電鍍金剛石工(gong)具(ju)鍍層脫(tuo)落原因的分析及解(jie)決方法

電鍍金剛石工具是指通過金屬電沉積的方法，使金剛石牢固地被胎體金屬包裹在基體（鋼或其它材料）上制作而成的一種金剛石工具，它廣泛應用于機械電子、玻璃、建材、石油鉆探等行業。隨著經濟的發展，科學技術的進步，不同的行業對電鍍金剛石工具的要求基本上是相同的，即效率高、壽命長、磨削精度高。要保證這些特性，鍍層金屬不僅要有較高的硬度、耐磨性，而且要求在基體各個部分要均勻分布，以免鍍層脫落使工具壽命縮短。在某些特殊行業，如磁性材料行業的強力磨削，進刀量都是控制在0.3mm左右(you)；陶瓷行(xing)業的(de)(de)(de)大(da)進刀(dao)量的(de)(de)(de)干磨(mo)削等，對(dui)鍍(du)(du)層金屬與鋼(gang)基體的(de)(de)(de)結(jie)合力要求尤(you)為(wei)苛(ke)刻。在電鍍(du)(du)金剛石(shi)工(gong)具的(de)(de)(de)生產過程(cheng)中，大(da)部分廠家都只注(zhu)意到了(le)鍍(du)(du)層金屬的(de)(de)(de)種類(lei)、硬度(du)、耐磨(mo)性，而往往忽視鍍(du)(du)層金屬與基體結(jie)合力的(de)(de)(de)問題(ti)(ti)。在實際使(shi)用(yong)過程(cheng)中，鍍(du)(du)層脫落的(de)(de)(de)現象屢見不鮮(xian)。本文就這(zhe)一問題(ti)(ti)進行(xing)了(le)原因分析，并對(dui)解決(jue)措施略作探討。

鍍層脫落的種類

電鍍(du)(du)(du)金剛(gang)石(shi)工具在(zai)使用(yong)過程中(zhong)，由于使用(yong)條(tiao)件如磨削力大小、溫升、工件的撞擊(ji)等(deng)原(yuan)因，會造成含(han)有金剛(gang)石(shi)的金屬鍍(du)(du)(du)層與鋼基(ji)體分離的現(xian)象，這就(jiu)是鍍(du)(du)(du)層脫(tuo)落。鍍(du)(du)(du)層脫(tuo)落一般(ban)是局部(bu)脫(tuo)落，鍍(du)(du)(du)層一次性全剝(bo)離的現(xian)象少見。在(zai)實(shi)際使用(yong)過程中(zhong)，鍍(du)(du)(du)層脫(tuo)落的情形大致有如下三種：

（1）鍍(du)層(ceng)(ceng)脫(tuo)落至(zhi)基體表(biao)面(mian)：即含金(jin)剛石的金(jin)屬(shu)鍍(du)層(ceng)(ceng)和不含金(jin)剛石的金(jin)屬(shu)底(di)鍍(du)層(ceng)(ceng)同時與鋼基體分離。

（2）層(ceng)脫落至(zhi)金屬底鍍(du)層(ceng)：即不含(han)金剛石的(de)金屬底鍍(du)層(ceng)與鋼基體未分離，只是含(han)金剛石的(de)金屬鍍(du)層(ceng)與金屬底鍍(du)層(ceng)剝離。

（3）含(han)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)中(zhong)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)狀(zhuang)分離(li)：含(han)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)在使用過(guo)程(cheng)中(zhong)，與(yu)工件(jian)接(jie)觸部分的(de)(de)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)不(bu)(bu)是正常(chang)磨耗，而是非正常(chang)地成片(pian)或(huo)粉末狀(zhuang)脫(tuo)落，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石不(bu)(bu)是全部脫(tuo)落，而是局(ju)部粒狀(zhuang)脫(tuo)落。這種(zhong)現象不(bu)(bu)易引(yin)起注意，造成的(de)(de)后果是制品(pin)壽命較短，往往會給人(ren)一種(zhong)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)把(ba)持(chi)力或(huo)耐磨性(xing)不(bu)(bu)佳的(de)(de)假(jia)象。排除加厚時(shi)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)燒焦和鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)耐磨性(xing)差(cha)等因(yin)素(su)，工具(ju)在正常(chang)使用過(guo)程(cheng)中(zhong)，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石顆粒脫(tuo)落直(zhi)觀表現為工具(ju)表面(mian)有連(lian)續成片(pian)較大的(de)(de)孔(kong)洞時(shi)，應是此類鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)的(de)(de)脫(tuo)落。

