電鍍金剛(gang)石(shi)工(gong)具鍍層脫(tuo)落原(yuan)因的分析及解決方法

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；陶瓷行業(ye)的(de)(de)大進(jin)刀量(liang)的(de)(de)干(gan)磨(mo)削等，對(dui)鍍層(ceng)金屬與鋼基體的(de)(de)結合力要求(qiu)尤為苛(ke)刻(ke)。在電鍍金剛石(shi)工具的(de)(de)生(sheng)產(chan)過程中，大部分廠(chang)家都只(zhi)注意到(dao)了(le)鍍層(ceng)金屬的(de)(de)種類、硬(ying)度(du)、耐磨(mo)性，而往(wang)往(wang)忽視鍍層(ceng)金屬與基體結合力的(de)(de)問(wen)題(ti)。在實際使用過程中，鍍層(ceng)脫落的(de)(de)現(xian)象屢見不鮮。本文就這一問(wen)題(ti)進(jin)行了(le)原因分析，并對(dui)解決措(cuo)施略(lve)作探討。

鍍層脫落的種類

電鍍(du)(du)金(jin)剛(gang)石(shi)工(gong)具在使用過(guo)程中，由(you)于使用條件如磨削力(li)大小、溫升(sheng)、工(gong)件的(de)(de)撞擊等(deng)原因，會(hui)造(zao)成(cheng)含有金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)金(jin)屬鍍(du)(du)層(ceng)與(yu)鋼基體分(fen)離的(de)(de)現象(xiang)，這就是鍍(du)(du)層(ceng)脫(tuo)落(luo)。鍍(du)(du)層(ceng)脫(tuo)落(luo)一般是局部脫(tuo)落(luo)，鍍(du)(du)層(ceng)一次性全剝(bo)離的(de)(de)現象(xiang)少見。在實際使用過(guo)程中，鍍(du)(du)層(ceng)脫(tuo)落(luo)的(de)(de)情形(xing)大致有如下三(san)種：

（1）鍍(du)層脫落至基體表(biao)面：即(ji)含金(jin)剛(gang)石(shi)的金(jin)屬鍍(du)層和不(bu)含金(jin)剛(gang)石(shi)的金(jin)屬底鍍(du)層同時(shi)與鋼基體分(fen)離(li)。

（2）層脫落至金屬底鍍(du)層：即不含(han)金剛石的金屬底鍍(du)層與鋼(gang)基體未分(fen)離，只是含(han)金剛石的金屬鍍(du)層與金屬底鍍(du)層剝離。

（3）含金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)鍍(du)層中(zhong)鍍(du)層金(jin)(jin)屬(shu)層狀分離：含金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)鍍(du)層在使(shi)用(yong)過程中(zhong)，與工件(jian)接觸部分的(de)(de)鍍(du)層金(jin)(jin)屬(shu)不(bu)是正常磨(mo)耗，而(er)是非正常地(di)成(cheng)(cheng)片或(huo)(huo)粉末狀脫落，金(jin)(jin)剛(gang)石不(bu)是全部脫落，而(er)是局部粒狀脫落。這種現象不(bu)易引起注(zhu)意，造成(cheng)(cheng)的(de)(de)后(hou)果是制品壽命(ming)較(jiao)短(duan)，往往會給人一(yi)種鍍(du)層金(jin)(jin)屬(shu)把(ba)持力(li)或(huo)(huo)耐(nai)磨(mo)性不(bu)佳的(de)(de)假象。排除加(jia)厚(hou)時(shi)鍍(du)層燒焦和鍍(du)層金(jin)(jin)屬(shu)耐(nai)磨(mo)性差(cha)等因素，工具在正常使(shi)用(yong)過程中(zhong)，金(jin)(jin)剛(gang)石顆粒脫落直觀表現為工具表面有連續成(cheng)(cheng)片較(jiao)大的(de)(de)孔洞時(shi)，應是此類鍍(du)層的(de)(de)脫落。

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

電鍍(du)金剛石工(gong)具在制造過程中牽(qian)涉多(duo)道工(gong)序，任何一道工(gong)序進行(xing)得不充分(fen)，都會造成鍍(du)層(ceng)脫落。

