一種薄型刃具表面的電鍍工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種薄型刃具表面的電鍍工藝，電鍍液的組成和電鍍工藝為：硫酸鎳230～270g/L，氯化鎳40～55g/L，硼酸35～45g/L，硫酸鈷10～20g/L，硫酸錳1～5g/L，糖精0.5～0.8g/L，丁炔二醇0.1～0.5g/L，十二烷基硫酸鈉0.05～0.15g/L，金剛石微粒40～70g/L，pH值3.8～4.2，電流密度1～4A/dm2，溫度45～55℃，超聲攪拌。所述工藝通過控制鎳-金剛石復合電鍍的工藝條件,如鍍液成分含量、溫度、電流密度、酸度、金剛石粒度及含量等，使沉積金屬晶粒細小,金剛石分布均勻,鍍層有足夠的硬度、強度及耐磨性,切削鋒利、自銳性好。
【專利說明】—種薄型刃具表面的電鍍工藝【技術領域】
[0001]本發明涉及鎳基復合鍍層及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的發展，機械零件更多地在復雜、苛刻的條件下工作，因此對材料表面性能也提出了越來越高的要求。作為一種行之有效的表面改性措施，表面涂覆技術應運而生并獲得了廣泛應用。為了提高單一鍍層的綜合性能常利用各種超硬、減摩材料來制備復合鍍層。復合鍍就是將某些特殊的惰性粒子加入到鍍液中，通過電化學或化學沉積的方法使這些微粒與金屬或合金共沉積，從而形成具有特殊性能的復合鍍層。目前，加入到鍍液中的第二相粒子主要有兩類，一類是提高鍍層耐磨性的超硬粒子，如Al203、SiC、Si3N4等；另一類是改善鍍層減摩性能的減摩粒子，如MoS2、PTFE等。常規的復合鍍技術多是選用微米級、亞毫米級甚至是毫米級的固體顆粒，粒子尺寸較大，在鍍液中的懸浮能力差，進入鍍層中的粒子含量低、分布不均勻，表面極易產生缺陷，對金屬鍍層性能的改善效果并不十分理
本巨
ο
[0003]CN101122044A公開了一種含納米金剛石的鎳基復合鍍層及其超聲波輔助制備方法。涉及鎳基復合鍍層及其制備方法。含納米金剛石的鎳基復合鍍層，以金屬鎳或鎳合金為基質，納米金剛石粒子均勻彌散地分布在其內部。制備方法，包括以下步驟:配制納米復合鍍液，在超聲波作用下制備納米復合鍍層。鍍層中納米金剛石粒子以納米尺度均勻彌散地分布于鎳基質中，細化了金屬晶粒，顯著提高了原有鎳鍍層的硬度和摩擦學性能。利用超聲空化作用保證納米金剛石在鍍液和鍍層中的均勻分散并促進納米粒子與金屬的共沉積。該類納米復合鍍層可有效增強工件表面的抗磨、減磨性能，延長工件的使用壽命，可廣泛用于模具、各類軸承、齒輪、發動機及傳動部件等易于磨損的工件上。
`[0004]但是其所采用的電鍍液僅僅是在基礎鍍鎳液的基礎上加入納米金剛石復合得到，并沒有研究適合復合電鍍鎳/金剛石的電鍍液所得的鍍層不能滿足超薄型金剛石刃具的需求。
[0005]超薄型金剛石刃具是在厚度為0.1~0.15mm的特種不銹鋼基體上，通過流鍍-復合電鍍的方式，使固體微粒與多元合金共沉積，獲得鎳-金剛石復合鍍層，從而形成其切割刃口的一種金剛石工具。使用時利用鍍層中金剛石的切削刃，而廣泛用于切割電子材料(硅、鍺等)、石英晶體、脆硬材料、磁性材料及激光晶體等。
[0006]該類工具除對基體材料有特定要求外，還需要鎳-金剛石復合鍍層有足夠的硬度、強度及耐磨性，切削鋒利、自銳性好。因此，必須控制復合電鍍的工藝條件，如鍍液成分含量、溫度、電流密度、酸度、金剛石粒度及含量等。使沉積金屬晶粒細小，金剛石分布均勻，鍍層性能優良。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種薄型刃具表面的電鍍工藝。所述工藝通過控制鎳-金剛石復合電鍍的工藝條件，如鍍液成分含量、溫度、電流密度、酸度、金剛石粒度及含量等，使沉積金屬晶粒細小，金剛石分布均勻，鍍層有足夠的硬度、強度及耐磨性，切削鋒利、自銳性好。
[0008]本發明的目的之一是通過以下方案實現的:
[0009]一種薄型刃具表面的電鍍工藝，電鍍液的組成和電鍍工藝為:硫酸鎳230~270g/L，氯化鎳40~55g/L，硼酸35~45g/L，硫酸鈷10~20g/L，硫酸錳I~5g/L，糖精0.5~
0.8g/L, 丁炔二醇0.1~0.5g/L,十二烷基硫酸鈉0.05~0.15g/L,金剛石微粒40~70g/L，pH值3.8~4.2，電流密度I~4A/dm2，溫度45~55 °C，超聲攪拌。
