專利名稱：具有高硬度高耐磨性的電鍍金剛石工具及制造方法
技術領域：
本發明屬于電鍍金剛石工具，尤其涉及一種具有高硬度和高耐磨性的電鍍 金剛石工具；同時還涉及該工具的制造方法。
背景技術：
金剛石有極高的硬度，用金剛石制作的工具適宜加工硬而脆的材料，而采用 電鍍技術制備電鍍金剛石工具不僅制作溫度低，避免了高溫損傷金剛石，增加 了這種工具的使用壽命；也提高了工具加工效率和加工質量；目前，電鍍金剛 石工具，已在機械、電子、建筑、鉆探、光學玻璃加工等工業領域得到廣泛應 用。目前電鍍金剛石工具的制備主要采用直流電鍍鎳鈷合金的辦法，鎳鈷合金 具有比純鎳較高的硬度和韌性且與金剛石結合能力較好，但是它所要求鈷的含 量過高，只有在達到約30%時，才能保證較高的硬度及耐磨性，而鈷價格較貴。 另外，鍍層中若鈷含量超過30%后，鍍層內應力很大，很容易引起龜裂和起皮 脫落。由于電鍍鎳鈷合金硬度范圍較窄，制成的工具用來加工硬石材、超硬石 材、玻璃以及強研磨性巖層時，它的耐磨性常顯得不足。再則，目前采用直流 電沉積制備工具需要的電鍍時間長，因此拉長制備周期。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有高硬度和高耐磨性，使用壽命長、制造周期 短的以納米鎳鈷合金為胎體材料的電鍍金剛石工具；同時提供該工具的制造方法。
本發明目的是通過以下技術方案實現的這種具有高硬度高耐磨的電鍍金 剛石工具，它是在金剛石工具坯體上有納米鎳鈷材料鍍層。
制造這種具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具的方法包括制備電鍍液、 對金剛石工具坯體的鍍前處理和對處理后金剛石工具坯體進行電鍍；在對處理 后金剛石工具坯體進行電鍍時，是采用脈沖電鍍方法在金剛石工具坯體上電鍍 納米鎳鈷材料，其電鍍液包括下述組分制成
硫酸鎳200—300克/升、氯化鎳25—40克/升、硫酸鈷2 — 12克/升、 晶粒細化劑2—6克/升、十二烷基硫酸鈉0.005克/升、硼酸30—30克/升。
對處理后金剛石工具坯體進行電鍍時，采用的脈沖電參數為峰值電流密 度100 230A/dm2 ，電流通開時間 l一5ms，電流關斷時間 5 —15ms。 所述的細化添加劑是糖精或香豆素。
電鍍時，電鍍液的溫度為32 —50°C。
所述的電化學除油液包括下述組分制成
NaOH 35 45g/l
Na2C03 26~35g/l
Na3P04 25~29g/l或 31~35g/l
Na2Si03 3~7g/l;
經電化學除油后的工件再用50%的H2S04溶液做電化學活化，而后用濃度 等于或小于5X的H2S04溶液進行弱酸侵蝕。
采用脈沖電鍍方法在金剛石工具坯體上鍍上納米鎳鈷材料的底層后，再采 用直流電沉積上砂，而后采用脈沖電流沉積加厚鍍層；上砂時所采用直流電的 電流密度為l.l 2.2A/dm2;采用脈沖電流沉積加厚鍍層的脈沖電參數為峰值電 流密度為 90~230A/dm2 ，電流通開時間1—5ms,電流關斷時間 5 — 15ms。
由于納米材料晶粒細小，晶界數量大幅度的增加，可使材料的強度、韌性 和超塑性大為提高，而本發明鍍液中的硫酸鎳、氯化鎳、硫酸鈷均選用了恰 當的用量，電鍍液中又添加了晶粒細化劑，再配合利用脈沖電流手段，能得到 鎳鈷合金的納米晶粒材料，這些納米晶粒材料制成的金剛石工具，具有很高的 硬度和高耐磨性，從而延長了工具的使用壽命；又由于，脈沖電鍍有比直流電 鍍大得多的電流密度，所以它比直流電鍍效率高，因此縮短了工具的制造周期； 另外本發明的制造方法適用于硬度范圍較寬的胎體材料，故利用該方法可以制 造出能加工不同硬度材料的工具。
具體實施例方式
實施例l:本實施例中的具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具，它是在金剛 石工具坯體上有納米鎳鈷材料鍍層。
這種工具制造的方法如下
(1)金剛石工具坯體的鍍前處理
a、 先對金剛石工具坯體的粗糙面進行機械修整，而后用強酸浸泡l分鐘， 再用水將工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 35g/l、Na2C03 26g/l 、Na3P04 25g/l 、Na2Si03 3g/l 配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的 H2S04溶液做電化學活化，再用濃度等于5^的H2S04溶液進行弱酸侵蝕。
