專利名稱：具有高硬度高強度胎體材料的電鍍金剛石工具及制造方法
技術領域：
本發明屬于電鍍金剛石工具，尤其涉及一種具有高硬度、高強度和高耐磨
性胎體材料的電鍍金剛石工具；同時還涉及該工具的制造方法。
背景技術：
金剛石有極高的硬度，用金剛石制作的工具適宜加工硬而脆的材料，而采用 電鍍技術制備電鍍金剛石工具不僅制作溫度低，避免了高溫損傷金剛石，增加 了這種工具的使用壽命；也提高了工具加工效率和加工質量；目前，電鍍金剛 石工具，己在機械、電子、建筑、鉆探、光學玻璃加工等工業領域得到廣泛應 用。但是目前所生產的電鍍金剛石工具不僅制造周期長，而且工具的胎體材料 硬度、強度和耐磨性均不夠理想，因此工具的使用壽命和加工效率仍較低。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有高硬度、高強度和高耐磨性胎體材料的電鍍 金剛石工具；同時提供該工具的制造方法。
本發明目的是通過以下技術方案實現的這種具有高硬度高強度胎體材料 的電鍍金剛石工具為金剛石工具上的鍍層是納米鎳材料。
制造這種具有高硬度高強度胎體材料的電鍍金剛石工具的方法包括制備 電鍍液、對金剛石工具的鍍前處理和對處理后金剛石工具進行電鍍；在對處理 后金剛石工具坯體進行電鍍時，是采用脈沖電鍍方法在金剛石工具上電鍍納米
鎳材料-，其電鍍液是由下述組分制成NiS04，7H20 280~290g/l或310~320g/l NiCl2'6H20 40 44g/l或46 50g/l H2B03 35 39g/l或41~45g/l
細化添加劑 6 — 8g/1 十二烷基硫酸鈉 0.06 0.08g/l 對處理后金剛石工具進行電鍍時，采用的脈沖電參數為 峰值電流密度90 98A/dm2或105~ 11 OA/dm2 通斷時間 Ton為1.2-1.8ms或2.2-2.9ms， 或3.2-4ms
T。ff為25 29ms或 31~43ms 所述的細化添加劑是糖精或香豆素。
所述的電化學除油液是由下述組分制成NaOH 35~45g/l
Na2C03 26~35g/l Na3P0425 29g/l或 31~35g/lNa2Si03 3~7g/l
經電化學除油后的工件再用50X的H2SiO4溶液做電化學活化，而后用濃度 等于或小于5X的H^i04溶液進行弱酸侵蝕。
采用脈沖電鍍方法在金剛石工具坯體上鍍上納米鎳材料的底層后，再采用 直流電沉積上砂，而后采用脈沖電流沉積加厚鍍層；上砂時所采用直流電的電 流密度為1.1 1.4A/dn^或1.6 2.2A/dm2，上砂時間為40-58分鐘；采用脈沖電流 沉積加厚鍍層的脈沖電參數為峰值電流密度為90 98A/dm2或105~ 11 OA/dm2
通斷時間 T。n為1.2-1.8ms或2.2-2.9ms， 或3.2-4ms
T。ff為25 29ms或 31 43ms
加厚時間為100—110分鐘或130—150分鐘。
實驗證明晶體的強度及硬度與晶粒尺寸有關，即隨著晶粒尺寸的減小晶體 的強度及硬度增大，由于納米材料的特殊結構，使它表現出與傳統材料不同的 物理和化學性質，因此納米材料比傳統材料優良得多，由于本發明中金剛石工具的鍍層是納米鎳材料，因此這種工具的胎體材料具有很高的強度及硬度，同 時也提高了它的耐磨性。
本發明中所采用的電鍍液配合利用脈沖電流手段容易得到細化晶粒，從而 得到納米晶體材料，而且本發明中配制電鍍液的各種組分有較大的選取范圍， 因此通過改變脈沖電流參數可以得到不同性能鍍層，并將松散的金剛石顆粒鑲 嵌固結在鍍層中，能制備出針對不同加工材料的金剛石刀具；采用本制造方法 還具有縮短工具制造周期，降低了成本的優越性。
具體實施例方式
實施例1:本實施例中的電鍍金剛石工具為金剛石工具上的鍍層是納米鎳材料。
這種工具制造的方法如下(1)金剛石工具坯體的鍍前處理
a、 先對金剛石工具坯體的粗糙面進行機械修整，而后用強酸浸泡l分鐘， 再用水將工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 35g/l、Na2C03 26g/l 、Na3P04 25g/l 、 Na2Si03 3g/l配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除
油；而后用50。％的H2Si04溶液做電化學活化，再用濃度等于5%的H2Si04溶 液進行弱酸侵蝕。
(2) 電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，NiSCV7H20 280g/l、 NiCl2-6H20 40g/l 、 H2B03 35g/l 、糖精6g/l 、十二烷基硫酸鈉0.06g/l 。
