金剛石表面鍍覆前處理工藝研究

楊彪 楊軍 袁光生

（貴州航天精工制造有限公司，貴州遵義，563125）

文 摘：通過粗化、敏化和活化的方法，使金剛石表面產(chǎn)生微孔、使金屬鍍層在其表面更易沉積，從而提高金剛石與鍍覆層之間的結(jié)合力。通過膠體鈀對金剛石進(jìn)行敏化-活化處理，使其表面微孔吸附一層具有催化活性的金屬鈀，再在表面沉積一層化學(xué)鎳層，然后就可以像普通金屬一樣進(jìn)行鍍覆。

在金剛石顆粒表面電鍍一層單金屬或合金鍍層，可以提高金剛石的強(qiáng)度、增強(qiáng)金剛石與基體的界面結(jié)合能力、隔氧保護(hù)、減輕金剛石熱損傷程度、改善金剛石與基體界面的物理化學(xué)性能，還能提高金剛石工具的耐磨性和切削能力[1]。但是，金剛石與一般金屬和合金之間有很高的界面能，導(dǎo)致金剛石顆粒的表面不能在室溫條件下為一般金屬所浸潤。金屬鍍層僅是機(jī)械的鑲嵌于金剛石表面，它與鍍層金屬之間，既沒有化學(xué)性結(jié)合，也沒有焊合作用[2]，導(dǎo)致很難在金剛石表面進(jìn)行鍍覆，所以在鍍覆前必須對金剛石表面進(jìn)行改性。

通過粗化、敏化和活化的方法使金剛石表面的溝壑孔隙露出[3]，增加了金剛石與鍍覆層之間的結(jié)合力，也使金屬鍍層更容易沉積在金剛石表面。一般非金屬材料，如塑料、玻璃等，在化學(xué)鍍或電鍍之前都需要經(jīng)過活化處理，使其表面金屬化。活化就是在工件表面植入對次磷酸的氧化和鎳粒子的還原具有催化活性的金屬離子，目前應(yīng)用最廣泛的是氯化鈀法[4-5]。通過膠體鈀對金剛石進(jìn)行敏化、敏化-活化處理，在金剛石表面微孔吸附一層具有催化活性的金屬鈀，沉積一層化學(xué)鎳層，就可以電鍍，即像普通金屬一樣進(jìn)行鍍覆。

1 實驗部分

1.1 金剛石除油粗化

除油：配制10%的NaOH溶液，煮沸后稱取5g金剛石粉放入除油液中，并利用磁力攪拌器使金剛石懸浮于溶液中，3min～5min后取出用去離子水漂洗至中性。粗化：配制30%的硝酸溶液作為粗化液，將除油后的金剛石放入粗化液中，用磁力攪拌器攪拌溶液，使金剛石懸浮在粗化液中，3min～5min后取出用去離子水漂洗至中性。

1.2 金剛石敏化活化

本實驗采用膠體鈀敏化-活化一步法，具體方法如下。

1.2.1 膠體鈀配制方法

膠體鈀配制步驟：溶液 （1）配制方法見表1，溶液 （2）配制方法見表2。

表1 敏化－活化液 （1）組成

表2 敏化－活化液 （2）組成

溶液 （2）至少攪拌 15min， 然后把溶液（1）液倒入溶液 （2）中，攪拌均勻。再將配好的膠體鈀溶液置于 30℃～45℃左右的溫水中保溫2h以上，加去離子水至1L，即得到膠體鈀活化液。

1.2.2 膠體鈀保存

膠體鈀配制好后需在真空、避光、密封條件下保存，防止Sn2+被氧化成Sn4+，這樣才能使膠體鈀長期有效。但由于實驗條件的局限性，當(dāng)敏化-活化液在避光、密封的空氣中保存時，溶液穩(wěn)定性差，使用壽命大概為1.5個月，之后需要添加鹽酸溶液和氯化亞錫溶液。如發(fā)現(xiàn)敏化-活化液有自分解現(xiàn)象、顏色變成了透明的淡黃色液體時可以采取補(bǔ)救措施，本實驗將4g的SnCl2·2H2O溶解于10ml濃鹽酸中，攪拌至完全溶解后加入膠體鈀中，敏化-活化液 （膠體鈀）會變成墨綠色，在60℃的水浴中加熱攪拌約30min，然后停止攪拌在60℃的溫度下保溫2h即可，這樣穩(wěn)定性能提高到8個月[6]。

1.2.3 敏化活化步驟

將金剛石粉體放入膠體鈀中、使用恒溫磁力攪拌器在18℃～30℃條件下攪拌3min～10min。活化后的基體材料需要浸入表3溶液中解膠。

表3 解膠溶液配方及工藝

將燒杯靜置，待金剛石顆粒沉積到燒杯底部，倒出敏化-活化液，對金剛石粉體進(jìn)行漂洗，用去離子水多次清洗金剛石直至清洗水呈中性，然后即可進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。

2 分析與探討

將未經(jīng)活化處理的和按第1章方法進(jìn)行活化處理的金剛石樣品進(jìn)行電鍍，通過電鏡觀察，所示結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 未經(jīng)粗化敏化處理鍍層形貌

圖2 經(jīng)粗化敏化處理鍍層形貌

由圖1可以看出，金剛石未經(jīng)活化處理時，鍍層疏松，并且結(jié)合力較差，完全達(dá)不到使用要求，這表明鍍層與金剛石之間純粹是機(jī)械覆蓋，沒有錨合作用。圖2顯示鍍層致密，并且結(jié)合力較好。通過試驗證實，經(jīng)過活化處理的樣品，鍍層與金剛石形成了牢固的結(jié)合，增強(qiáng)了鍍層與基體的結(jié)合力。

金剛石鍍覆前，對金剛石進(jìn)行粗化敏化處理，可以提高金剛石與鍍層的結(jié)合力。經(jīng)過粗化敏化及化學(xué)鍍鎳的金剛石可以保持用原有的鍍覆設(shè)備和工藝進(jìn)行電鍍，是一種可以廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)的實用技術(shù)。