6超硬材料表面镀覆解析
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金刚石表面真空镀镍的工艺分析
金刚石表面真空镀镍的工艺分析摘要：为对金刚石表面真空镀镍影响因素探索，本文采用多种工艺对金刚石进行表面真空镀镍。
实验数据表示，使用真空镀镍方法，金刚石强度没有受到影响，而且镀层与金刚石紧密结合，具有较强耐酸腐蚀性，金刚石表面构成耐腐蚀性较强的形成镍层，可以作为电镀金刚石线原材料使用。
旨在拓宽未来金刚石应用范围，为我国经济发展提供工业基础。
关键词：金刚石；真空镀镍；工艺前言：目前电镀金刚石普遍使用化学镀镍磷合金,但是化学镀会受到自身复杂步骤影响，难以有效控制金刚石镀镍效果。
而且在化学镀中还使用对环境造成严重污染的重金属辅助作业，无法实现金刚石镀镍长远发展。
而金刚石真空镀镍在真空环境下，借助活性剂，将金属粉末附着在金刚石表面，从而形成金属层。
因为操作方法简单，生产过程大大降低环境污染，成本较低，目前正在成为金刚石表面镀镍的重要研究对象。
1实验材料本文采用市面常见单晶3型料金刚石微粉作为试验材料，中心粒径与峰宽分别为7.513微米、3.228微米，并使用纯度99.5%的200目雾化镍粉作为真空镀镍材料。
将乙酸镍、乳酸等分析纯试剂混合后充分研磨，最后加入金刚石微粉混合。
其中，镍粉、乙酸镍等作为金刚石表面真空镀镍的镍源供给，而作为络合剂的乳酸则负责缩短镍元素在金刚石覆镀效果，加入氧化铝则是避免金刚石在镀镍过程中，出现板结现象，影响镀镍效果[1]。
2金刚石表面真空镀镍的工艺分析2.1粒度与镀覆粘连检测化学与真空镀覆都会出现连晶现象，但是连晶会影响电镀金刚石线使用质量，所以要对金刚石表面镀覆厚度进行检验，确保薄厚均匀，连晶情况少。
本文使用电阻测试法，借助位度分析仪完成粒度分析，对比金刚石镀覆前后峰型、峰宽，判断在镀覆作业后存在多少连晶金刚石[2]。
经过实验后，可以发现在镍源含量增加，在进行镍元素镀覆后，金刚石粒度明显增加，出现明显粘连情况。
而在镍源含量固定的情况下，络合剂含量增加，镀覆后的金刚石粒度有效降低。
2012超硬材料及制品电镀部分习题参考答案
%100`⨯=mm η 《超硬材料电镀制品习题集》参考答案第一章 超硬材料电镀制品概论 1、答案见P2~3之1~6条（须做简化处理） 2、答：超硬材料电镀制品的特点： （1）结构形式：①具有工作层和基体两层结构特点；②具有形状特殊和工作层较薄特点。
（2）工作层组织：①浓度最高，一般在200%左右；②结合力最强；③气孔率最低，可趋近于零；④硬度高，明显高于青铜和树脂磨具。
（3）产品类型：首先，仅仅少部分是磨具，更大部分是非磨削用途的专用工具。
其次，电镀制品当中，有相当一部分是用其他工艺方法难以制造的产品。
3、答：超硬材料电镀制品具有一切超硬材料制品共有的使用性能。
其共性主要表现在比普通磨具加工磨削比高、磨削力小、磨削热也小。
同时，由于电镀工作层具有组织致密、磨粒浓度高、固结牢的特点，使得电镀制品使用性能又有一些独到之处。
其特性突出表现为加工效率高、磨削比高、保形性好以及加工精度高。
第二章 电化学基本知识1、名词解释：③电镀：在基体表面上形成结合牢固、细致紧密、分布均匀的金属层的电沉积。
⑥电流效率：电极上实际析出或溶解的金属质量m`与根据法拉第定律计算的理论值m 之比，通常用%表示。
公式：3、答：法拉第第一定律：在电极上电流引起的物质化学变化的量m 与通过的电量Q 成正比，公式为m=KQ=KIt 。
法拉第第二定律：物质的电化当量与其摩尔质量M 成正比,与其离子价数n 成反比。
公式为K=M/（nF ）。
4、答：电化学当量：表示电极上通过单位电量所形成产物的量，是各物质特有的常数。
公式： 单金属：K=M/（nF ）13、填空 （1）影响电解液电导率的因素为电解液本性、浓度和温度。
（2）电解液导电能力的大小取决于离子浓度、离子淌度、温度。
（3）在离子电荷相同的条件下，H +移动速度比其他离子快5~6倍，OH -移动速度比一般离子快2~3倍，所以强酸强碱的电导率通常比其他电解质 大得多 。
17、④平衡电位：指无外电流通过，电极上氧化与还原速度相等，体系处于动态平衡时的电极电位。
金刚石表面镀覆金属的性能研究_张凤林
3 试验结果与分析
经盐浴镀和化学镀后, 几乎 100% 的金刚石均被 镀覆上金属, 表明这两种金属镀覆工艺是可行和成功 的。盐浴镀 Ti 的金刚石表面呈灰黑色; 化学镀 Ni 的 金刚石表面呈亮银色, 镀 Cu 的金刚石表面呈红色。