電鍍金剛石工具鍍層脫落原因的分析及解決方法

鍍層脫落的原因

電(dian)鍍金剛石工(gong)具在制(zhi)造過程中牽(qian)涉多(duo)道工(gong)序(xu)，任(ren)何一道工(gong)序(xu)進行得不充分，都會造成(cheng)鍍層脫落。

鍍前處理的影響

鋼基體(ti)在進入(ru)電鍍(du)槽之前的(de)(de)(de)(de)處(chu)(chu)理(li)工(gong)序稱之為鍍(du)前處(chu)(chu)理(li)。鍍(du)前處(chu)(chu)理(li)包括：機械(xie)拋光、除油、浸蝕及活化(hua)(hua)等步驟。鍍(du)前處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)是(shi)去(qu)除基體(ti)表面上的(de)(de)(de)(de)毛刺、油污、氧化(hua)(hua)膜(mo)、銹(xiu)和(he)氧化(hua)(hua)皮(pi)，以暴露(lu)基體(ti)金(jin)屬使金(jin)屬晶格(ge)正常(chang)生長，形成(cheng)分子(zi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)結合力。如果鍍(du)前處(chu)(chu)理(li)不好，基體(ti)表面有很薄的(de)(de)(de)(de)油膜(mo)和(he)氧化(hua)(hua)膜(mo)，基體(ti)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬晶格(ge)就(jiu)不能充(chong)分暴露(lu)，就(jiu)會妨礙鍍(du)層金(jin)屬與基體(ti)金(jin)屬形成(cheng)分子(zi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)結合力，僅(jin)僅(jin)是(shi)機械(xie)鑲(xiang)嵌作用，結合力差(cha)。因(yin)此，鍍(du)前處(chu)(chu)理(li)不良是(shi)造成(cheng)鍍(du)層脫落的(de)(de)(de)(de)主要原因(yin)。

鍍液的影響

鍍液的配方直接影響鍍層金屬的種類、硬度、耐磨性，配合不同的工藝參數還可控制鍍層金屬結晶的粗細、致密度以及鍍層內應力的大小。對于電鍍金剛石工具的生產而言，絕大部分采用鎳或鎳-鈷合金，若不考慮鍍液雜(za)質的影(ying)響，影(ying)響鍍層脫(tuo)落的因(yin)素有：

（1）內(nei)應(ying)力(li)(li)的(de)影響鍍層(ceng)內(nei)應(ying)力(li)(li)是在(zai)(zai)電沉(chen)積(ji)過程中產(chan)生的(de)，溶(rong)液中的(de)添加(jia)劑(ji)及其分解(jie)產(chan)物(wu)和(he)氫氧(yang)化(hua)物(wu)均會(hui)增加(jia)內(nei)應(ying)力(li)(li)。這種(zhong)應(ying)力(li)(li)是在(zai)(zai)電鍍過程中鍍層(ceng)受到一(yi)些沉(chen)積(ji)因素的(de)影響，引起晶格缺陷(xian)所致。特別是某些金(jin)(jin)屬離(li)子和(he)有機添加(jia)劑(ji)的(de)作用，會(hui)顯(xian)著增加(jia)鍍層(ceng)的(de)內(nei)應(ying)力(li)(li)。鍍層(ceng)內(nei)應(ying)力(li)(li)有宏觀(guan)(guan)應(ying)力(li)(li)和(he)微(wei)觀(guan)(guan)應(ying)力(li)(li)兩類。宏觀(guan)(guan)應(ying)力(li)(li)表現在(zai)(zai)將一(yi)金(jin)(jin)屬薄(bo)片進(jin)行(xing)單面電鍍，薄(bo)片受鍍層(ceng)內(nei)應(ying)力(li)(li)影響而(er)產(chan)生彎曲(qu)。微(wei)觀(guan)(guan)應(ying)力(li)(li)則(ze)主要通過提高鍍層(ceng)硬度表現出來。