(3) 電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為50mm ，
S陰:S pb 1: 8;用上述配制的電鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍，采用的脈沖 電參數為峰值電流密度為90A/dm2 、通斷時間T。n為1.2ms、T。ff為25ms; 經 過25分鐘后，把已鍍上納米鎳材料底層的金剛石工具坯體用直流電沉積上砂， 上砂時所采用直流電的電流密度為1.1A/dm2 ，上砂時間為50分鐘；再采用脈 沖電流沉積加厚鍍層，脈沖電參數為峰值電流密度110A/dm2通斷時間TQn 為4ms, TW為33ms，加厚時間為100分鐘。 電鍍過程中鍍液溫度保持55 —56°C。
實施例2:本實施例中的電鍍金剛石工具也為金剛石工具上的鍍層是納米鎳
材料。這種工具制造時，在步驟(1)中
a、 金剛石工具坯體的粗糙面進行機械修整后用強酸浸泡2分鐘，再用水將 工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 45g/l、Na2C03 35g/l 、Na3P04 29g/l 、Na2Si03 7g/l
配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的 H2Si04溶液做電化學活化，再用濃度為4X的H2Si04溶液進行弱酸侵蝕。
(2)電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，NiSCV7H20 290g/l、 NiCl2'6H20 44g/l 、 H2B0339g/l 、香豆素8g/l 、十二烷基硫酸鈉0.08g/l 。 在步驟(3)的電鍍中電極間距為 100mm ， S陰S陽1:16;用上述 配制的電鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍，采用的脈沖電參數為峰值電流密 度為110A/dm2 、 通斷時間T。n為4ms、 T。ff為33ms; 經過18分鐘后，把已
鍍上納米鎳材料底層的金剛石工具坯體用直流電沉積上砂，上砂時所采用直流 電的電流密度為2.2A/dm2 ，上砂時間為40分鐘；再采用脈沖電流沉積加厚鍍 層，脈沖電參數為峰值電流密度90A/dm2通斷時間T加為1.2ms, T。ff為 25ms，加厚時間為110分鐘。
電鍍過程中鍍液溫度保持57 — 58"C。其他均與實施例l相同。
實施例3:本實施例中具有納米鎳材料鍍層的金剛石工具的制造方法是(1)
金剛石工具坯體的鍍前處理
a、 先對金剛石工具的粗糙面進行機械修整，而后用強酸浸泡3分鐘，再用
水將工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 40g/l、Na2CO3 30g/l 、Na3P04 31g/l 、Na2Si03 4g/l 配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的 H2Si04溶液做電化學活化，再用濃度等于3.5X的H2Si04溶液進行弱酸侵蝕。
(2)電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，NiS047H20 310g/l、 NiCl2'6H20 46g/l 、 H2B0341g/l 、糖精8g/l 、十二垸基硫酸鈉0.08g/l 。(3)電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為 70mm ， S陰:Sp日1:9;用上述配制的電鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍，采用的脈沖電 參數為峰值電流密度為95A/dm2 、通斷時間T。n為1.5ms、 T。ff為27ms; 經 過23分鐘后，把己鍍上納米鎳材料底層的金剛石工具坯體采用直流電沉積上砂， 上砂時所采用直流電的電流密度為1.3A/dm2 ，上砂時間為45分鐘；再采用脈 沖電流沉積加厚鍍層，脈沖電參數為峰值電流密度95A/dm2通斷時間T。n 為1.2ms, T。ff為27ms，加厚時間為130分鐘。 電鍍過程中鍍液溫度保持62—63r。
