電鍍金剛石工具鍍層脫(tuo)落原因的分析及(ji)解決方法(fa)

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；陶瓷行(xing)業的大(da)進(jin)刀(dao)量(liang)的干磨削等，對鍍層(ceng)金(jin)屬與鋼基體(ti)(ti)的結(jie)合力(li)(li)要求尤為苛刻。在電鍍金(jin)剛石(shi)工(gong)具的生產(chan)過程中，大(da)部分(fen)廠家都只(zhi)注意到了鍍層(ceng)金(jin)屬的種類、硬度、耐磨性，而(er)往(wang)(wang)往(wang)(wang)忽(hu)視鍍層(ceng)金(jin)屬與基體(ti)(ti)結(jie)合力(li)(li)的問題。在實際(ji)使用過程中，鍍層(ceng)脫落的現象屢見不鮮。本文就這一問題進(jin)行(xing)了原因分(fen)析，并對解決措施略作探(tan)討。

鍍層脫落的種類

電鍍(du)(du)金剛石(shi)(shi)工(gong)具在使用過程(cheng)中(zhong)，由于使用條件如(ru)磨削力大(da)小、溫升、工(gong)件的撞擊等原因，會造成含有金剛石(shi)(shi)的金屬鍍(du)(du)層(ceng)與(yu)鋼基體分離的現(xian)象(xiang)，這就是鍍(du)(du)層(ceng)脫落(luo)。鍍(du)(du)層(ceng)脫落(luo)一般是局部脫落(luo)，鍍(du)(du)層(ceng)一次性(xing)全剝(bo)離的現(xian)象(xiang)少見。在實際使用過程(cheng)中(zhong)，鍍(du)(du)層(ceng)脫落(luo)的情形(xing)大(da)致有如(ru)下三種：

（1）鍍(du)層脫落至基體(ti)表(biao)面：即含金剛石(shi)的金屬鍍(du)層和不含金剛石(shi)的金屬底鍍(du)層同時與鋼(gang)基體(ti)分離。

（2）層(ceng)脫落(luo)至金(jin)屬底(di)鍍(du)層(ceng)：即不含金(jin)剛石(shi)的金(jin)屬底(di)鍍(du)層(ceng)與(yu)鋼(gang)基體(ti)未分(fen)離，只是含金(jin)剛石(shi)的金(jin)屬鍍(du)層(ceng)與(yu)金(jin)屬底(di)鍍(du)層(ceng)剝離。

（3）含金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石的(de)(de)金(jin)(jin)屬鍍(du)(du)層(ceng)中鍍(du)(du)層(ceng)金(jin)(jin)屬層(ceng)狀分(fen)離：含金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石的(de)(de)金(jin)(jin)屬鍍(du)(du)層(ceng)在使(shi)用過程(cheng)中，與(yu)工件接觸部(bu)(bu)分(fen)的(de)(de)鍍(du)(du)層(ceng)金(jin)(jin)屬不(bu)是(shi)正常(chang)(chang)(chang)磨(mo)(mo)耗(hao)，而是(shi)非(fei)正常(chang)(chang)(chang)地成(cheng)片(pian)或粉末狀脫(tuo)落(luo)(luo)，金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石不(bu)是(shi)全部(bu)(bu)脫(tuo)落(luo)(luo)，而是(shi)局部(bu)(bu)粒狀脫(tuo)落(luo)(luo)。這(zhe)種現象(xiang)不(bu)易引起注意，造(zao)成(cheng)的(de)(de)后(hou)果是(shi)制品壽命較短，往往會給人一種鍍(du)(du)層(ceng)金(jin)(jin)屬把持力或耐磨(mo)(mo)性不(bu)佳的(de)(de)假象(xiang)。排除加厚時(shi)鍍(du)(du)層(ceng)燒焦和鍍(du)(du)層(ceng)金(jin)(jin)屬耐磨(mo)(mo)性差等因素，工具(ju)在正常(chang)(chang)(chang)使(shi)用過程(cheng)中，金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石顆粒脫(tuo)落(luo)(luo)直觀表(biao)現為工具(ju)表(biao)面有(you)連續成(cheng)片(pian)較大的(de)(de)孔洞時(shi)，應是(shi)此(ci)類鍍(du)(du)層(ceng)的(de)(de)脫(tuo)落(luo)(luo)。