(2) 電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，硫酸鎳200克/升、氯 化鎳25克/升、硫酸鈷2克/升、 晶粒細化劑2克/升、十二垸基硫酸鈉 0.005克/升、硼酸30克/升和適量的蒸餾水；晶粒細化劑采用糖精。
(3) 電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為50mm ，S陰:S陽 1: 8，陽極采用鎳板；用上述配制的電鍍液，采用脈沖電流進行電鍍， 采用的脈沖電參數為峰值電流密度為90A/dm2 、電流開通時間為lms、電流 關斷時間為25ms。
電鍍過程中鍍液溫度保持30—32°C。
實施例2:本實施例中的電鍍金剛石工具，也是在金剛石工具坯體上有納米 鎳鈷材料鍍層。
這種工具制造時，在步驟(1)中
a、 金剛石工具坯體的粗糙面進行機械修整后用強酸浸泡2分鐘，再用水將 工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 45g/l、Na2C03 35g/l 、Na3P04 29g/l 、Na2Si03 7g/l
配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的 H2S04溶液做電化學活化，再用濃度為4。/^的H2S04溶液進行弱酸侵蝕。
(2)電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，硫酸鎳300克/升、氯 化鎳40克/升、硫酸鈷12克/升、 晶粒細化劑6克/升、十二烷基硫酸鈉 0.005克/升、硼酸40克/升和適量的蒸餾水；晶粒細化劑采用香豆素。
在步驟(3)的電鍍中電極間距為 100mm ，S陰S陽1:16;用上述
配制的電鍍液，采用脈沖電流進行電鍍，采用的脈沖電參數為峰值電流密度
為230A/dm2 、電流開通時間為5ms、電流關斷時間為15ms;
電鍍過程中鍍液溫度保持49一5(TC。其他均與實施例l相同。
實施例3:本實施例中，具有納米鎳鈷材料鍍層的金剛石工具的制造方法是
(1)金剛石工具坯體的鍍前處理
a、 先對金剛石工具的粗糙面進行機械修整，而后用強酸浸泡3分鐘，再用 水將工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 40g/l、Na2CO3 30g/l 、Na3P04 31g/l 、Na2Si03 4g/l
配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的
H2S04溶液做電化學活化，再用濃度等于3.5X的H2S04溶液進行弱酸侵蝕。
(2) 電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，硫酸鎳220克/升、氯 化鎳28克/升、硫酸鈷3克/升、香豆素3克/升、十二烷基硫酸鈉 0.005 克/升、硼酸32克/升和適量的蒸餾水；
(3) 電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為 70mm ， S陰:S^ 1:9，陽極用鎳板，用上述配制的電鍍液，采用脈沖電流進行電鍍，采 用的脈沖電參數為峰值電流密度為110A/dm2 、 電流開通時間為2ms、電流 關斷時間為7ms;
電鍍過程中鍍液溫度保持33 — 35'C。
實施例4:本實施例中的電鍍金剛石工具也為金剛石工具坯體上有納米鎳鈷
材料鍍層。
這種工具制造時，在步驟(1)中
所配制成的除油液組分為NaOH 43g/l、Na2C03 28g/l 、Na3P04 35g/l 、 Na2Si03 5g/l，經電化學活化后再用濃度等于4.5%的H2S04溶液進行弱酸侵
(2) 電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，硫酸鎳230克/升、氯 化鎳38克/升、硫酸鈷8克/升、 糖精5克/升、十二垸基硫酸鈉 0.005 克/升、硼酸38克/升和適量的蒸餾水；
(3) 電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為 75mm ， S陰S ffi 1:11，用上述配制的電鍍液，采用脈沖電流進行電鍍，峰值電流密度 為120A/dm2 、電流開通時間為3ms、電流關斷時間為10ms;
電鍍過程中鍍液溫度保持36—38i:。 其他均與實施例l相同。
實施例5:本實施例中的電鍍金剛石工具也為金剛石工具坯體上的鍍層是納 米鎳鈷材料。