鍍前處理的影響

鋼基(ji)體(ti)(ti)在(zai)進入電鍍(du)槽之(zhi)前(qian)的(de)(de)處理(li)工序稱之(zhi)為鍍(du)前(qian)處理(li)。鍍(du)前(qian)處理(li)包括：機械(xie)拋(pao)光、除油、浸蝕及活化(hua)等(deng)步驟。鍍(du)前(qian)處理(li)的(de)(de)目的(de)(de)是去(qu)除基(ji)體(ti)(ti)表(biao)面上的(de)(de)毛刺、油污、氧(yang)(yang)化(hua)膜、銹和氧(yang)(yang)化(hua)皮，以暴露基(ji)體(ti)(ti)金(jin)屬使金(jin)屬晶(jing)格正(zheng)常(chang)生長，形(xing)成分子間的(de)(de)結(jie)合(he)力(li)(li)。如果(guo)鍍(du)前(qian)處理(li)不好，基(ji)體(ti)(ti)表(biao)面有很薄的(de)(de)油膜和氧(yang)(yang)化(hua)膜，基(ji)體(ti)(ti)金(jin)屬的(de)(de)金(jin)屬晶(jing)格就不能充(chong)分暴露，就會妨(fang)礙鍍(du)層金(jin)屬與基(ji)體(ti)(ti)金(jin)屬形(xing)成分子間的(de)(de)結(jie)合(he)力(li)(li)，僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是機械(xie)鑲(xiang)嵌作用，結(jie)合(he)力(li)(li)差。因(yin)(yin)此，鍍(du)前(qian)處理(li)不良(liang)是造成鍍(du)層脫(tuo)落的(de)(de)主要原因(yin)(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(ruo)不考慮鍍(du)(du)液雜質的(de)影響，影響鍍(du)(du)層脫落的(de)因素(su)有：

（1）內應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)鍍(du)(du)層內應(ying)(ying)力(li)(li)是在電沉(chen)積過程(cheng)中產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)，溶液中的(de)(de)添加劑(ji)及其分解產(chan)(chan)(chan)物和氫(qing)氧化物均會(hui)增(zeng)加內應(ying)(ying)力(li)(li)。這種應(ying)(ying)力(li)(li)是在電鍍(du)(du)過程(cheng)中鍍(du)(du)層受(shou)到(dao)一些(xie)沉(chen)積因素的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，引起晶格缺陷所致。特別是某些(xie)金屬(shu)(shu)離子和有(you)機添加劑(ji)的(de)(de)作(zuo)用，會(hui)顯(xian)著增(zeng)加鍍(du)(du)層的(de)(de)內應(ying)(ying)力(li)(li)。鍍(du)(du)層內應(ying)(ying)力(li)(li)有(you)宏觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)和微(wei)(wei)觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)兩類(lei)。宏觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)表現(xian)在將一金屬(shu)(shu)薄片(pian)(pian)進行單面電鍍(du)(du)，薄片(pian)(pian)受(shou)鍍(du)(du)層內應(ying)(ying)力(li)(li)影(ying)響(xiang)(xiang)而產(chan)(chan)(chan)生(sheng)彎曲。微(wei)(wei)觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)則(ze)主(zhu)要通過提高(gao)鍍(du)(du)層硬度表現(xian)出來。

宏觀應力能引起鍍層在(zai)貯(zhu)存、使用過(guo)程中產(chan)生氣(qi)泡、開(kai)裂、脫落等現象(xiang)。

對于電鍍鎳或鎳-鈷合金而言，不(bu)同(tong)的(de)鍍(du)(du)液(ye)組成，內(nei)(nei)(nei)應(ying)力相差懸殊，氯化物含量越高，內(nei)(nei)(nei)應(ying)力越大。對于(yu)主鹽為硫酸鎳(nie)的(de)鍍(du)(du)液(ye)而言，瓦(wa)特類(lei)鍍(du)(du)液(ye)內(nei)(nei)(nei)應(ying)力均小于(yu)其他類(lei)鍍(du)(du)液(ye)。通過添(tian)加(jia)有機(ji)光亮劑或應(ying)力消除劑，可顯(xian)著(zhu)減小鍍(du)(du)層(ceng)的(de)宏觀內(nei)(nei)(nei)應(ying)力而增(zeng)加(jia)其微觀內(nei)(nei)(nei)應(ying)力。不(bu)同(tong)的(de)工藝組合，如電(dian)流密度、PH值、溫度，可以使同(tong)種鍍液(ye)的鍍層具有不(bu)同(tong)的內(nei)應力(li)。因此，要(yao)減少內(nei)應力(li)的影響必須(xu)嚴(yan)格控制鍍液(ye)的工(gong)藝范圍，這樣才能保證鍍層的內(nei)應力(li)在(zai)工(gong)藝要(yao)求的范圍內(nei)。