( 1) X 射线衍射分析 用 Y-4Q 型 X 射线衍射仪测得的镀覆金属后金 刚石 X 射线衍射图谱如图 1 所示。由图可见, 盐浴 镀 Ti 的金刚石出现了 TiC 的衍射峰, 表明 T i 与金刚 石通过 TiC 形成了化学冶金结合。化学镀 Ni 和 Cu 的金刚石上都有 Ni 和 Cu 的衍射峰出现; 镀 Ni 金刚
图 1 镀覆金属后金刚石 X 射线衍射图谱
石的表面镀层大多为非晶 Ni, 由于 Ni 层较厚, 所以 金刚石的衍射峰很弱。
( 2) 镀层表面形貌分析 图 2 为 用 PHILIPS XL- 30FEG 扫描电 子显微镜 观察到的镀 T i、镀 Ni 和镀 Cu 金刚石的表面形貌。 由图可见, 盐浴镀 Ti 和化学镀 Ni 的金刚石表面镀 层致密均匀, 而化学镀 Cu 的金刚石表面镀层较为疏 松, 且存在未镀覆部位, 这是由于 Cu 镀层较薄且易 氧化, 引起镀层剥落, 导致镀层表面结构疏松。
( b) 化学镀 Ni
图 3 镀层与金 刚石的界面结构
( 4) 盐浴镀和化学镀对金刚石性能的影响 ¹ 对抗压强度的影响 表 1 为盐浴镀 T i 和化学镀 Ni、Cu 金刚石颗粒 的抗压强度对比情况。
表 1 单颗粒金刚石抗压强度对比情况
金刚石状态 镀前 盐浴镀 Ti 化学镀 Ni 化学镀 Cu
抗压强度( kgf) 6
* 广东省自然科学基金资助项目( 项目编号: 990142) 广东工业大学青年基金资助项目( 项目编号: 992034)
经盐浴镀和化学镀后, 几乎 100% 的金刚石均被 镀覆上金属, 表明这两种金属镀覆工艺是可行和成功 的。盐浴镀 Ti 的金刚石表面呈灰黑色; 化学镀 Ni 的 金刚石表面呈亮银色, 镀 Cu 的金刚石表面呈红色。
( 1) X 射线衍射分析 用 Y-4Q 型 X 射线衍射仪测得的镀覆金属后金 刚石 X 射线衍射图谱如图 1 所示。由图可见, 盐浴 镀 Ti 的金刚石出现了 TiC 的衍射峰, 表明 T i 与金刚 石通过 TiC 形成了化学冶金结合。化学镀 Ni 和 Cu 的金刚石上都有 Ni 和 Cu 的衍射峰出现; 镀 Ni 金刚
图 1 镀覆金属后金刚石 X 射线衍射图谱
石的表面镀层大多为非晶 Ni, 由于 Ni 层较厚, 所以 金刚石的衍射峰很弱。
( 2) 镀层表面形貌分析 图 2 为 用 PHILIPS XL- 30FEG 扫描电 子显微镜 观察到的镀 T i、镀 Ni 和镀 Cu 金刚石的表面形貌。 由图可见, 盐浴镀 Ti 和化学镀 Ni 的金刚石表面镀 层致密均匀, 而化学镀 Cu 的金刚石表面镀层较为疏 松, 且存在未镀覆部位, 这是由于 Cu 镀层较薄且易 氧化, 引起镀层剥落, 导致镀层表面结构疏松。
( b) 化学镀 Ni
图 3 镀层与金 刚石的界面结构
( 4) 盐浴镀和化学镀对金刚石性能的影响 ¹ 对抗压强度的影响 表 1 为盐浴镀 T i 和化学镀 Ni、Cu 金刚石颗粒 的抗压强度对比情况。
表 1 单颗粒金刚石抗压强度对比情况
金刚石状态 镀前 盐浴镀 Ti 化学镀 Ni 化学镀 Cu
抗压强度( kgf) 6
* 广东省自然科学基金资助项目( 项目编号: 990142) 广东工业大学青年基金资助项目( 项目编号: 992034)
超硬材料系列镀覆产品及应用
这类孕镶工具制造工艺采用热压或保护气氛烧结很薄的镀钛或镀钨镀层已满足了与结合剂胎体冶金结合的要求因为镀钛金刚石被金属粉末包裹像锌锡低熔点金属熔化后覆盖在镀覆的金刚石表面防止了镀层的氧化失效此外热压过程中石墨模和湿润剂能形成保护气氛这些因素保证了镀钛或镀钨金刚石与金属粉末良好的共同烧结
・ ’# ・ ’%%’ B （ T #’$） ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
［# ! ’］ 度是区别于其它技术的重要特征 。该技术圆满解
决了国内外超硬磨料各类镀覆技术 （如磁控溅射、 离子 镀、 粉末覆盖沉积镀、 非真空低温电镀 ） 所存在的单次 镀覆量少； 镀层与磨料结合强度低； 镀覆过程温度高， 损伤超硬磨料以及镀覆成本高等一系列工业应用问 题。实现了单次大批量工业化镀覆； 镀层与磨料结合 强度 N #*%OP9； 镀后超硬磨料单颗粒抗压强度提高 & 镀覆成本每克拉 S % B %# 元。本项技术装备作 Q ’%R ， 为超硬材料工业的共性关键技术与装备， 所镀覆的超 硬磨料适用于各类高性能价格比金属、 陶瓷结合剂超 硬工具的制造， 已在金刚石工具厂获得良好应用。 系列镀覆产品是以真空微蒸发镀覆技术和设备所 生产的镀钛金刚石为核心， 通过电镀形成复合镀层。 图 # 表明了镀覆产品的系列和应用情况。 #B# 镀覆单一金属或合金的超硬磨料