這種工具制造時，步驟(1)中
所配制成的除油液組分為NaOH 37g/l、 Na2C03 32g/l 、 Na3P04 27g/l 、 Na2Si03 6g/l，經電化學活化后再用濃度等于3X的H2S04溶液進行弱酸侵蝕。 (2)電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，硫酸鎳250克/升、氯 化鎳30克/升、硫酸鈷10克/升、香豆素4克/升、十二烷基硫酸鈉 0.005
克/升、硼酸35克/升和適量的蒸餾水；
在步驟(3)中電極間距為78mm ， SM:Sra 1:13;陽極采用鎳板； 用上述配制的電鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍時，采用的脈沖電參數為峰 值電流密度為150A/dm2 、電流開通時間為4ms、電流關斷時間為12ms;
經過28分鐘后，采用直流電沉積上砂，上砂時所采用直流電的電流密度 為1.1A/dm2 ，上砂時間為40分鐘；再采用脈沖電流沉積加厚鍍層，脈沖電參 數為峰值電流密度100A/dm2電流開通時間為lms、電流關斷時間為5ms;加 厚時間為150分鐘。
電鍍過程中鍍液溫度保持39—4rC。
實施例6:本實施例中的具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具，是在金剛石 工具上有納米鎳鈷材料鍍層。
這種工具制造的方法如下
(1)金剛石工具坯體的鍍前處理
a、 先對金剛石工具坯體的粗糙面進行機械修整，而后用強酸浸泡4分鐘，
再用水將工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 39g/l、Na2C03 33g/l 、Na3P04 33g/l 、Na2Si03 3g/l 配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的 H2S04溶液做電化學活化，再用濃度等于5^的H2SC)4溶液進行弱酸侵蝕。
(2) 電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制硫酸鎳280克/升、氯化 鎳35克/升、硫酸鈷5克/升、 糖精4克/升、十二垸基硫酸鈉 0.005克 /升、硼酸39克/升和適量的蒸餾水；
(3) 電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為 100mm ， Sffi:Sra 1: 16;陽極用鎳板；用上述配制的電鍍液，采用脈沖電流進行電鍍， 采用的脈沖電參數為峰值電流密度為180A/dm2 、電流開通時間為3ms、電 流關斷時間為14ms; 電鍍過程中鍍液溫度保持43"C。
實施例7:本實施例中具有納米鎳鈷材料鍍層的金剛石工具的制造方法中， 采用的電鍍液組分為硫酸鎳290克/升、氯化鎳29克/升、硫酸鈷9克/升、 糖精5克/升、十二烷基硫酸鈉0.005克/升、硼酸37克/升和適量的蒸餾 水；
電鍍時，電極間距為85mm ， S陰:S陽1:12;在金剛石工具上鍍上納米 鎳鈷材料的底層時脈沖電參數為峰值電流密度為200A/dm2 、 電流開通時間 為5ms、電流關斷時間為9ms;直流電沉積上砂時所采用直流電的電流密度為 2.2A/dm2 ，上砂時間為58分鐘，用脈沖電流沉積加厚鍍層時，峰值電流密度 230A/dm2 ，電流開通時間為5ms、電流關斷時間為15ms;，加厚時間為110分 鐘。鍍液溫度保持46—47"C
其他加工方法和工藝條件均與實施例1相同。
實施例8:本實施例中具有納米鎳鈷材料鍍層的金剛石工具的制造方法中， 采用的電鍍液組分為硫酸鎳240克/升、氯化鎳32克/升、硫酸鈷7克/升、 香豆素2克/升、十二烷基硫酸鈉0.005克/升、硼酸33克/升和適量的蒸 餾水；
在金剛石工具上鍍上納米鎳鈷材料的底層時，脈沖電參數為峰值電流密
度為210A/dm2 、電流開通時間為5ms、電流關斷時間為6ms;經過18分鐘； 直流電沉積上砂時所采用直流電的電流密度為2A/dm2 ，上砂時間為50分鐘； 用脈沖電流沉積加厚鍍層時，峰值電流密度130A/dm2 ，電流開通時間為2.5ms、 電流關斷時間為llms;加厚時間為110分鐘；鍍液溫度保持44一45t:;其他均與實施例5相同。
實施例9:本實施例中具有納米鎳鈷材料鍍層的金剛石工具的制造方法中， 采用的電鍍液組分為硫酸鎳260克/升、氯化鎳34克/升、硫酸鈷11克/升、