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

電鍍金剛石工(gong)(gong)具在制造(zao)過程中牽涉(she)多(duo)道工(gong)(gong)序(xu)，任何一道工(gong)(gong)序(xu)進行(xing)得不充分，都(dou)會造(zao)成鍍層脫(tuo)落。

鍍前處理的影響

鋼基(ji)(ji)體(ti)在進入電鍍(du)槽(cao)之(zhi)前(qian)(qian)(qian)的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理工序稱之(zhi)為鍍(du)前(qian)(qian)(qian)處(chu)(chu)理。鍍(du)前(qian)(qian)(qian)處(chu)(chu)理包括(kuo)：機(ji)械拋(pao)光、除油、浸蝕及活化等步驟。鍍(du)前(qian)(qian)(qian)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是去除基(ji)(ji)體(ti)表面(mian)(mian)上的(de)(de)(de)毛刺、油污、氧(yang)化膜(mo)(mo)、銹和氧(yang)化皮，以暴露(lu)(lu)基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)使金(jin)屬(shu)晶格正常生長，形成分(fen)子(zi)間的(de)(de)(de)結合力(li)(li)。如果鍍(du)前(qian)(qian)(qian)處(chu)(chu)理不(bu)好，基(ji)(ji)體(ti)表面(mian)(mian)有(you)很薄的(de)(de)(de)油膜(mo)(mo)和氧(yang)化膜(mo)(mo)，基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)晶格就不(bu)能充分(fen)暴露(lu)(lu)，就會妨礙鍍(du)層金(jin)屬(shu)與基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)形成分(fen)子(zi)間的(de)(de)(de)結合力(li)(li)，僅(jin)僅(jin)是機(ji)械鑲嵌作(zuo)用，結合力(li)(li)差。因(yin)此，鍍(du)前(qian)(qian)(qian)處(chu)(chu)理不(bu)良是造成鍍(du)層脫落的(de)(de)(de)主要(yao)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(ye)雜質的(de)影響(xiang)，影響(xiang)鍍層脫落的(de)因素有(you)：

（1）內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)影響(xiang)鍍(du)層(ceng)(ceng)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)是(shi)在電沉積過程中(zhong)產生(sheng)(sheng)的(de)，溶液中(zhong)的(de)添加劑(ji)及其分(fen)解產物和(he)(he)氫(qing)氧化物均會增(zeng)加內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。這種(zhong)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)是(shi)在電鍍(du)過程中(zhong)鍍(du)層(ceng)(ceng)受到一(yi)(yi)些沉積因素(su)的(de)影響(xiang)，引(yin)起晶格(ge)缺陷所致。特別是(shi)某些金屬(shu)離子和(he)(he)有機添加劑(ji)的(de)作(zuo)用(yong)，會顯著增(zeng)加鍍(du)層(ceng)(ceng)的(de)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。鍍(du)層(ceng)(ceng)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)有宏觀應(ying)(ying)力(li)(li)(li)和(he)(he)微觀應(ying)(ying)力(li)(li)(li)兩類。宏觀應(ying)(ying)力(li)(li)(li)表現在將(jiang)一(yi)(yi)金屬(shu)薄片進行單面電鍍(du)，薄片受鍍(du)層(ceng)(ceng)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)影響(xiang)而(er)產生(sheng)(sheng)彎曲。微觀應(ying)(ying)力(li)(li)(li)則主要通(tong)過提高鍍(du)層(ceng)(ceng)硬度表現出來。

宏觀應力能(neng)引起鍍層在貯存、使用(yong)過程中產(chan)生氣泡(pao)、開裂、脫(tuo)落(luo)等現象。

對于電鍍鎳或鎳-鈷合金而(er)言(yan)，不同的鍍液(ye)(ye)組(zu)成，內(nei)應(ying)力(li)相差懸殊，氯化物含量越高(gao)，內(nei)應(ying)力(li)越大。對(dui)于(yu)主鹽為硫酸(suan)鎳的鍍液(ye)(ye)而(er)言(yan)，瓦(wa)特(te)類鍍液(ye)(ye)內(nei)應(ying)力(li)均小于(yu)其他類鍍液(ye)(ye)。通過添加(jia)(jia)有(you)機光亮劑(ji)或應(ying)力(li)消除劑(ji)，可顯(xian)著減小鍍層的宏觀(guan)內(nei)應(ying)力(li)而(er)增加(jia)(jia)其微觀(guan)內(nei)應(ying)力(li)。不同的工藝組(zu)合，如(ru)電流密度、PH值、溫度，可以(yi)使同種鍍液的(de)鍍層(ceng)具有不同的(de)內(nei)應(ying)(ying)力。因此，要減少(shao)內(nei)應(ying)(ying)力的(de)影響必須嚴格控制(zhi)鍍液的(de)工藝(yi)范圍，這樣才(cai)能保證鍍層(ceng)的(de)內(nei)應(ying)(ying)力在(zai)工藝(yi)要求的(de)范圍內(nei)。