万方数据 国家重点科技攻关项目 （ “八五” ! "#$ ! %& ! ’()%&）
《金刚石与磨料磨具工程》 ・ << ・ " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 良好的共同烧结。多年来国内外生产的单一层镀钛金 获得了广泛良好的应用 刚石的增重量为 5 0 +: 左右， 效果也证明了这一点。其主要原因在于钛的低温稳定 高温活泼特性。金属钛在常温状态下是化学性质最稳 定和最耐腐蚀的金属之一， ++5; 开始活泼并且低价氧 化钛被母材基体吸收而消失， 不影响钎焊。由于在金 刚石工具热压或无压烧结过程中， <55; 以上属于保护 性气氛， 还有低熔物的熔化包裹， 因此镀钛金刚石直接 适用于粉末烧结， 冷压热压各个工艺各类产品。 真空微蒸发镀覆技术工业化应用以来， 已在国内 近百家金刚石工具厂应用， 其生产的镀钛金刚石适用 于各类金属烧结结合剂金刚石工具， 像各类金刚石切 割锯片、 玻化砖金刚石滚筒及磨边轮等金刚石工具。 工业化统计结果表明： 利用镀钛金刚石， 大幅度提高 图! 镀覆产品的系列和应用情况 （45 9 !<5: ） 工具寿命和加工效率。其原因在于： !镀 后的磨料与镀层即已形成了强力结合， 工具制造的烧 结过程中， 可顺利实现与结合剂的冶金结合， 防止金刚 石从胚体脱落； 并且使金刚石在工具切割面上出刃高 度增加； 从而使工具寿命和加工效率都得到提高。" 由于钛及其难溶化物镀层的保护， 防止了工具的烧结 过程中金刚石的氧化和胎体中的钴、 镍、 铁元素对金刚 石的腐蚀， 石墨损坏， 使制品中金刚石的存留强度大幅 度提高， 增强了工具中金刚石的抗破碎能力， 有利于高 速工作的切、 磨花岗岩工具寿命的提高。 在保持工具高性能的前提下， 采用镀钛技术的厂 家其收益主要体现在如下方面： !可以采用无钴铁基结合剂制造各类工具； !减少金刚石用量； !大量使用廉价细粒度金刚石； !由此使金刚石工具的制造成本大幅度降低。 ! 0< 真空微蒸发镀覆之后再经电镀形成的多层复合 镀超硬磨料 工艺设备： 金刚石经过真空微蒸发镀钛或镀钨之 后， 由于已经有了导电的金属层， 可以直接采用化学镀 镍或电镀镍 （不必经过敏化、 活化等前期处理） 形成复 合镀层。化学镀可以采用酸性镀液或碱性镀液， 适于 小批量的镀覆， 镀层硬度高。化学镀应该注意金刚石 与镀液的量比适当， 防止过多的金刚石造成镀液失稳 分解。镀覆过程中必须适当搅拌， 防止金刚石颗粒粘 连。 经过真空微蒸发镀覆钛或钨的金刚石也可以直接 电镀滚镀镍， 与普通镀镍类似， 有多种电镀配方， 这种 复合镀工艺省去了敏化、 活化、 化学镀等诸多的繁琐工 序， 成本低， 批量大， 适于大规模的工业化生产复合镀
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［# ! ’］ 度是区别于其它技术的重要特征 。该技术圆满解
决了国内外超硬磨料各类镀覆技术 （如磁控溅射、 离子 镀、 粉末覆盖沉积镀、 非真空低温电镀 ） 所存在的单次 镀覆量少； 镀层与磨料结合强度低； 镀覆过程温度高， 损伤超硬磨料以及镀覆成本高等一系列工业应用问 题。实现了单次大批量工业化镀覆； 镀层与磨料结合 强度 N #*%OP9； 镀后超硬磨料单颗粒抗压强度提高 & 镀覆成本每克拉 S % B %# 元。本项技术装备作 Q ’%R ， 为超硬材料工业的共性关键技术与装备， 所镀覆的超 硬磨料适用于各类高性能价格比金属、 陶瓷结合剂超 硬工具的制造， 已在金刚石工具厂获得良好应用。 系列镀覆产品是以真空微蒸发镀覆技术和设备所 生产的镀钛金刚石为核心， 通过电镀形成复合镀层。 图 # 表明了镀覆产品的系列和应用情况。 #B# 镀覆单一金属或合金的超硬磨料
万方数据 国家重点科技攻关项目 （ “八五” ! "#$ ! %& ! ’()%&）
