電鍍金剛石工(gong)具鍍層脫落原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；陶瓷行業的(de)(de)(de)大(da)進刀量(liang)的(de)(de)(de)干磨削等，對(dui)鍍(du)層金(jin)屬與鋼基體的(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)力(li)(li)要求尤為苛刻。在(zai)電(dian)鍍(du)金(jin)剛(gang)石(shi)工具(ju)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)過程(cheng)(cheng)中(zhong)，大(da)部分廠家都只注意到了(le)鍍(du)層金(jin)屬的(de)(de)(de)種類、硬度、耐磨性，而往(wang)往(wang)忽視鍍(du)層金(jin)屬與基體結(jie)(jie)合(he)力(li)(li)的(de)(de)(de)問題。在(zai)實際使用過程(cheng)(cheng)中(zhong)，鍍(du)層脫落(luo)的(de)(de)(de)現(xian)象屢見不鮮(xian)。本(ben)文就這一問題進行了(le)原因分析，并對(dui)解決措施略作探(tan)討。

鍍層脫落的種類

電鍍(du)(du)金(jin)剛(gang)石工具在(zai)使用過(guo)程(cheng)中(zhong)，由于使用條件如(ru)磨削(xue)力大小、溫升(sheng)、工件的撞擊等原因(yin)，會(hui)造(zao)成含有金(jin)剛(gang)石的金(jin)屬鍍(du)(du)層(ceng)與鋼基(ji)體分離的現象(xiang)，這就是鍍(du)(du)層(ceng)脫落(luo)。鍍(du)(du)層(ceng)脫落(luo)一般(ban)是局(ju)部脫落(luo)，鍍(du)(du)層(ceng)一次性(xing)全剝離的現象(xiang)少見(jian)。在(zai)實際使用過(guo)程(cheng)中(zhong)，鍍(du)(du)層(ceng)脫落(luo)的情形大致有如(ru)下(xia)三種(zhong)：

（1）鍍(du)層脫落至基體(ti)表(biao)面：即含金(jin)剛石的(de)金(jin)屬鍍(du)層和(he)不含金(jin)剛石的(de)金(jin)屬底(di)鍍(du)層同時與鋼基體(ti)分(fen)離。

（2）層(ceng)脫落至金(jin)(jin)(jin)屬(shu)底(di)(di)鍍(du)層(ceng)：即(ji)不含金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)的(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)底(di)(di)鍍(du)層(ceng)與鋼基(ji)體未分離，只是含金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)的(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)鍍(du)層(ceng)與金(jin)(jin)(jin)屬(shu)底(di)(di)鍍(du)層(ceng)剝離。

（3）含金(jin)(jin)剛石的(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)鍍(du)層(ceng)(ceng)中鍍(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)層(ceng)(ceng)狀(zhuang)分(fen)離：含金(jin)(jin)剛石的(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)鍍(du)層(ceng)(ceng)在使(shi)用過程中，與(yu)工(gong)件接觸部分(fen)的(de)鍍(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)不(bu)是(shi)正(zheng)常(chang)磨耗，而是(shi)非正(zheng)常(chang)地(di)成片或粉末狀(zhuang)脫落(luo)，金(jin)(jin)剛石不(bu)是(shi)全部脫落(luo)，而是(shi)局部粒狀(zhuang)脫落(luo)。這種現象不(bu)易引起注意，造成的(de)后果是(shi)制品壽(shou)命(ming)較(jiao)短，往(wang)(wang)往(wang)(wang)會(hui)給人一(yi)種鍍(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)把持(chi)力或耐(nai)磨性不(bu)佳的(de)假象。排除加厚時鍍(du)層(ceng)(ceng)燒(shao)焦和鍍(du)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)耐(nai)磨性差等(deng)因素，工(gong)具(ju)在正(zheng)常(chang)使(shi)用過程中，金(jin)(jin)剛石顆粒脫落(luo)直觀(guan)表現為工(gong)具(ju)表面有連續成片較(jiao)大的(de)孔洞時，應是(shi)此(ci)類鍍(du)層(ceng)(ceng)的(de)脫落(luo)。

