Con la fabricación para la transformación de alta gama, el rápido desarrollo en el campo de las energías limpias, los semiconductores y la industria fotovoltaica, la creciente demanda de herramientas de diamante con alta eficiencia y capacidad de procesamiento de alta precisión, ha aumentado. Sin embargo, el polvo de diamante artificial, como materia prima principal, y la fuerza de retención de la matriz del diamante no es fuerte, lo que dificulta la vida útil temprana de las herramientas de carburo. Para solucionar estos problemas, la industria generalmente adopta el recubrimiento superficial de polvo de diamante con materiales metálicos para mejorar las características superficiales, aumentar la durabilidad y, por lo tanto, la calidad general de la herramienta.
El método de recubrimiento de superficie de polvo de diamante es más, incluyendo el recubrimiento químico, la galvanoplastia, el recubrimiento por pulverización catódica con magnetrón, el recubrimiento por evaporación al vacío, la reacción de estallido en caliente, etc., incluido el recubrimiento químico y el recubrimiento con un proceso maduro, el recubrimiento uniforme, puede controlar con precisión la composición y el espesor del recubrimiento, las ventajas del recubrimiento personalizado, se han convertido en las dos tecnologías más utilizadas de la industria.
1. recubrimiento químico
El recubrimiento químico con polvo de diamante consiste en introducir el polvo de diamante tratado en una solución de recubrimiento químico y depositar los iones metálicos en ella mediante la acción del agente reductor, formando así una capa metálica densa. Actualmente, el recubrimiento químico con diamante más utilizado es el niquelado químico con aleación binaria de fósforo (Ni-P), comúnmente llamado niquelado químico.
01 Composición de la solución química de niquelado
La composición de la solución de recubrimiento químico influye decisivamente en el buen desarrollo, la estabilidad y la calidad del recubrimiento de su reacción química. Generalmente contiene sal principal, agente reductor, complejante, tampón, estabilizador, acelerador, surfactante y otros componentes. La proporción de cada componente debe ajustarse cuidadosamente para lograr el mejor efecto de recubrimiento.
1, sal principal: generalmente sulfato de níquel, cloruro de níquel, ácido aminosulfónico de níquel, carbonato de níquel, etc., su función principal es proporcionar una fuente de níquel.
2. Agente reductor: Aporta principalmente hidrógeno atómico, reduce el Ni₂⁻⁻ en la solución de recubrimiento a Ni y lo deposita sobre la superficie de las partículas de diamante, el componente más importante de la solución. En la industria, se utiliza principalmente como agente reductor el fosfato secundario de sodio, con su alta capacidad de reducción, bajo costo y buena estabilidad de recubrimiento. Este sistema de reducción permite realizar recubrimientos químicos a baja y alta temperatura.
3, agente complejo: la solución de recubrimiento puede precipitar la precipitación, mejorar la estabilidad de la solución de recubrimiento, extender la vida útil de la solución de recubrimiento, mejorar la velocidad de deposición de níquel, mejorar la calidad de la capa de recubrimiento, generalmente use ácido succinina, ácido cítrico, ácido láctico y otros ácidos orgánicos y sus sales.
4. Otros componentes: el estabilizador puede inhibir la descomposición de la solución de niquelado, pero debido a que afectará la ocurrencia de la reacción química de niquelado, requiere un uso moderado; el tampón puede producir H+ durante la reacción química de niquelado para asegurar la estabilidad continua del pH; el surfactante puede reducir la porosidad del recubrimiento.
02 El proceso de niquelado químico
El recubrimiento químico del sistema de hipofosfato de sodio requiere que la matriz tenga cierta actividad catalítica. La superficie del diamante no posee un centro de actividad catalítica, por lo que requiere un pretratamiento antes del recubrimiento químico del polvo de diamante. El método tradicional de pretratamiento del recubrimiento químico consiste en la eliminación de aceite, el engrosamiento, la sensibilización y la activación.
(1) Eliminación de aceite y engrosamiento: El objetivo principal de la eliminación de aceite es eliminar el aceite, las manchas y otros contaminantes orgánicos de la superficie del polvo de diamante, garantizando así un ajuste perfecto y un buen rendimiento del recubrimiento posterior. El engrosamiento puede formar pequeñas picaduras y grietas en la superficie del diamante, aumentando su rugosidad. Esto no solo favorece la adsorción de iones metálicos en este punto y facilita el recubrimiento químico y la galvanoplastia posteriores, sino que también forma escalones en la superficie del diamante, lo que favorece el crecimiento de la capa de deposición metálica en el recubrimiento químico o la galvanoplastia.