[0010]其中，硫酸鎳和氯化鎳的重量比為5:1-5.3:1 ；
[0011]其中，硫酸鎳和硼酸的重量比為6:1-6.3:1 ；
[0012]其中，氯化鎳和硼酸的重量比為1.1:1-1.3:1 ；
[0013]其中，Co2+/(Ni2++Co2+)控制在 6.5% 以下；
[0014]其中，Mn2+/(Ni2++Mn2+)控制在 2.5% 以下；
[0015]其中，糖精與丁炔二醇重量為3: I~4:1。
[0016]其中，各組分的作用說明如下:
[0017](I)鍍液中Ni2+離子含量的高低影響陰極電流效率、鍍液分散能力、鍍層粗糙度及機械性能，因此，必須控制在特定的工藝范圍內。
[0018](2) Cl-離子起降低陽極極化、活化陽極及增加鎳離子的擴散系數作用，同時可提高鍍液導電性和分散能力，要求溶液中Cl-離子必須具有一定的含量，且不應低于6g/L。
[0019](3)硼酸作為緩沖劑，主要調節鍍液pH值，并有助于鍍層結晶細致，提高電流效率。
[0020](4)金屬離子添加劑以含Co2+、Mn2+等鹽為主，單獨或聯合使用，起促進劑作用，并參與電沉積過程。它們的加入，一方面提高電解液導電能力和分散能力，同時使鍍層金屬晶粒細化，組織致密以及使鍍層中滲入異類金屬原子造成各種形式的晶格畸變等合金化的途徑來強化鍍層，使鍍層晶粒位移移動阻力增大，導致金屬材料變型抗力的提高，增大鍍層的硬度和強度。
[0021](5)光亮劑可提高鍍層硬度，有良好的整平作用，并且細化晶粒、提高復合鍍層致密性和疲勞極限。若配合不當，可造成鍍層內應力增大，且使鍍層產生脆性[4]。
[0022](6)鍍層金屬的作用一方面是固定并鑲嵌金剛石，另一方面是在切割材料中使刃具上的金剛石適時適量地出露更新，刃具切割材料的切削應是金剛石，而保證和維持金剛石有效工作的則是鍍層金屬，所以，鍍層金屬的硬度及磨損特性在很大程度上決定了金剛石刃具工作效果。鍍層金屬的強度愈高，耐磨性就愈好，但是，鍍層硬度對不同材料的研磨性有一個適應、匹配問題。研磨性小的材料適應較軟磨層的刃具，研磨性大的材料適應較硬鍍層的刃具；并且若鍍層金屬太軟，切割中，抗磨損性小，磨損量增大，包裹金剛石的能力降低，金剛石出露脫落的傾向增大，影響刃具壽命。如果鍍層硬度過高，會造成刃具在切割材料中，鍍層消耗甚微，以致不能維持金剛石微粒正常出露自銳，導致鍍層可能發生脆性增加，而出現崩落、脆斷等現象，使刃具壽命下降及損壞被切材料。因此，刃具性能對所切材料有選擇，材料特點對刃具有要求，只有兩相適應，才能提高切割生產水平，獲取較高經濟效益。[0023]本發明具有以下優點:
[0024](I)本發明的鍍層中納米金剛石粒子以納米尺度均勻彌散地分布于鎳基質中，細化了金屬晶粒，顯著提高了原有鎳鍍層的硬度和摩擦學性能。本發明利用超聲空化作用保證納米金剛石在鍍液和鍍層中的均勻分散并促進納米粒子與金屬的共沉積。該類納米復合鍍層可有效增強工件表面的抗磨、減磨性能，延長工件的使用壽命，可廣泛用于模具、各類軸承、齒輪、發動機及傳動部件等易于磨損的工件上。
[0025](2)復合鍍層的電鍍過程中利用超聲波進行輔助，超聲波發生器置于鍍槽底部，超聲功率為100~500W，頻率28KHZ~40KHZ。電鍍前需預先將納米復合鍍液超聲處理30分鐘，電鍍開始直到結束整個過程始終加以超聲波輔助。在納米復合鍍鎳過程中施加輔助的超聲波，利用超聲空化原理，將鍍液中的納米金剛石二次團聚體打開并維持其均勻穩定地分散，從而保證進入鍍層中的金剛石微粒以納米尺度均勻彌散狀態存在。
[0026](3)針對鍍液中不同成分對鍍層的影響和作用，通過控制其含量，從而可得到使沉積金屬晶粒細化、鍍層性能優良、硬度不同的復合鍍層。因此，通過對鍍液各成分的有效控制，可制作出用于切割不同材料的刃具，從而提高切割生產效率。
【具體實施方式】
[0027]為便于理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
[0028]實施例一
[0029]電鍍液組成為:硫酸鎳230~270g/L，氯化鎳40~55g/L，硼酸35~45g/L，硫酸鈷10~20g/L,硫酸猛I~5g/L,糖精0.5~0.8g/L, 丁炔二醇0.1~0.5g/L,十二烷基硫酸鈉0.05~0.15g/L， 金剛石微粒40~70g/L，pH值3.8~4.2。
