。可以得出以下結論：電鍍上砂過程中加入磁力，由于磁力作用，金剛石磨料被吸附在基體表面上，因此金剛石磨料不宜聚集，則鍍層表面金剛石磨料分布比較均勻；引入了磁力，通過對鍍液進行磁化處理、在一定程度上擴大了有效鍍層范圍，特別在低電流區(qū)域也能獲得有效鍍層，提高了鍍層沉積效率。電鍍加厚過程中加入超聲波，可以細化鍍層組織，加快析氫，減少孔隙率，使鍍層更致密，從而提高了鍍層的耐腐蝕性、耐磨性等；無超聲波作用時，鍍層容易與基體分離，結合強度較弱，在超聲波條件下電鍍，鍍層與基體結合能力較強。

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