Generalmente, para la etapa de eliminación de aceite se utiliza NaOH y otras soluciones alcalinas, mientras que para el engrosamiento se utiliza ácido nítrico y otras soluciones ácidas como solución química cruda para grabar la superficie del diamante. Además, estos dos componentes deben combinarse con una máquina de limpieza ultrasónica, lo que mejora la eficiencia de la eliminación de aceite y el engrosamiento del polvo de diamante, ahorra tiempo en el proceso y garantiza el buen resultado de la eliminación de aceite y el engrosamiento.
(2) Sensibilización y activación: El proceso de sensibilización y activación es el paso más crítico en todo el proceso de recubrimiento químico, y está directamente relacionado con su viabilidad. La sensibilización consiste en adsorber sustancias fácilmente oxidables en la superficie del polvo de diamante, que carecen de capacidad autocatalítica. La activación consiste en adsorber la oxidación del ácido hipofosfórico y los iones metálicos catalíticamente activos (como el paladio) en la reducción de las partículas de níquel, acelerando así la velocidad de deposición del recubrimiento sobre la superficie del polvo de diamante.
En términos generales, el tiempo de tratamiento de sensibilización y activación es demasiado corto, la formación de puntos de paladio metálicos en la superficie del diamante es menor, la adsorción del recubrimiento es insuficiente, la capa de recubrimiento se desprende fácilmente o es difícil formar un recubrimiento completo, y el tiempo de tratamiento es demasiado largo, provocará el desperdicio de puntos de paladio, por lo tanto, el mejor momento para el tratamiento de sensibilización y activación es de 20 a 30 minutos.
(3) Niquelado químico: el proceso de niquelado químico no solo se ve afectado por la composición de la solución de recubrimiento, sino también por su temperatura y el valor de pH. En el niquelado químico tradicional de alta temperatura, la temperatura general estará entre 80 y 85 °C; más de 85 °C pueden causar la descomposición de la solución de recubrimiento, y a temperaturas inferiores a 85 °C, la velocidad de reacción será más rápida. En cuanto al valor de pH, a medida que aumenta el pH, la velocidad de deposición del recubrimiento aumentará, pero el pH también provocará que la formación de sedimentos de sales de níquel inhiba la velocidad de reacción química. Por lo tanto, en el proceso de niquelado químico, optimizando la composición y la proporción de la solución de recubrimiento químico, las condiciones del proceso de niquelado químico, se controla la velocidad de deposición del recubrimiento químico, la densidad del recubrimiento, la resistencia a la corrosión del recubrimiento, el método de densidad del recubrimiento y el recubrimiento de polvo de diamante para satisfacer la demanda del desarrollo industrial.
Además, es posible que una sola capa no alcance el espesor de recubrimiento ideal y pueden aparecer burbujas, poros y otros defectos, por lo que se pueden realizar múltiples capas para mejorar la calidad del recubrimiento y aumentar la dispersión del polvo de diamante recubierto.
2. niquelado electrolítico
Debido a la presencia de fósforo en la capa de recubrimiento tras el niquelado químico con diamante, se produce una baja conductividad eléctrica, lo que afecta al proceso de carga de arena de la herramienta de diamante (el proceso de fijación de las partículas de diamante en la superficie de la matriz). Por lo tanto, se puede utilizar una capa de recubrimiento sin fósforo para el niquelado. La operación específica consiste en introducir el polvo de diamante en la solución de recubrimiento que contiene iones de níquel. Las partículas de diamante entran en contacto con el electrodo negativo de potencia en el cátodo. El bloque metálico de níquel se sumerge en la solución de recubrimiento y se conecta con el electrodo positivo de potencia para convertirse en el ánodo. Mediante la acción electrolítica, los iones de níquel libres en la solución de recubrimiento se reducen a átomos en la superficie del diamante, y estos átomos se acumulan en el recubrimiento.
01 Composición de la solución de recubrimiento
Al igual que la solución de galvanoplastia química, la solución de galvanoplastia proporciona principalmente los iones metálicos necesarios para el proceso de galvanoplastia y controla el proceso de deposición de níquel para obtener el recubrimiento metálico requerido. Sus componentes principales incluyen la sal principal, el agente activo del ánodo, el agente tampón, los aditivos, etc.
(1) Sal principal: se utiliza principalmente sulfato de níquel, amino sulfonato de níquel, etc. Generalmente, cuanto mayor sea la concentración de sal principal, más rápida será la difusión en la solución de recubrimiento, mayor será la eficiencia de la corriente y la tasa de deposición de metal, pero los granos de recubrimiento se volverán gruesos y, a menor concentración de sal principal, peor será la conductividad del recubrimiento y será difícil de controlar.