實施例4:本實施例中的電鍍金剛石工具也為金剛石工具上的鍍層是納米鎳 材料。這種工具制造時，在步驟(1)中
所配制成的除油液組分為NaOH 43g/l、Na2C03 28g/l 、Na3P04 35g/l 、 Na2Si03 5g/l，經電化學活化后再用濃度等于4.5%的H2Si04溶液進行弱酸侵蝕。
(2)電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，NiSO(7H20 320g/l、 NiCl2'6H20 50g/l 、 H2B0345g/l 、香豆素8g/l 、十二烷基硫酸鈉0.07g/l 。
在步驟(3)中電極間距為 75mm ， S陰:S陽1:11;用上述配制的電 鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍時，采用的脈沖電參數為峰值電流密度為 98A7dm2 、 通斷時間T加為1.8ms、 TW為28ms; 經過25分鐘后，把已鍍上 納米鎳材料底層的金剛石工具坯體用直流電沉積上砂，上砂時所采用直流電的 電流密度為1.4A/dm2 ，上砂時間為55分鐘；再采用脈沖電流沉積加厚鍍層， 脈沖電參數為峰值電流密度98A/dm2通斷時間T。n為1.8ms, T。汗為29ms， 加厚時間為140分鐘。
其他均與實施例3相同。
實施例5:本實施例中的電鍍金剛石工具也為金剛石工具上的鍍層是納米鎳 材料。這種工具制造時，步驟(1)中
所配制成的除油液組分為NaOH 37g/l、 Na2C03 32g/l 、 Na3P04 27g/l 、 Na2Si03 6g/l，經電化學活化后再用濃度等于3X的H2Si04溶液進行弱酸侵蝕。 (2)電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，NiS047H20 285g/l、 NiCl2'6H20 42g/l 、 H2B03 37g/l 、香豆素7g/l 、十二烷基硫酸鈉0.07g/l 。
在步驟(3)中電極間距為 78mm ， S陰:S陽1:13;用上述配制的電 鍍液，先采用脈沖電流進行電鍍時，采用的脈沖電參數為峰值電流密度為 105A/dm2 、 通斷時間T。n為2.2ms、 T。汗為31ms; 經過28分鐘后，采用直 流電沉積上砂，上砂時所采用直流電的電流密度為1.6A/dm2 ，上砂時間為55
分鐘；再采用脈沖電流沉積加厚鍍層，脈沖電參數為峰值電流密度105A/dm2通 斷時間T。。為2.2ms, T。ff為31ms，加厚時間為150分鐘。
其他均與實施例3相同。
實施例6:本實施例中的電鍍金剛石工具為金剛石工具上的鍍層是納米鎳材
料。這種工具制造的方法如下(1)金剛石工具坯體的鍍前處理
a、 先對金剛石工具坯體的粗糙面進行機械修整，而后用強酸浸泡4分鐘， 再用水將工具沖洗干凈；
b、 用組分為NaOH 39g/l、Na2C03 33g/l 、Na3P04 33g/l 、Na2Si03 3g/l 配制成的除油液對經上述處理后的工具坯體進行電化學除油；而后用50%的
H2Si04溶液做電化學活化，再用濃度等于5 0^的H2Si()4溶液進行弱酸侵蝕。
(2) 電鍍液的配制電鍍液按下述組分配制而成，NiSCV7H20 315g/l、 NiCl2'6H20 47g/l 、 H2B0343g/l 、糖精7.5g/l 、十二烷基硫酸鈉0.06g/l 。
(3) 電鍍將經過處理后的金剛石工具放入鍍槽，電極間距為 100mm ， S陰S^ 1: 16;用上述配制的電鍍液，采用脈沖電流進行電鍍，采用的脈沖電 參數為峰值電流密度為108A/dm2 、 通斷時間T。n為2.9ms、 T。ff為29ms;經 3. 5小時即可。
實施例7:本實施例中具有納米鎳材料鍍層的金剛石工具的制造方法中，采 用的電鍍液組分為NiS04'7H20 317g/l、 NiCl2 .6H20 48g/l 、 H2B03 38g/l 、糖精6.5g/l 、十二烷基硫酸鈉0.06g/l 。
電鍍時，電極間距為 85mm ， Sffl:Sffi 1:12;在金剛石工具上鍍上納米 鎳材料的底層時脈沖電參數為峰值電流密度為107A/dm2 、通斷時間T。n為 2.9ms、 T。ff為43ms;直流電沉積上砂時所采用直流電的電流密度為1.8A/dm2 ， 用脈沖電流沉積加厚鍍層時，峰值電流密度107A/dm2通斷時間T。n為2.9ms, T。ff為31ms，加厚時間為110分鐘。
其他加工方法和工藝條件均與實施例3相同。