《金刚石与磨料磨具工程》 ・ << ・ " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 良好的共同烧结。多年来国内外生产的单一层镀钛金 获得了广泛良好的应用 刚石的增重量为 5 0 +: 左右， 效果也证明了这一点。其主要原因在于钛的低温稳定 高温活泼特性。金属钛在常温状态下是化学性质最稳 定和最耐腐蚀的金属之一， ++5; 开始活泼并且低价氧 化钛被母材基体吸收而消失， 不影响钎焊。由于在金 刚石工具热压或无压烧结过程中， <55; 以上属于保护 性气氛， 还有低熔物的熔化包裹， 因此镀钛金刚石直接 适用于粉末烧结， 冷压热压各个工艺各类产品。 真空微蒸发镀覆技术工业化应用以来， 已在国内 近百家金刚石工具厂应用， 其生产的镀钛金刚石适用 于各类金属烧结结合剂金刚石工具， 像各类金刚石切 割锯片、 玻化砖金刚石滚筒及磨边轮等金刚石工具。 工业化统计结果表明： 利用镀钛金刚石， 大幅度提高 图! 镀覆产品的系列和应用情况 （45 9 !<5: ） 工具寿命和加工效率。其原因在于： !镀 后的磨料与镀层即已形成了强力结合， 工具制造的烧 结过程中， 可顺利实现与结合剂的冶金结合， 防止金刚 石从胚体脱落； 并且使金刚石在工具切割面上出刃高 度增加； 从而使工具寿命和加工效率都得到提高。" 由于钛及其难溶化物镀层的保护， 防止了工具的烧结 过程中金刚石的氧化和胎体中的钴、 镍、 铁元素对金刚 石的腐蚀， 石墨损坏， 使制品中金刚石的存留强度大幅 度提高， 增强了工具中金刚石的抗破碎能力， 有利于高 速工作的切、 磨花岗岩工具寿命的提高。 在保持工具高性能的前提下， 采用镀钛技术的厂 家其收益主要体现在如下方面： !可以采用无钴铁基结合剂制造各类工具； !减少金刚石用量； !大量使用廉价细粒度金刚石； !由此使金刚石工具的制造成本大幅度降低。 ! 0< 真空微蒸发镀覆之后再经电镀形成的多层复合 镀超硬磨料 工艺设备： 金刚石经过真空微蒸发镀钛或镀钨之 后， 由于已经有了导电的金属层， 可以直接采用化学镀 镍或电镀镍 （不必经过敏化、 活化等前期处理） 形成复 合镀层。化学镀可以采用酸性镀液或碱性镀液， 适于 小批量的镀覆， 镀层硬度高。化学镀应该注意金刚石 与镀液的量比适当， 防止过多的金刚石造成镀液失稳 分解。镀覆过程中必须适当搅拌， 防止金刚石颗粒粘 连。 经过真空微蒸发镀覆钛或钨的金刚石也可以直接 电镀滚镀镍， 与普通镀镍类似， 有多种电镀配方， 这种 复合镀工艺省去了敏化、 活化、 化学镀等诸多的繁琐工 序， 成本低， 批量大， 适于大规模的工业化生产复合镀
超硬材料真空镀
第一节 引言
1.2.表面镀覆（涂覆）的基本概念
一般指利用表面处理技术使其它材料镀覆、沉积、 涂覆在超硬磨料表面，使磨粒表面发生状态、形状 或物理化学方面的变化的方法，通称为超硬磨料的 表面镀覆（涂覆）。镀层厚度可以从数十纳米至毫 米级，镀层材料可以是金属、陶瓷或有机物。被镀 覆的超硬磨粒表面具有了镀覆材料的一般性质。镀 层与超硬磨粒表面可以是化学键连接，也可以是物 理沉积或粘结。镀层可以是单一材料，也可以是复 合材料、合金或是多层复合材料。
第一节 引言
1.3.镀层厚度表示方法
⑴ 显微镜观测镀层厚度法
⑵ 增重量间接测量镀层厚度法
增重量表示方法有两种，在计算或读取数据时 注意区分：
A G2 100 % G G1 100 G G1 100%
G
G
式中： A――增重量 G1――镀前磨料重量 G2――镀层重量 G――镀后总重量
第十六章 超硬磨料表面镀覆
第一节 引言
1.1.超硬磨料表面镀覆的意义
⑴ 金刚石、cBN紧密的共价键结构决定了其表面 浸润困难
⑵ 表面缺陷、内部结晶缺陷、包裹体等需要弥补 改善
⑶ 高温下结合剂材料对金刚石和cBN表面的腐蚀 破坏作用
⑷ 磨削过程中磨粒热量的传递
第一节 引言
1.1.超硬磨料表面镀覆的意义
第二节超硬磨料镀覆（涂覆）的种类及方法
2.2.超硬磨料表面物理气相沉积镀覆（PVD）
2.2.4.PVD方法的优缺点
⑵.存在的问题 •镀覆温度低，难以形成化学键合 •难以形成全面完整的镀层 •设备价格昂贵，设备操作、维护复杂
第二节超硬磨料镀覆（涂覆）的种类及方法
2.3真空微蒸发镀
2.3.1.真空微蒸发镀覆方法 真空微蒸发镀覆是在较低温度下，使超硬磨料与某 些能够与其表面形成稳定化合物并经过高度纯化、 活化的金属近距离接触，在真空和温度条件下，这 些高度活化的金属表层原子获得外部能量支持而使 振幅增大，与磨粒表面发生反应，生成两者间的化 合物