宏觀應(ying)力能引起鍍層在貯(zhu)存、使(shi)用過程中產生(sheng)氣泡(pao)、開裂、脫落等現象。

對于電鍍鎳或鎳-鈷合金(jin)而言，不同(tong)的(de)鍍(du)(du)液(ye)組成，內(nei)應力(li)(li)相差懸殊(shu)，氯化物含量越(yue)高，內(nei)應力(li)(li)越(yue)大。對于(yu)主鹽(yan)為硫酸鎳的(de)鍍(du)(du)液(ye)而言，瓦特類鍍(du)(du)液(ye)內(nei)應力(li)(li)均小于(yu)其(qi)(qi)他(ta)類鍍(du)(du)液(ye)。通過添加有機光亮(liang)劑或應力(li)(li)消除劑，可顯著(zhu)減小鍍(du)(du)層的(de)宏(hong)觀(guan)內(nei)應力(li)(li)而增(zeng)加其(qi)(qi)微觀(guan)內(nei)應力(li)(li)。不同(tong)的(de)工藝組合，如電流密(mi)度、PH值、溫度(du)，可以(yi)使同種(zhong)鍍液(ye)的鍍層具有不同的內應力(li)。因此，要減少(shao)內應力(li)的影響必須(xu)嚴格控制鍍液(ye)的工藝(yi)范(fan)圍，這樣才能(neng)保證鍍層的內應力(li)在工藝(yi)要求的范(fan)圍內。

（2）析氫的影響在任(ren)何電鍍液中，不論其(qi)PH值如(ru)何，由于(yu)水分子(zi)的(de)(de)離解，永(yong)遠存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)一定量的(de)(de)氫(qing)離子(zi)。因此，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)條件適(shi)當(dang)的(de)(de)情況下，無論在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)酸(suan)性、中(zhong)性或(huo)堿性的(de)(de)電(dian)解液中(zhong)進(jin)行電(dian)鍍(du)(du)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)陰極上與金(jin)(jin)屬析出的(de)(de)同時(shi)，往往有氫(qing)氣析出。氫(qing)離子(zi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)陰極還原后，一部分形成氫(qing)氣逸出，一部分以(yi)原子(zi)氫(qing)的(de)(de)狀態滲入(ru)基(ji)體金(jin)(jin)屬及鍍(du)(du)層中(zhong)。使晶(jing)格(ge)扭曲，造成很大的(de)(de)內應力，也使鍍(du)(du)層顯著變形。此時(shi)，雖然從外觀上看不(bu)出缺陷，但它的(de)(de)機械(xie)性能(neng)是不(bu)合格(ge)的(de)(de)。工(gong)具在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)使用(yong)過程中(zhong)，當(dang)周圍介質的(de)(de)溫度升高時(shi)，聚集在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)基(ji)體金(jin)(jin)屬或(huo)鍍(du)(du)層金(jin)(jin)屬內的(de)(de)吸附氫(qing)會(hui)膨(peng)脹而使鍍(du)(du)層產生鼓泡、脫落的(de)(de)現象。

電鍍鎳，陰極電流效率為95%時(shi)，只有5%為(wei)析氫反應。但是若溫度過高(gao)，PH值過低，各組分不當均會(hui)使析氫(qing)加劇。因此(ci)，如何(he)控(kong)制(zhi)電鍍時的(de)析氫(qing)反應(ying)以控(kong)制(zhi)鍍層內應(ying)力是(shi)一個值得探(tan)討的(de)問(wen)題。

電鍍過程的影響

若排除電鍍(du)(du)液的(de)成分及其他工藝控制(zhi)方(fang)面的(de)影(ying)響，電鍍(du)(du)過程(cheng)中的(de)斷電是(shi)造成鍍(du)(du)層脫落的(de)一個重要原因。

電(dian)鍍(du)(du)金(jin)剛(gang)(gang)石工(gong)(gong)具(ju)的(de)(de)(de)(de)電(dian)鍍(du)(du)生產過(guo)程(cheng)與(yu)其他類(lei)型的(de)(de)(de)(de)電(dian)鍍(du)(du)有(you)(you)著(zhu)較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)區別。電(dian)鍍(du)(du)金(jin)剛(gang)(gang)石工(gong)(gong)具(ju)的(de)(de)(de)(de)電(dian)鍍(du)(du)過(guo)程(cheng)包括空鍍(du)(du)（打(da)底）、上砂(sha)、加(jia)厚(hou)過(guo)程(cheng)。在(zai)各個過(guo)程(cheng)中都(dou)存在(zai)著(zhu)基(ji)體離開(kai)鍍(du)(du)液，即或長或短(duan)的(de)(de)(de)(de)斷電(dian)的(de)(de)(de)(de)可(ke)能。比如說空鍍(du)(du)一(yi)定時(shi)間(jian)(jian)后(hou)，需觀察底鎳的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量及金(jin)剛(gang)(gang)石在(zai)基(ji)體上是(shi)否(fou)(fou)均勻分(fen)布；上述過(guo)程(cheng)中若(ruo)上砂(sha)有(you)(you)植(zhi)砂(sha)和卸砂(sha)步驟，卸砂(sha)有(you)(you)時(shi)需要離開(kai)鍍(du)(du)槽，在(zai)另(ling)一(yi)槽內進(jin)行(xing)；加(jia)厚(hou)過(guo)程(cheng)中觀察金(jin)剛(gang)(gang)石覆蓋率是(shi)否(fou)(fou)到位(wei)等等。短(duan)時(shi)間(jian)(jian)斷電(dian)，對鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)影(ying)響不(bu)大(da)(da)，若(ruo)斷電(dian)時(shi)間(jian)(jian)過(guo)長，鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)屬表面(mian)就會在(zai)瞬間(jian)(jian)生成一(yi)層(ceng)(ceng)致密的(de)(de)(de)(de)氧化膜，使隨后(hou)進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)電(dian)沉積金(jin)屬原(yuan)子不(bu)能沿著(zhu)原(yuan)有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬晶格(ge)生長，影(ying)響兩者的(de)(de)(de)(de)結合(he)(he)力(li)。工(gong)(gong)具(ju)在(zai)使用(yong)過(guo)程(cheng)中，外作(zuo)用(yong)力(li)大(da)(da)于這兩層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)結合(he)(he)力(li)時(shi)，此兩層(ceng)(ceng)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)層(ceng)(ceng)與(yu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)分(fen)離是(shi)不(bu)可(ke)避免的(de)(de)(de)(de)。因此，采用(yong)更為合(he)(he)理的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝、工(gong)(gong)序也(ye)可(ke)減(jian)少鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)脫落現(xian)(xian)象的(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)。