實施例8:本實施例中具有納米鎳材料鍍層的金剛石工具的制造方法中，采 用的電鍍液組分為NiS04'7H20 319g/l、 NiCl2 '6H20 49g/l 、 H2B03 44g/l 、香豆素6.5g/l 、十二垸基硫酸鈉0.06g/l 。
在金剛石工具上鍍上納米鎳材料的底層時脈沖電參數為峰值電流密度為 93A/dm2 、通斷時間T。n為3.2ms、 T。ff為36ms;直流電沉積上砂時所采用直 流電的電流密度為2A/dm2 ，用脈沖電流沉積加厚鍍層時，峰值電流密度 92A/dm2通斷時間 T。n為3.2ms， T。ff為43ms
其他均與實施例5相同。
實施例9:本實施例中具有納米鎳材料鍍層的金剛石工具的制造方法中，采
用的電鍍液組分為NiS04'7H20 288g/l、 NiCl2 '6H20 43g/l 、 H2B03 36g/l 、糖精6.5g/l 、十二烷基硫酸鈉0.08g/l 。
在金剛石工具上鍍上納米鎳材料時脈沖電參數為峰值電流密度為 109A/dm2 、通斷時間T。n為3.8ms、 T。廳為40ms;其他均與實施例6相同。
權利要求
1、一種具有高硬度高強度胎體材料的電鍍金剛石工具，其特征在于金剛石工具上的鍍層是納米鎳材料。
2、 制造如權利要求1所述的具有高硬度高強度胎體材料的電鍍金剛石工具 的方法包括制備電鍍液、對金剛石工具的鍍前處理和對處理后金剛石工具進 行電鍍；其特征在于在對處理后金剛石工具坯體進行電鍍時，是采用脈沖電 鍍方法在金剛石工具上電鍍納米鎳材料，其電鍍液是由下述組分制成NiS04'7H20 280 290g/l或310 320g/lNiCl2.6H20 40~44g/l或46 50g/lH2B03 35 39g/l或41~45g/l細化添加劑 6 — 8g/1十二烷基硫酸鈉 0.06 0.08g/l 。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于對處理后金剛石工具進行電 鍍時，采用的脈沖電參數為峰值電流密度90 98A/dm2或105 11 OA/dm2通斷時間Ton為1.2-1.8ms或2.2-2.9ms，或3.2-4ms T。ff為25 29ms或 31 43ms 。
4、 根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的細化添加劑是糖
5、 根據權利要求4所述的方法，其特征在于所述的電化學除油液是由下 述組分制成NaOH 35 45g/lNa2C03 26~35g/l Na3P04 25 29g/l或 31 35g/lNa2Si03 3~7g/l 經電化學除油后的工件再用50X的H2SiO4溶液做電化學活化，而后用濃度 等于或小于5X的H2Si04溶液進行弱酸侵蝕。
6、 根據權利要求5所述的方法，其特征在于采用脈沖電鍍方法在金剛石 工具坯體上鍍上納米鎳材料的底層后，再采用直流電沉積上砂，而后采用脈沖 電流沉積加厚鍍層；上砂時所采用直流電的電流密度為l.l~1.4A/dm2或 1.6~2.2A/dm2，上砂時間為40-58分鐘；采用脈沖電流沉積加厚鍍層的脈沖電參 數為峰值電流密度為90~98A/dm2或105-110A/dm2通斷時間 T加為1.2-1.8ms或2.2-2.9ms, 或3,2-4msT。ff為25 29ms或 31~43ms加厚時間為100—110分鐘或130—150分鐘。
全文摘要
一種具有高硬度高強度胎體材料的電鍍金剛石工具，為金剛石工具上的鍍層是納米鎳材料。制造這種電鍍金剛石工具的方法包括制備電鍍液、鍍前處理和進行電鍍；在電鍍時，是采用脈沖電鍍方法，其電鍍液是由NiSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O、NiCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O、H<sub>2</sub>BO<sub>3</sub>、細化添加劑、十二烷基硫酸鈉制成；本發明中所采用的電鍍液配合利用脈沖電流手段容易得到細化晶粒，從而得到納米晶體材料，并能將松散的金剛石顆粒鑲嵌固結在鍍層中，制備出針對不同加工材料的金剛石刀具；采用本制造方法還具有縮短工具制造周期，降低了成本的優越性。
文檔編號C25D5/00GK101195923SQ200610128409
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者盧匯洋, 李云東, 李立波, 棟 王, 黃志偉 申請人:河南農業大學