【精品文章】金刚石磨料颗粒为什么需要在表面镀覆金属？
金刚石磨料颗粒为什么需要在表面镀覆金属？
金刚石是公认的“超硬之王”，极高的硬度使得它在磨具磨料行业中被广泛使用。
但是金刚石颗粒和大多数金属、合金、陶瓷甚至树脂结合剂之间的高界面能，决定了磨具中的金刚石颗粒只是被机械地包覆在结合剂基体中。
但是金刚石颗粒若不能与基体“死死地”黏在一块的话，当磨具受到磨削力作用、磨粒还没被磨露到最大截面时，金刚石颗粒就因失去基体的包裹而自行脱落，降低了金刚石工具的使用寿命和效率。
因此为了提高磨具的使用寿命，人们开始应用金属包覆金刚石颗粒。
镀覆金属后，金刚石粉体与结合剂基体之间的表面能差异得以降低，两者间的结合力得到加强并减少了金刚石的脱落，从而提高金刚石粉体材料的利用率。
而且它还能对金刚石表面起到宏观隔离保护作用，及对金刚石结构起到微观侧面支撑作用，有利于防止金刚石在使用过程中被氧化和石墨化。
镀层的分类：
自1965年尼柯都尔(Nicodur)发现金属镀层处理可以提高砂轮寿命50%后，这一做法就得到了广泛普及。
1966年以后，最先出现的镀层是铜和镍，后来钛、钼、钨、铌、钽等金属镀层也逐渐发展了起来，甚至还有陶瓷难熔化合物等非金属材料镀层，但普遍来讲，镀镍金刚石较为常见。
除此之外，镀层也由单层发展到多层，例如铜-镍、钛-镍以及金属-非金属复合镀层，常用的方法则有化学镀加电镀、真空蒸镀、等离子溅射等。
如今表面镀覆不仅应用于磨粒，还应用于微粉和聚晶原料加工。
公共基础知识表面涂覆技术基础知识概述
《表面涂覆技术基础知识概述》一、引言表面涂覆技术作为一门重要的工程技术，在现代工业生产和日常生活中发挥着至关重要的作用。
它不仅可以改善材料的外观，还能提高材料的性能，延长其使用寿命。
从传统的油漆涂装到先进的纳米涂层，表面涂覆技术经历了漫长的发展历程，不断推陈出新，为各个领域的发展提供了有力支持。
本文将对表面涂覆技术的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 表面涂覆的定义表面涂覆是指在材料表面覆盖一层具有特定性能的物质，以改变材料的表面性质。
这层物质可以是涂料、镀层、薄膜等，其目的是提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、导电性、导热性等性能，或者赋予材料特殊的光学、电学、磁学等特性。
2. 涂覆材料的种类涂覆材料种类繁多，主要包括以下几类：（1）涂料：由成膜物质、颜料、溶剂和助剂等组成，可分为油性涂料、水性涂料、粉末涂料等。
（2）镀层：通过电镀、化学镀、热浸镀等方法在材料表面形成的金属或合金层。
（3）薄膜：采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法等技术制备的厚度较薄的涂层。
3. 涂覆工艺的分类涂覆工艺主要有以下几种：（1）喷涂：利用喷枪将涂料雾化后喷涂在材料表面。
（2）刷涂：使用刷子将涂料涂刷在材料表面。
（3）浸涂：将材料浸入涂料中，使涂料附着在材料表面。
（4）电镀：在电场作用下，将金属离子还原成金属沉积在材料表面。
（5）化学镀：利用化学反应在材料表面沉积金属或合金层。
（6）热浸镀：将材料浸入熔融的金属液中，使金属附着在材料表面。
三、核心理论1. 附着力理论附着力是指涂覆材料与基体材料之间的结合力。
附着力的大小直接影响涂层的质量和性能。
附着力的产生主要有以下几种机制：（1）机械结合：涂覆材料与基体材料之间通过机械嵌合作用产生结合力。
（2）物理结合：包括范德华力、氢键等作用，使涂覆材料与基体材料之间产生结合力。
（3）化学结合：涂覆材料与基体材料之间通过化学反应形成化学键，产生结合力。
超硬材料薄膜涂层研究进展及应用
超硬材料薄膜涂层研究进展及应用【摘要】超硬材料薄膜涂层是一种具有极高硬度和耐磨性的材料，其在工业领域具有广泛的应用前景。
本文通过对超硬材料薄膜涂层的分类、制备技术、性能特点、工业应用以及研究进展进行系统的介绍和分析。
通过对该领域的研究进展进行回顾，总结出超硬材料薄膜涂层的未来发展方向，并展望其在新兴领域中所能发挥的作用。
通过本文的研究，有助于拓展超硬材料薄膜涂层在工业生产中的应用，并推动该领域的进一步发展和创新，为提升材料性能和提高产品质量提供重要的技术支持。
【关键词】超硬材料薄膜涂层、研究进展、应用、制备技术、工业领域、性能特点、未来发展方向。