解決鍍層脫落的措施

針對上述鍍層脫(tuo)落(luo)的原(yuan)因，筆者認為可采取(qu)以下措施(shi)解決(jue)鍍層脫(tuo)落(luo)的問題：

（1）強化鍍(du)前處理，盡(jin)可(ke)能(neng)完全去除基體(ti)表面上的毛刺、油污(wu)、氧(yang)化膜(mo)、銹和氧(yang)化皮，促使鍍(du)層金屬晶格(ge)正常生長，提高(gao)鍍(du)層金屬與基體(ti)金屬間的結合力。

（2）優化鍍液(ye)配(pei)方(fang)和電鍍工(gong)(gong)藝、采(cai)取(qu)帶電入槽，防止雙(shuang)極性現象(xiang)，對于形狀復(fu)雜的(de)工(gong)(gong)件采(cai)用短時間大電流沖擊空鍍，以減少(shao)鍍層(ceng)內應力和析(xi)氫現象(xiang)的(de)影響，提高鍍層(ceng)質量。

（3）優化工藝、工序，減少卸(xie)砂時(shi)的(de)斷電(dian)(dian)(dian)時(shi)間，甚至不斷電(dian)(dian)(dian)在(zai)(zai)原(yuan)(yuan)上砂槽(cao)內卸(xie)砂、加厚或在(zai)(zai)一備用槽(cao)內帶電(dian)(dian)(dian)卸(xie)砂，以提高金(jin)剛石顆粒與鍍層間的(de)結合力。若在(zai)(zai)加厚過程中遇停電(dian)(dian)(dian)現象(xiang)，重(zhong)新加厚時(shi)，工件應放入電(dian)(dian)(dian)解液中進(jin)行陰(yin)極還(huan)原(yuan)(yuan)，還(huan)原(yuan)(yuan)后帶電(dian)(dian)(dian)入槽(cao)電(dian)(dian)(dian)鍍以保證鍍層結合力。

結論

在(zai)電(dian)(dian)鍍金剛(gang)石工具的(de)生產(chan)過程中，在(zai)選定(ding)某一組成(cheng)的(de)鍍液配方時(shi)，除考慮(lv)鍍層(ceng)金屬的(de)硬度、耐磨性(xing)外(wai)，還應(ying)充(chong)分注意(yi)鍍層(ceng)內(nei)(nei)應(ying)力，定(ding)性(xing)測量(liang)鍍層(ceng)內(nei)(nei)應(ying)力以(yi)及各(ge)種添加劑(ji)對(dui)內(nei)(nei)應(ying)力的(de)影響。同時(shi)在(zai)生產(chan)過程中應(ying)充(chong)分重視鍍前處理的(de)各(ge)個步驟，生產(chan)工藝(yi)控(kong)制規范(fan)，確保鍍液潔凈(jing)、雜質(zhi)含量(liang)在(zai)工藝(yi)范(fan)圍內(nei)(nei)，只(zhi)有(you)這(zhe)樣才(cai)能保證(zheng)生產(chan)出優質(zhi)、質(zhi)量(liang)穩定(ding)的(de)電(dian)(dian)鍍金剛(gang)石工具。