（2）析氫(qing)的影響在任(ren)何電(dian)鍍(du)液中(zhong)，不(bu)論(lun)其PH值如何(he)，由于水分子的(de)(de)離(li)解，永遠存在(zai)(zai)一定量(liang)的(de)(de)氫(qing)(qing)離(li)子。因此，在(zai)(zai)條件適當的(de)(de)情(qing)況(kuang)下，無論在(zai)(zai)酸性(xing)、中(zhong)(zhong)性(xing)或堿性(xing)的(de)(de)電解液中(zhong)(zhong)進行電鍍，在(zai)(zai)陰極(ji)(ji)上(shang)與(yu)金(jin)(jin)屬析出的(de)(de)同(tong)時，往往有氫(qing)(qing)氣析出。氫(qing)(qing)離(li)子在(zai)(zai)陰極(ji)(ji)還原后，一部分形成氫(qing)(qing)氣逸出，一部分以原子氫(qing)(qing)的(de)(de)狀態滲入基(ji)體金(jin)(jin)屬及鍍層(ceng)中(zhong)(zhong)。使晶格扭曲，造成很大(da)的(de)(de)內(nei)應力，也使鍍層(ceng)顯著變形。此時，雖然從外觀上(shang)看(kan)不(bu)出缺陷，但它的(de)(de)機械性(xing)能是不(bu)合格的(de)(de)。工具在(zai)(zai)使用過程中(zhong)(zhong)，當周(zhou)圍介(jie)質的(de)(de)溫度升高時，聚集在(zai)(zai)基(ji)體金(jin)(jin)屬或鍍層(ceng)金(jin)(jin)屬內(nei)的(de)(de)吸附氫(qing)(qing)會(hui)膨脹而使鍍層(ceng)產生鼓泡(pao)、脫落的(de)(de)現象。

電鍍鎳，陰極電流效率為95%時，只有5%為(wei)析氫反應。但是若溫度過高，PH值(zhi)過低，各組分(fen)不當均會使析氫加劇。因此(ci)，如(ru)何(he)控制電鍍(du)時的析氫反應(ying)以控制鍍(du)層內應(ying)力是一個值(zhi)得探討的問題。

電鍍過程的影響

若排除電(dian)鍍(du)液的(de)(de)成分及其他(ta)工藝控制方面的(de)(de)影響，電(dian)鍍(du)過程中的(de)(de)斷電(dian)是造成鍍(du)層脫落的(de)(de)一個(ge)重要原因。

電鍍(du)(du)(du)(du)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工具的(de)電鍍(du)(du)(du)(du)生產(chan)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)與(yu)(yu)其他類型的(de)電鍍(du)(du)(du)(du)有著(zhu)(zhu)較大(da)的(de)區別。電鍍(du)(du)(du)(du)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工具的(de)電鍍(du)(du)(du)(du)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)包(bao)括(kuo)空鍍(du)(du)(du)(du)（打底）、上(shang)(shang)砂(sha)、加(jia)厚(hou)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)。在各個過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中都(dou)存在著(zhu)(zhu)基(ji)體離(li)開(kai)鍍(du)(du)(du)(du)液，即或(huo)長(chang)或(huo)短的(de)斷電的(de)可能。比如說空鍍(du)(du)(du)(du)一(yi)(yi)定時(shi)(shi)間后，需(xu)觀(guan)察底鎳的(de)質(zhi)量及金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)在基(ji)體上(shang)(shang)是(shi)(shi)否(fou)均勻(yun)分(fen)布(bu)；上(shang)(shang)述過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中若上(shang)(shang)砂(sha)有植砂(sha)和卸(xie)砂(sha)步驟，卸(xie)砂(sha)有時(shi)(shi)需(xu)要離(li)開(kai)鍍(du)(du)(du)(du)槽(cao)，在另一(yi)(yi)槽(cao)內進行；加(jia)厚(hou)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中觀(guan)察金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)覆蓋(gai)率是(shi)(shi)否(fou)到位等(deng)等(deng)。短時(shi)(shi)間斷電，對鍍(du)(du)(du)(du)層(ceng)影(ying)響不(bu)大(da)，若斷電時(shi)(shi)間過(guo)(guo)長(chang)，鍍(du)(du)(du)(du)層(ceng)金(jin)(jin)屬表(biao)面就會(hui)在瞬(shun)間生成一(yi)(yi)層(ceng)致密的(de)氧化膜，使隨后進行的(de)電沉積金(jin)(jin)屬原子不(bu)能沿著(zhu)(zhu)原有的(de)金(jin)(jin)屬晶(jing)格生長(chang)，影(ying)響兩(liang)者(zhe)的(de)結合力(li)(li)。工具在使用(yong)(yong)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中，外作用(yong)(yong)力(li)(li)大(da)于這兩(liang)層(ceng)間的(de)結合力(li)(li)時(shi)(shi)，此(ci)兩(liang)層(ceng)之間的(de)層(ceng)與(yu)(yu)層(ceng)的(de)分(fen)離(li)是(shi)(shi)不(bu)可避免的(de)。因此(ci)，采用(yong)(yong)更為合理的(de)工藝、工序也可減(jian)少鍍(du)(du)(du)(du)層(ceng)脫落現象的(de)出現。