1. 引言1.1 背景介绍超硬材料薄膜涂层是近年来在材料科学领域中备受关注的研究方向之一。
随着工业制造和科技应用的不断发展，对材料性能和耐磨性能的要求也越来越高。
传统材料在遇到极端环境或高强度使用时往往无法满足需求，因此超硬材料薄膜涂层的研究和应用具有重要意义。
背景介绍部分将会探讨超硬材料薄膜涂层的起源和发展历程，介绍其在材料科学领域中的地位和作用。
随着纳米科技和薄膜技术的进步，超硬材料薄膜涂层在提高材料表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性等方面具有巨大潜力。
通过对其研究和应用，可以为工业生产和科技创新带来更多可能性。
本文旨在系统总结超硬材料薄膜涂层的研究进展及应用情况，为相关研究人员提供参考和借鉴，同时探讨其未来发展方向，以期推动该领域的进一步发展和应用。
1.2 研究意义超硬材料薄膜涂层研究的意义在于推动材料科学和工程领域的发展，为工业应用提供更高性能、更耐磨损的材料。
超硬材料薄膜涂层具有硬度高、耐腐蚀、耐磨损等优良性能，可以用于增强材料的表面硬度和耐磨损性能，延长材料的使用寿命，提高材料的工作效率。
通过研究超硬材料薄膜涂层的制备技术和性能特点，可以实现更多材料的功能性改良，拓展材料在不同领域的应用范围。
超硬材料薄膜涂层的研究还有助于深入了解材料的表面性质和界面相互作用机制，为新材料的设计和开发提供重要依据。
超硬磨料镀覆技术在树脂结合剂磨具中的应用
超硬磨料镀覆技术在树脂结合剂磨具中的应用树脂结合剂金刚石/CBN磨具的使用寿命及使用效率，除了与所选用的超硬磨料有关外，还取决于磨料与结合剂之间的粘结能力。
但实际情况下，金刚石、CBN 均属脆性材料，由于生产、加工的原因，磨粒表面及内部往往存在一定的结晶缺陷、包裹体等，上述缺陷在树脂结合剂所选的磨料中相对较多，使之抗冲击强度较低，在磨削过程中极易破碎而丧失磨削功能。
另一方面，由于金刚石、CBN紧密的共价键结构，使得具有高的表面能，难以与树脂结合剂良好浸润，磨粒与结合剂之间基本没有化学（或冶金）结合，因而导致磨粒大部分与结合剂机械镶嵌结合，结合剂对磨粒的结合力较弱。
以上这些问题都将严重影响树脂结合剂超硬磨具的使用性能，因此，无论是增加磨粒自身强度、提高超硬磨料的利用率还是提高磨粒与结合剂的结合能力，都需要改善磨粒表面的物理化学特性。
表面镀覆技术一般指利用表面处理技术使其它材料镀覆、沉积、涂覆在超硬磨料表面，使磨粒表面发生状态、形状或物理化学方面的变化的方法，通称为超硬磨料的表面镀覆。
作为镀膜的材料，通常是金属，如铜、镍、钛等；镀层厚度可以从数十纳米至毫米级；目前比较成熟的镀覆技术为化学镀和电镀技术。
被镀覆的超硬磨粒表面具有了镀覆材料的一般性质。
镀层与超硬磨粒表面可以是化学键连接，也可以是物理沉积或粘结。
表面镀覆的目的是赋予超硬材料颗粒以特殊的理化性能，从而改善其使用效果。
根据工业试验及理论分析，表面镀覆金属衣与未镀覆金属衣的超硬磨料相比，具有下列优点：（1）磨粒强度可提高20%~60%。
超硬磨料化学镀覆和电镀后，一方面改善了树脂金刚石及CBN的脆性，可以承受较大外力的冲击；另一方面在镀覆过程中，镀液渗入磨料表面的裂纹、气孔和空穴，从而修补了缺陷，使树脂金刚石及CBN 颗粒得到强化。
（2）改善了树脂结合剂对磨料表面的浸润性。
经表面化学镀和电镀后，超硬磨粒表层具有同类金属的性能，金属与树脂之间的结合强度要高于磨粒与树脂的结合强度，从而提高了磨粒的粘结性能，提高了磨具的耐用度。
超硬磨料表面镀覆_涂覆_的种类_方法及用途_
文章编号:1006-852X(2004)06-0068-05超硬磨料表面镀覆(涂覆)的种类、方法及用途(Ⅱ)ΞCATEG ORIES,METH ODS AN D USES OF SURFACE COATING/DEPOSITING OF SUPERABRASIVE GRITS(Ⅱ)王明智 王艳辉 赵玉成 于金库 邹 芹 贺战文(河北省亚稳材料与科学实验室,燕山大学材料学院,河北,秦皇岛066004)Wang Mingzhi Wang Y anhui Zhao Y ucheng Y u Jinku Zou Qin He Zhanwen (K ey Laboratory o f Metastable Materials Science&Technology o f Hebei College o f Materials Science&Engineering,Yanshan Univer sity,Qinhuangdao,066004,P1R1China)摘要:本文概述了超硬磨料镀覆(涂覆)的发展过程及常用方法,分析了各种方法的优缺点,并针对目前在超硬磨料镀覆(涂覆)及相关制品方面存在的对镀覆种类使用不当的问题进行了辨析。