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

電鍍金剛(gang)石工具在制造過程中牽(qian)涉多道工序，任何(he)一(yi)道工序進(jin)行得不充分，都會造成鍍層脫落。

鍍前處理的影響

鋼基(ji)(ji)體(ti)在進(jin)入電鍍(du)槽之(zhi)前(qian)(qian)的(de)(de)處理(li)(li)(li)工序稱之(zhi)為(wei)鍍(du)前(qian)(qian)處理(li)(li)(li)。鍍(du)前(qian)(qian)處理(li)(li)(li)包括(kuo)：機(ji)械拋光、除油(you)、浸蝕及活化(hua)等(deng)步驟。鍍(du)前(qian)(qian)處理(li)(li)(li)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是去除基(ji)(ji)體(ti)表面(mian)上的(de)(de)毛刺(ci)、油(you)污、氧化(hua)膜(mo)、銹(xiu)和(he)氧化(hua)皮(pi)，以暴(bao)(bao)露(lu)(lu)基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)使金(jin)屬(shu)晶格正常生長(chang)，形(xing)成(cheng)(cheng)分(fen)子間的(de)(de)結(jie)合力(li)。如果鍍(du)前(qian)(qian)處理(li)(li)(li)不(bu)好，基(ji)(ji)體(ti)表面(mian)有很薄的(de)(de)油(you)膜(mo)和(he)氧化(hua)膜(mo)，基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)的(de)(de)金(jin)屬(shu)晶格就不(bu)能(neng)充分(fen)暴(bao)(bao)露(lu)(lu)，就會妨礙(ai)鍍(du)層金(jin)屬(shu)與基(ji)(ji)體(ti)金(jin)屬(shu)形(xing)成(cheng)(cheng)分(fen)子間的(de)(de)結(jie)合力(li)，僅僅是機(ji)械鑲(xiang)嵌作(zuo)用(yong)，結(jie)合力(li)差。因(yin)此，鍍(du)前(qian)(qian)處理(li)(li)(li)不(bu)良(liang)是造成(cheng)(cheng)鍍(du)層脫落的(de)(de)主要(yao)原(yuan)因(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(gu)合金，若不(bu)考(kao)慮鍍液雜(za)質的影響(xiang)，影響(xiang)鍍層脫落的因素有(you)：

（1）內應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)影響(xiang)鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)內應(ying)(ying)力(li)(li)是(shi)在(zai)(zai)電沉積(ji)(ji)過(guo)程中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)，溶液中(zhong)的(de)(de)(de)添(tian)加(jia)劑及其分解產(chan)物和(he)氫氧化物均會增(zeng)加(jia)內應(ying)(ying)力(li)(li)。這(zhe)種應(ying)(ying)力(li)(li)是(shi)在(zai)(zai)電鍍(du)過(guo)程中(zhong)鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)受到一些沉積(ji)(ji)因素的(de)(de)(de)影響(xiang)，引起晶格缺陷所致。特別是(shi)某些金(jin)屬(shu)離子(zi)和(he)有機添(tian)加(jia)劑的(de)(de)(de)作用，會顯著(zhu)增(zeng)加(jia)鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)內應(ying)(ying)力(li)(li)。鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)內應(ying)(ying)力(li)(li)有宏(hong)觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)和(he)微(wei)觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)兩類。宏(hong)觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)表現在(zai)(zai)將一金(jin)屬(shu)薄片進行單(dan)面電鍍(du)，薄片受鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)內應(ying)(ying)力(li)(li)影響(xiang)而產(chan)生(sheng)彎(wan)曲。微(wei)觀(guan)應(ying)(ying)力(li)(li)則主要通過(guo)提高(gao)鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)硬度表現出(chu)來(lai)。

宏觀應力能引(yin)起鍍層在貯(zhu)存、使用(yong)過程中(zhong)產生(sheng)氣泡(pao)、開裂(lie)、脫落等(deng)現(xian)象(xiang)。

對于電鍍鎳或鎳-鈷合(he)金(jin)而言(yan)，不同的鍍(du)液(ye)(ye)組(zu)成，內(nei)應(ying)力相差懸殊，氯(lv)化物含(han)量(liang)越高(gao)，內(nei)應(ying)力越大。對于主鹽(yan)為硫酸鎳的鍍(du)液(ye)(ye)而言(yan)，瓦特類(lei)鍍(du)液(ye)(ye)內(nei)應(ying)力均小于其他(ta)類(lei)鍍(du)液(ye)(ye)。通過(guo)添加有機光亮(liang)劑(ji)或應(ying)力消除(chu)劑(ji)，可顯著(zhu)減小鍍(du)層的宏觀內(nei)應(ying)力而增加其微觀內(nei)應(ying)力。不同的工(gong)藝組(zu)合(he)，如(ru)電(dian)流密度、PH值、溫度，可以使(shi)同種(zhong)鍍液的(de)(de)(de)鍍層具有不同的(de)(de)(de)內應力(li)(li)。因此，要(yao)(yao)減少(shao)內應力(li)(li)的(de)(de)(de)影響(xiang)必(bi)須嚴格(ge)控制(zhi)鍍液的(de)(de)(de)工藝范圍(wei)，這樣才能保證(zheng)鍍層的(de)(de)(de)內應力(li)(li)在工藝要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)范圍(wei)內。