(2) Agente activo del ánodo: debido a que el ánodo es fácil de pasivar, fácil de tener mala conductividad, lo que afecta la uniformidad de la distribución de la corriente, por lo que es necesario agregar cloruro de níquel, cloruro de sodio y otros agentes como activador anódico para promover la activación del ánodo, mejorar la densidad de corriente de la pasivación del ánodo.
(3) Agente tampón: Al igual que la solución de galvanoplastia química, el agente tampón mantiene la estabilidad relativa de la solución de galvanoplastia y el pH del cátodo, de modo que pueda fluctuar dentro del rango admisible del proceso de galvanoplastia. Entre los agentes tampón más comunes se encuentran el ácido bórico, el ácido acético, el bicarbonato de sodio, etc.
(4) Otros aditivos: de acuerdo con los requisitos del recubrimiento, agregue una cantidad adecuada de agente brillante, agente nivelador, agente humectante y agente diverso y otros aditivos para mejorar la calidad del recubrimiento.
02 Flujo de níquel galvanizado con diamante
1. Pretratamiento previo al recubrimiento: El diamante no suele ser conductor y requiere un recubrimiento con una capa metálica mediante otros procesos. El recubrimiento químico se utiliza a menudo para prerecubrir una capa metálica y espesarla, por lo que la calidad del recubrimiento químico afectará en cierta medida la calidad de la capa de recubrimiento. En general, el contenido de fósforo en el recubrimiento después del recubrimiento químico tiene un gran impacto en su calidad. El recubrimiento con alto contenido de fósforo presenta una resistencia a la corrosión relativamente mejor en ambientes ácidos, presenta mayor abultamiento, mayor rugosidad y ausencia de propiedades magnéticas. El recubrimiento con un contenido medio de fósforo ofrece resistencia a la corrosión y al desgaste, y el recubrimiento con bajo contenido de fósforo presenta una conductividad relativamente mejor.
Además, cuanto menor sea el tamaño de partícula del polvo de diamante, mayor será el área de superficie específica, cuando se recubre, es fácil que flote en la solución de recubrimiento, lo que producirá fugas, recubrimiento, fenómeno de capa suelta de recubrimiento, antes del recubrimiento, es necesario controlar el contenido de P y la calidad del recubrimiento, para controlar la conductividad y la densidad del polvo de diamante para mejorar la flotabilidad del polvo.
2. Niquelado: Actualmente, el niquelado con polvo de diamante se suele realizar mediante el método de laminación. Es decir, se añade la cantidad adecuada de solución de galvanoplastia en el embotellado, se introduce una cantidad determinada de polvo de diamante artificial en la solución y, mediante la rotación del frasco, se impulsa el polvo de diamante en el embotellado para que ruede. Simultáneamente, el electrodo positivo se conecta al bloque de níquel y el electrodo negativo, al polvo de diamante artificial. Bajo la acción del campo eléctrico, los iones de níquel libres en la solución de niquelado forman níquel metálico en la superficie del polvo de diamante artificial. Sin embargo, este método presentaba problemas de baja eficiencia de recubrimiento y un recubrimiento irregular, por lo que surgió el método de electrodo rotatorio.
El método de electrodo rotatorio consiste en rotar el cátodo en el niquelado de diamante. Esto permite aumentar el área de contacto entre el electrodo y las partículas de diamante, aumentar la conductividad uniforme entre ellas, reducir las irregularidades del recubrimiento y mejorar la eficiencia de producción del niquelado de diamante.
breve resumen
Como materia prima principal de las herramientas de diamante, la modificación superficial del micropolvo de diamante es un medio importante para mejorar la fuerza de control de la matriz y prolongar la vida útil de las herramientas. Para mejorar la capacidad de carga de arena de las herramientas de diamante, generalmente se puede recubrir la superficie del micropolvo de diamante con una capa de níquel y fósforo para lograr cierta conductividad, y luego engrosar la capa de recubrimiento mediante niquelado para mejorar la conductividad. Sin embargo, cabe destacar que la superficie del diamante en sí no posee un centro activo catalítico, por lo que requiere un pretratamiento antes del recubrimiento químico.
documentación de referencia:
Liu Han. Estudio sobre la tecnología de recubrimiento de superficies y la calidad del micropolvo de diamante artificial [D]. Instituto Tecnológico de Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun y Yuan Guangsheng. Estudio sobre el proceso de pretratamiento del recubrimiento de superficies de diamante [J]. Estandarización espacial.
Li Jinghua. Investigación sobre la modificación de superficies y la aplicación de micropolvo de diamante artificial para sierras de hilo [D]. Instituto Tecnológico de Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei, et al. Proceso de niquelado químico de superficies de diamantes artificiales [J]. Journal of IOL.
Este artículo se reimprime en la red de materiales superduros.
Hora de publicación: 13 de marzo de 2025