本文由于篇幅问题分为两部分,在(Ⅰ)中主要介绍了超硬磨料表面电镀和化学镀镀覆Ni、Cu及部分利用物理方法镀覆T i等金属的方法、性能及用途;在(Ⅱ)中介绍了超硬磨料表面镀覆(涂覆)T i等强碳化物形成元素及刚玉等方法、性能及用途。
关键词:超硬磨料;化学镀;电镀;真空微蒸发镀覆;涂覆刚玉中图分类号:T Q164 文献标识码:AAbstract:The development and comm on methods of super2hard abrasive coating/deposition are summarized1Advantages and disadvantages of these methods are analyzed1The problem of misusing coating categ ories that exists in current super2hard abrasive coating/deposition and their correlative product is analyzed1This paper was divided into tw o parts1The methods,performances and uses of electroplating and chemical plating Ni,Cu and plating metal(such as T i)which partly uses physical ways were included in part(Ⅰ), while coating/depositing elements that can strengthen carbon(such as T i)and corundum on the surfaces of super2hard abrasives are mainly introduced in part(Ⅱ)1K ey w ords:super2hard abrasive,chemical plating,electroplating,vacuum slowly vapor deposition,coated corundum(接上期)213 真空微蒸发镀如果磨粒、镀层之间的结构能够形成磨粒→强碳化物层→纯金属层的结构,将是十分理想的。
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1
60～70
2
70～100
3
4
70～90
37～43 175～185 300～380 10～15 10～15
电流密度（A· dm－2）
搅拌或滚镀
1.0～1.5
需要
0.8～1.5
需要
0.8～1.4
需要
1.5～3.0
需要
电镀Ni
超硬磨料电镀镍工艺规范含量/ g· L－1
镀液成分及工艺条件 硫酸镍（NiSO4· 7H2O） 氯化镍（NiCl2· 6H2O） 1 250～300 30～60 2 300～ 340 70～90 25～35 300～400 35～40 35～45 30～45 30 15 3 4 250
常用的电镀装置
电镀装置中镀瓶工作原理
电镀液
超硬材料颗粒
国产JX41-Ⅱ型电镀装置原理图
电镀Cu
超硬磨料电焦磷酸铜（Cu2P2O7· 3H2O） 硫酸铜（CuSO4· 5H2O） 焦磷酸钾（K4P2O7· 3H2O） 柠檬酸铵[（NH4）3C6H6O7] 柠檬酸钾（K3C3H6O7） 碳酸氢二钾（K2HPO4· 12H2O） 硝酸铵（NH4NO3） 二氧化硒（SeO2） 2－巯基苯骈咪唑 2－巯基苯骈噻唑 pH值 温度（℃） 8.2～8.8 30～50 8.0～8.8 30～50 7.2～7.8 35～45 20～30 6～10 0.008～0.02 0.002～0.004 0.002～0.004 8.0～8.8 30～50 280～320 20～25 300～400 20～30
化学镀及电镀前的表面预处理
工序 净化 粗化 亲水化 目的 脱脂 表面粗糙化 亲水除污 方法 碱性化学液 有机溶液 工艺条件 热煮 浸泡 备注
熔融苛性碱类或硝酸钠、 钾