（2）析氫(qing)的影(ying)響在任何電鍍液中(zhong)，不論其PH值如何，由(you)于水(shui)分子(zi)的(de)(de)(de)(de)離(li)解，永遠存在(zai)一(yi)(yi)定量的(de)(de)(de)(de)氫離(li)子(zi)。因此(ci)，在(zai)條件適當(dang)的(de)(de)(de)(de)情況下，無論在(zai)酸(suan)性、中性或堿(jian)性的(de)(de)(de)(de)電解液中進(jin)行電鍍，在(zai)陰(yin)(yin)極上與金(jin)屬(shu)(shu)析出(chu)的(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)有氫氣析出(chu)。氫離(li)子(zi)在(zai)陰(yin)(yin)極還(huan)原(yuan)后(hou)，一(yi)(yi)部分形(xing)成氫氣逸(yi)出(chu)，一(yi)(yi)部分以原(yuan)子(zi)氫的(de)(de)(de)(de)狀態滲入(ru)基體金(jin)屬(shu)(shu)及鍍層(ceng)中。使晶(jing)格(ge)扭曲(qu)，造成很大的(de)(de)(de)(de)內(nei)應力，也使鍍層(ceng)顯著變形(xing)。此(ci)時(shi)，雖然從(cong)外(wai)觀(guan)上看不(bu)出(chu)缺陷，但(dan)它(ta)的(de)(de)(de)(de)機械性能是(shi)不(bu)合格(ge)的(de)(de)(de)(de)。工具在(zai)使用過程中，當(dang)周圍介(jie)質的(de)(de)(de)(de)溫度升高時(shi)，聚(ju)集在(zai)基體金(jin)屬(shu)(shu)或鍍層(ceng)金(jin)屬(shu)(shu)內(nei)的(de)(de)(de)(de)吸附氫會膨(peng)脹而使鍍層(ceng)產生鼓泡(pao)、脫落的(de)(de)(de)(de)現象。

電鍍鎳，陰極電流效率為95%時，只(zhi)有5%為析氫反應。但是(shi)若溫度過高(gao)，PH值過低，各組分(fen)不(bu)當均會使析(xi)氫(qing)加劇。因此，如何(he)控(kong)制(zhi)(zhi)電鍍(du)時的(de)析(xi)氫(qing)反應以(yi)控(kong)制(zhi)(zhi)鍍(du)層內應力是一個(ge)值得探討(tao)的(de)問題。

電鍍過程的影響

若排(pai)除電(dian)鍍液的成分(fen)及其他(ta)工藝控制方(fang)面的影響，電(dian)鍍過程(cheng)中的斷(duan)電(dian)是造成鍍層脫落的一個重(zhong)要原(yuan)因。