解決鍍層脫落的措施

針對(dui)上述鍍(du)層(ceng)脫落的原(yuan)因(yin)，筆者認(ren)為可采(cai)取(qu)以下措施(shi)解決鍍(du)層(ceng)脫落的問(wen)題：

（1）強化(hua)鍍(du)(du)前處理(li)，盡可能完全去除基(ji)體表(biao)面上的(de)毛刺(ci)、油污、氧(yang)化(hua)膜、銹和氧(yang)化(hua)皮，促(cu)使(shi)鍍(du)(du)層金屬(shu)晶(jing)格正常生長(chang)，提高鍍(du)(du)層金屬(shu)與基(ji)體金屬(shu)間的(de)結合力。

（2）優化鍍(du)液配方和電(dian)鍍(du)工藝、采取帶電(dian)入槽，防止雙極(ji)性現(xian)象，對于形狀復(fu)雜的(de)(de)工件采用短時間大電(dian)流(liu)沖擊空鍍(du)，以減(jian)少鍍(du)層內應力和析氫現(xian)象的(de)(de)影響，提高鍍(du)層質(zhi)量。

（3）優化工(gong)藝、工(gong)序，減少卸砂(sha)時的(de)斷電(dian)時間，甚至不斷電(dian)在(zai)原上砂(sha)槽(cao)內卸砂(sha)、加(jia)厚或在(zai)一備用槽(cao)內帶(dai)電(dian)卸砂(sha)，以提高金剛石顆粒與鍍(du)層間的(de)結合(he)力。若在(zai)加(jia)厚過程中(zhong)遇停電(dian)現象，重新(xin)加(jia)厚時，工(gong)件應放入電(dian)解液中(zhong)進行(xing)陰極還原，還原后帶(dai)電(dian)入槽(cao)電(dian)鍍(du)以保證鍍(du)層結合(he)力。

結論

在電(dian)鍍(du)(du)(du)(du)金剛(gang)石(shi)工具(ju)的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)過程中，在選(xuan)定某(mou)一組成的(de)鍍(du)(du)(du)(du)液(ye)配方時(shi)，除考慮鍍(du)(du)(du)(du)層金屬的(de)硬(ying)度、耐磨性(xing)外(wai)，還應(ying)(ying)充分注意鍍(du)(du)(du)(du)層內應(ying)(ying)力，定性(xing)測量鍍(du)(du)(du)(du)層內應(ying)(ying)力以及各(ge)種添加(jia)劑對(dui)內應(ying)(ying)力的(de)影響。同時(shi)在生(sheng)(sheng)產(chan)過程中應(ying)(ying)充分重視(shi)鍍(du)(du)(du)(du)前處理的(de)各(ge)個步驟，生(sheng)(sheng)產(chan)工藝控(kong)制規范，確(que)保鍍(du)(du)(du)(du)液(ye)潔(jie)凈、雜質含量在工藝范圍內，只有這樣(yang)才能保證生(sheng)(sheng)產(chan)出優質、質量穩定的(de)電(dian)鍍(du)(du)(du)(du)金剛(gang)石(shi)工具(ju)。