香豆素6克/升、十二烷基硫酸鈉 0.005克/升、硼酸36克/升和適量的蒸 餾水；
在金剛石工具上鍍上納米鎳鈷材料時脈沖電參數為峰值電流密度為
220A/dm2 、電流開通時間為3.5ms、電流關斷時間為13ms;其他均與實施例2相同。
實施例10:本實施例中的具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具，是在金剛 石工具上有納米鎳鈷材料鍍層。
這種工具制造時，電鍍液按下述組分配制，硫酸鎳270克/升、氯化鎳31 克/升、硫酸鈷6克/升、 香豆素4克/升、十二垸基硫酸鈉 0.005克/升、 硼酸34克/升和適量的蒸餾水；
在步驟(3)的電鍍中電極間距為 100mm ， S陰S陽1:16;陽極用 鎳板，用上述配制的電鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍，采用的脈沖電參數為 峰值電流密度為160A/dm2 、電流開通時間為4.5ms、電流關斷時間為8ms;經 過21分鐘后，把已鍍上納米鎳鈷材料底層的金剛石工具坯體用直流電沉積上砂， 上砂時所采用直流電的電流密度為1.5A/dm2 ，上砂時間為48分鐘；再采用脈 沖電流沉積加厚鍍層，脈沖電參數為峰值電流密度90A/dm2電流開通時間為 3ms、電流關斷時間為llms;加厚時間為110分鐘。
電鍍過程中鍍液溫度保持32—34t:。其他均與實施例3相同。
權利要求
1、一種具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具，其特征在于它是在金剛石工具坯體上有納米鎳鈷材料鍍層。
2、 制造如權利要求1所述的具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具的方法 包括制備電鍍液、對金剛石工具坯體的鍍前處理和對處理后金剛石工具坯體進 行電鍍；其特征在于在對處理后金剛石工具坯體進行電鍍時，是采用脈沖電 鍍方法在金剛石工具坯體上電鍍納米鎳鈷材料，其電鍍液包括下述組分制成硫酸鎳200—300克/升、氯化鎳25—40克/升、硫酸鈷2—12克/升、 晶粒細化劑2 — 6克/升、十二垸基硫酸鈉0.005克/升、硼酸30_30克/ 升。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于對處理后金剛石工具坯體進行電鍍時，采用的脈沖電參數為峰值電流密度100 230A/dm2
4、 根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的細化添加劑是糖精或香豆素。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特征在于電鍍時，電鍍液的溫度為32—50°C。
6、 根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述的電化學除油液包括下 述組分制成NaOH 35 45g/lNa2C03 26~35g/l經電化學除油后的工件再用50%的H2S04溶液做電化學活化，而后用濃度 等于或小于5X的H2S04溶液進行弱酸侵蝕。，、根據權利要求5所述的方法，其特征在于采用脈沖電鍍方法在金剛石 工具坯體上鍍上納米鎳鈷材料的底層后，再采用直流電沉積上砂，而后采用脈 沖電流沉積加厚鍍層；上砂時所采用直流電的電流密度為l.l 2.2A/dm2;采用脈 沖電流沉積加厚鍍層的脈沖電參數為峰值電流密度90 230A/dm2電流通開時間 電流關斷時間Na3P04 Na2SiO25 29g/l或 31~35g/l 3~7g/l電流通開時間 電流關斷時間
全文摘要
一種具有高硬度高耐磨的電鍍金剛石工具，它是在金剛石工具坯體上有納米鎳鈷材料鍍層；這種工具的方法包括制備電鍍液、對金剛石工具坯體的鍍前處理和對處理后金剛石工具坯體進行電鍍；在對處理后金剛石工具坯體進行電鍍時，是采用脈沖電鍍方法在金剛石工具坯體上電鍍納米鎳鈷材料，其電鍍液包括硫酸鎳、氯化鎳、硫酸鈷、晶粒細化劑、十二烷基硫酸鈉和硼酸等組分制成；這種工具，具有很高的硬度和高耐磨性，因此使用壽命長；還具有制造周期短的特點。
文檔編號B24D3/00GK101195208SQ200610128408
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者盧匯洋, 李云東, 李建偉, 李立波, 黃志偉 申請人:河南農業大學