硫酸、硝酸、磷酸混合 液 SnCl2· 2H2O 10～20g· L
－1
400℃ 1～2h 加热 10～ 30min
慎用
敏化
吸附敏化剂为活 化准备
• （3）亲水化处理。超硬材料是疏水的，因 此必须采用酸液处理，使表面变成亲水的。 • 可采用1：1盐酸，煮沸10-20min。
• （4）敏化处理。 • 敏化就是使非金属表面形成一层具有还原作用的 还原液体膜。这种具有还原作用的处理液就是敏 化剂。 • 好的敏化效果要求具有还原作用的离子在一定条 件下能较长时间保持其还原能力，并且能控制其 还原反应的速度，要点是敏化所要还原出来的不 是连续的镀层，而只是活化点。 • 目前，对于非金属化学镀镍用得最多的是Pd（钯） 活化工艺。当吸附有Sn（锡）的非金属表面接触 到Pd活化液时，Pd会被Sn还原而沉积到非金属表 面形成活化中心，从而顺利进行化学镀。
－1
还原
次磷酸钠
30g· L－1
重新画
4.化学镀铜工艺规范
化学镀铜工艺规范（含量/g· L－1）
镀液成分及工作条件 1 14 硫酸铜（CuSO4· 5H2O） 甲醛（HCHO，37％）ml· L－ 20 1 4 氯化镍（NiCl2· 6H2O） 酒 石 酸 钾 钠 30～50 （NaKC4H4O6· 4H2O） 6～9 4 氢氧化钠（NaOH） 碳酸钠（Na2CO3） 12 pH值 温度（℃） 室温 搅拌或滚镀 需要 2 3.5 13.2 1 34.5 6.8 3.2 12 室温 需要 3 4 10 10 20～40 40
34
27
4.5～ 5.5 95
二.电镀
• 化学镀溶液不稳定，使用寿命短，化学镀 镀层薄，厚的镀层会发生脆裂和脱落现象。 因此，常采用电镀的方法在化学镀基底上 继续加厚。
• 电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉 积所需形态的金属覆层工艺。 • 金属电沉积是指在直流电的作用下．电解 液中的金属离子还原，并沉积到零件表面 形成有定性能的金属镀层的过程。 • 装置：三要素，外电路，电镀溶液，阴阳 极。
超硬材料表面镀覆
一.化学镀
• 电镀是工业上最常用的表面镀方法，但 电镀的基体必须是导电材料。因此电镀前 必须首先利用化学镀在超硬材料上镀一薄 层导电的金属。 • 化学镀是指借助于合适的还原剂使溶液 中的金属离子被还原为金属，并沉积在基 体表面上的一种镀覆金属。
• 化学镀与电镀比有如下特点： • （1）可以在各种材料上镀覆。 • （2）无论基体几何形状如何复杂，都可 获得厚度均匀的镀层。 • （3）化学镀层具有较高的硬度，显示出 较大的脆性。 • （4）化学镀溶液稳定性差，维护、调整 和再生比较麻烦。
1.金刚石化学镀前处理方法
• （1）净化处理。用碱溶液化学除油使表面 清洁。 • （2）粗糙化处理。化学镀层与非金属基体 之间 是靠分子间力结合的。这种结合力较 弱，想获得足够的结合力，需要部分地依 靠机械联结，因此需要使基体表面粗糙化。 对于超硬材料，唯一可行的是化学粗糙化， 即用硝酸盐在熔融状态处理，使其表面因 受到轻微腐蚀而变得粗糙。
40 10 10
35 10 20
12～13 12.5 25 室温 需要 需要
5.化学镀镍工艺规范
化学镀镍工艺规范（含量/g· L－1）
1 2 3 4 镀液成分及工艺条件 氯化镍（NiCl2· 6H2O） 20～28 40～50 30 硫酸镍（NiSO4· 7H2O） 20～25 10 次磷酸钠NaH2PO2· H2O 20～25 30～60 15～20 琥 珀 酸 钠 20～25 Na2C4H4O4· 6H2O 柠 檬 酸 钠 10 100 60～90 Na3C6H5O7· 2H2O 10 醋酸钠CH3COONa· 3H2O 羟基乙酸CH2OHCOOH 10～30 50 氯化铵NH4Cl 4.5～ 4.1～ 10 pH值 5～6 5.6 4.4 温度（℃） 90～95 60～65 85～90 25～45 搅拌或滚镀 需要 需要 需要 需要 5 37
HCl 40ml· L－1 锡粒少量
氯化亚锡 室温搅拌 先用盐酸 1～5min 溶解 室温3min 或煮沸 1min 室温＜ 1min 镀铜用 镀镍用
活化
形成催化活性中 心： PdCl2 0.1～0.25g· L－1 Sn2++Pd2+→Sn4+ HCl 2.5～5ml· L－1 +Pd↓ 甲醛（37％） 100ml· L 防止污染化学镀 液