[0030]其中，硫酸鎳和氯化鎳的重量比為5:1-5.3:1 ；
[0031]其中，硫酸鎳和硼酸的重量比為6:1-6.3:1 ；
[0032]其中，氯化鎳和硼酸的重量比為1.1:1-1.3:1 ；
[0033]其中，Co2+/(Ni2++Co2+)控制在 6.5% 以下；
[0034]其中，Mn2+/(Ni2++Mn2+)控制在 2.5% 以下；
[0035]其中，糖精與丁炔二醇重量為3:1~4:1。
[0036]將納米復合鍍液加熱至50°C并超聲分散30分鐘后開始電鍍，鍍件為20號碳鋼片，陽極采用電解鎳板，電流密度2A/dm2，電鍍時間為30分鐘。電鍍過程中鍍液始終加以超聲處理，超聲波的功率為300W，超聲頻率為28KHZ。通過上述方法得到了含納米金剛石的鎳基復合鍍層，鍍層厚度11 μ m，SEM下觀察納米金剛石顆粒的粒徑均< lOOnm，復合鍍層的硬度為1200kg/mm2，耐磨性能較純鎳鍍層提高了 5倍。
[0037]對比例一
[0038]取改性處理后的納米金剛石灰粉2g加入100ml水中，超聲分散30min后得到納米金剛石的水分散液，然后按以下配方配制2L含鎳的基礎鍍液=NiSO4.7H20250g/L、NiCl2.6H2045g/L、H3B0435g/L。在400r/min的中速攪拌下將納米金剛石分散液加入鎳的基礎鍍液中得到納米復合鍍液。將納米復合鍍液加熱至50°C并超聲分散30分鐘后開始電鍍，鍍件為20號碳鋼片，陽極采用電解鎳板，電流密度2A/dm2，電鍍時間為30分鐘。電鍍過程中鍍液始終加以超聲處理，超聲波的功率為300W，超聲頻率為28KHZ。通過上述方法得到了含納米金剛石的鎳基復合鍍層，鍍層厚度llym，SEM下觀察納米金剛石顆粒的粒徑均< lOOnm，復合鍍層的硬度為745kg/mm2，耐磨性能較純鎳鍍層提高了 3.5倍。
[0039]對比例二
[0040]取改性處理后的納米金剛石灰粉2g加入100ml水中，采用超聲分散30分鐘后得到納米金剛石的水分散液，然后按以下配方配制2L含鎳的基礎鍍液=NiSO4.7H20150g/L、MgSO4 ?THWSOg/UNaCllOg/U^BOJOg/L、糖精 lg/L、香豆素0.5g/L、十二烷基硫酸鈉0.1g/L0在400r/min的中速攪拌下將納米金剛石分散液加入鎳的基礎鍍液中得到納米復合鍍液。將納米復合鍍液加熱至40°C并超聲分散30分鐘后開始電鍍，鍍件為不銹鋼片，陽極采用電解鎳板，電流密度0.5A/dm2，電鍍時間為60分鐘。電鍍過程中鍍液始終加以超聲處理，超聲波的功率為300W，超聲頻率為28KHZ。通過上述方法得到了含納米金剛石的鎳基復合鍍層，鍍層光亮，厚度為8 μ m，SEM下觀察納米金剛石顆粒的粒徑均< lOOnm，復合鍍層的硬度為652kg/mm2，耐磨性能較純鎳鍍層提高了 2倍。 [0041] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
1.一種薄型刃具表面的電鍍工藝，電鍍液的組成和電鍍工藝為:硫酸鎳230~270g/L，氯化鎳40~55g/L，硼酸35~45g/L，硫酸鈷10~20g/L，硫酸錳I~5g/L，糖精0.5~0.8g/L, 丁炔二醇0.1~0.5g/L,十二烷基硫酸鈉0.05~0.15g/L,金剛石微粒40~70g/L，pH值3.8~4.2，電流密度I~4A/dm2，溫度45~55 °C，超聲攪拌。
2.根據權利要求1所述的工藝，其中，硫酸鎳和氯化鎳的重量比為5:1-5.3:1。
3.根據權利要求1所述的工藝，其中，硫酸鎳和硼酸的重量比為6:1-6.3:1。
4.根據權利要求1所述的工藝，其中，氯化鎳和硼酸的重量比為1.1:1-1.3:1。
5.根據權利要求1所述的工藝，其中，Co2+/(Ni2++Co2+)控制在6.5%以下。
6.根據權利要求1所述的工藝，其中，Mn2+/(Ni2++Mn2+)控制在2.5%以下。
7.根據權 利要求1所述的工藝，其中，糖精與丁炔二醇重量為3: I~4:1。
【文檔編號】C25D15/00GK103806075SQ201210450956
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優先權日:2012年11月12日
【發明者】劉茂見 申請人:無錫三洲冷軋硅鋼有限公司