電(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)(du)金(jin)剛(gang)石工(gong)具的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)(du)生產(chan)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)與(yu)其他類型的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)(du)有(you)著較大(da)的(de)(de)(de)(de)區別(bie)。電(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)(du)金(jin)剛(gang)石工(gong)具的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)(du)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)包括空鍍(du)(du)(du)(du)(du)（打底(di)）、上(shang)砂(sha)、加(jia)厚(hou)(hou)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)。在(zai)各個過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)都存(cun)在(zai)著基體離(li)開鍍(du)(du)(du)(du)(du)液，即或(huo)長或(huo)短的(de)(de)(de)(de)斷電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)可能。比如(ru)說空鍍(du)(du)(du)(du)(du)一(yi)定時間(jian)(jian)(jian)后，需(xu)觀(guan)察(cha)(cha)底(di)鎳(nie)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量及(ji)金(jin)剛(gang)石在(zai)基體上(shang)是否均(jun)勻分(fen)布；上(shang)述(shu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)若上(shang)砂(sha)有(you)植砂(sha)和卸砂(sha)步驟，卸砂(sha)有(you)時需(xu)要離(li)開鍍(du)(du)(du)(du)(du)槽，在(zai)另一(yi)槽內(nei)進行；加(jia)厚(hou)(hou)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)觀(guan)察(cha)(cha)金(jin)剛(gang)石覆蓋(gai)率是否到(dao)位等等。短時間(jian)(jian)(jian)斷電(dian)(dian)，對鍍(du)(du)(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)影(ying)響(xiang)不(bu)大(da)，若斷電(dian)(dian)時間(jian)(jian)(jian)過(guo)(guo)(guo)長，鍍(du)(du)(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)金(jin)屬表面就會(hui)在(zai)瞬間(jian)(jian)(jian)生成一(yi)層(ceng)(ceng)致密的(de)(de)(de)(de)氧化膜，使(shi)隨后進行的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)沉積金(jin)屬原子不(bu)能沿著原有(you)的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬晶格(ge)生長，影(ying)響(xiang)兩(liang)者的(de)(de)(de)(de)結合力。工(gong)具在(zai)使(shi)用過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，外作用力大(da)于這兩(liang)層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)結合力時，此(ci)兩(liang)層(ceng)(ceng)之間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)層(ceng)(ceng)與(yu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)分(fen)離(li)是不(bu)可避(bi)免(mian)的(de)(de)(de)(de)。因此(ci)，采用更(geng)為合理的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝、工(gong)序也可減少鍍(du)(du)(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)脫落現(xian)(xian)象的(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)。

解決鍍層脫落的措施

針(zhen)對上(shang)述鍍層脫(tuo)落的原因，筆者(zhe)認為可采(cai)取(qu)以(yi)下(xia)措施解決鍍層脫(tuo)落的問(wen)題：

（1）強化鍍(du)前處理，盡可能完(wan)全去除基(ji)體表面上的毛刺、油(you)污、氧(yang)化膜(mo)、銹和(he)氧(yang)化皮，促使鍍(du)層(ceng)金屬(shu)晶格正常生長，提高(gao)鍍(du)層(ceng)金屬(shu)與基(ji)體金屬(shu)間的結合(he)力(li)。

（2）優化鍍(du)(du)液(ye)配(pei)方和(he)電(dian)(dian)鍍(du)(du)工(gong)藝、采取帶電(dian)(dian)入槽，防(fang)止雙極(ji)性(xing)現象，對(dui)于(yu)形狀復(fu)雜的(de)工(gong)件采用短時間(jian)大電(dian)(dian)流(liu)沖擊空鍍(du)(du)，以(yi)減少鍍(du)(du)層內應力和(he)析(xi)氫(qing)現象的(de)影響，提高鍍(du)(du)層質量。

（3）優化工(gong)藝、工(gong)序，減少卸砂(sha)時(shi)的斷電(dian)(dian)時(shi)間，甚至不斷電(dian)(dian)在原(yuan)上砂(sha)槽(cao)內卸砂(sha)、加厚(hou)或在一備用槽(cao)內帶(dai)電(dian)(dian)卸砂(sha)，以提高金剛(gang)石顆粒與鍍層間的結合力。若在加厚(hou)過(guo)程中遇停電(dian)(dian)現象(xiang)，重新加厚(hou)時(shi)，工(gong)件應放入(ru)電(dian)(dian)解液中進行陰極還原(yuan)，還原(yuan)后帶(dai)電(dian)(dian)入(ru)槽(cao)電(dian)(dian)鍍以保證鍍層結合力。

結論

在電(dian)鍍(du)金剛石(shi)工具的(de)生(sheng)產(chan)過程中，在選定某一(yi)組(zu)成(cheng)的(de)鍍(du)液配方時，除(chu)考慮鍍(du)層金屬的(de)硬(ying)度(du)、耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)外，還應(ying)(ying)充分注意鍍(du)層內(nei)應(ying)(ying)力，定性(xing)(xing)測量鍍(du)層內(nei)應(ying)(ying)力以及各種添加劑(ji)對內(nei)應(ying)(ying)力的(de)影響。同時在生(sheng)產(chan)過程中應(ying)(ying)充分重(zhong)視鍍(du)前處(chu)理的(de)各個步(bu)驟，生(sheng)產(chan)工藝控制規范，確(que)保鍍(du)液潔凈、雜質(zhi)含量在工藝范圍內(nei)，只有(you)這樣才(cai)能保證生(sheng)產(chan)出優(you)質(zhi)、質(zhi)量穩定的(de)電(dian)鍍(du)金剛石(shi)工具。