（2）析氫的影響在任何電(dian)鍍液中，不論(lun)其PH值如(ru)何，由(you)于水分子(zi)(zi)的(de)(de)(de)離(li)解，永遠存在一定量的(de)(de)(de)氫(qing)離(li)子(zi)(zi)。因此，在條件適(shi)當的(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)，無論在酸性(xing)、中(zhong)性(xing)或堿性(xing)的(de)(de)(de)電(dian)解液中(zhong)進行電(dian)鍍(du)(du)(du)，在陰(yin)極(ji)上與金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)析出的(de)(de)(de)同時，往(wang)往(wang)有氫(qing)氣析出。氫(qing)離(li)子(zi)(zi)在陰(yin)極(ji)還原后，一部分形成氫(qing)氣逸出，一部分以原子(zi)(zi)氫(qing)的(de)(de)(de)狀態滲入基(ji)體金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)及鍍(du)(du)(du)層中(zhong)。使(shi)(shi)晶格扭曲，造成很(hen)大的(de)(de)(de)內(nei)應力，也使(shi)(shi)鍍(du)(du)(du)層顯著變形。此時，雖然從外觀上看(kan)不出缺(que)陷，但(dan)它的(de)(de)(de)機械(xie)性(xing)能是不合(he)格的(de)(de)(de)。工具在使(shi)(shi)用過程中(zhong)，當周圍介質的(de)(de)(de)溫度升高時，聚集在基(ji)體金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)或鍍(du)(du)(du)層金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)內(nei)的(de)(de)(de)吸(xi)附氫(qing)會(hui)膨脹而使(shi)(shi)鍍(du)(du)(du)層產生鼓泡、脫落的(de)(de)(de)現象。

電鍍鎳，陰極電流效率為95%時，只有(you)5%為析(xi)氫(qing)反應。但是若(ruo)溫(wen)度過高，PH值過(guo)低，各組分不當均會使析氫(qing)加劇。因此，如何控制電(dian)鍍時的(de)析氫(qing)反(fan)應以控制鍍層內應力是一個值得探討的(de)問題。

電鍍過程的影響

若排除(chu)電(dian)鍍(du)液(ye)的成分及其他工藝(yi)控制方面(mian)的影響，電(dian)鍍(du)過程中(zhong)的斷電(dian)是造成鍍(du)層脫落的一個(ge)重要原(yuan)因。

電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)金(jin)剛石(shi)工(gong)具的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)生(sheng)(sheng)產過程(cheng)(cheng)(cheng)與其(qi)他類型的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)有(you)(you)著較大(da)的(de)(de)(de)(de)區(qu)別。電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)金(jin)剛石(shi)工(gong)具的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)過程(cheng)(cheng)(cheng)包括空鍍(du)(du)(du)（打底(di)）、上砂(sha)(sha)、加厚過程(cheng)(cheng)(cheng)。在各個過程(cheng)(cheng)(cheng)中都存(cun)在著基體離開鍍(du)(du)(du)液，即(ji)或長(chang)或短(duan)的(de)(de)(de)(de)斷電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)可能。比如說空鍍(du)(du)(du)一定時間(jian)(jian)后，需觀察(cha)底(di)鎳的(de)(de)(de)(de)質量及金(jin)剛石(shi)在基體上是(shi)否均(jun)勻分(fen)布；上述過程(cheng)(cheng)(cheng)中若上砂(sha)(sha)有(you)(you)植砂(sha)(sha)和卸砂(sha)(sha)步驟，卸砂(sha)(sha)有(you)(you)時需要離開鍍(du)(du)(du)槽，在另一槽內進(jin)行；加厚過程(cheng)(cheng)(cheng)中觀察(cha)金(jin)剛石(shi)覆蓋率是(shi)否到位等(deng)(deng)等(deng)(deng)。短(duan)時間(jian)(jian)斷電(dian)(dian)(dian)，對鍍(du)(du)(du)層(ceng)影(ying)響(xiang)不大(da)，若斷電(dian)(dian)(dian)時間(jian)(jian)過長(chang)，鍍(du)(du)(du)層(ceng)金(jin)屬表面就會在瞬間(jian)(jian)生(sheng)(sheng)成一層(ceng)致密(mi)的(de)(de)(de)(de)氧化膜，使隨后進(jin)行的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)沉積(ji)金(jin)屬原子(zi)不能沿著原有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬晶(jing)格生(sheng)(sheng)長(chang)，影(ying)響(xiang)兩者的(de)(de)(de)(de)結合力(li)。工(gong)具在使用(yong)過程(cheng)(cheng)(cheng)中，外作用(yong)力(li)大(da)于這兩層(ceng)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)結合力(li)時，此兩層(ceng)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)層(ceng)與層(ceng)的(de)(de)(de)(de)分(fen)離是(shi)不可避免的(de)(de)(de)(de)。因此，采用(yong)更為合理的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)、工(gong)序也可減(jian)少鍍(du)(du)(du)層(ceng)脫落現(xian)象的(de)(de)(de)(de)出現(xian)。

解決鍍層脫落的措施

針對上述鍍層(ceng)脫落的(de)原因，筆者認為(wei)可采(cai)取以下(xia)措施解決鍍層(ceng)脫落的(de)問(wen)題：

（1）強化鍍(du)前處理，盡可能完全(quan)去除基體表面上(shang)的毛刺、油(you)污、氧化膜、銹和氧化皮，促(cu)使鍍(du)層金屬(shu)晶格正常生(sheng)長，提高鍍(du)層金屬(shu)與基體金屬(shu)間的結(jie)合力。

（2）優化鍍(du)液配方和(he)電鍍(du)工藝、采取(qu)帶電入(ru)槽，防止雙(shuang)極(ji)性現(xian)象，對于形狀復雜的(de)工件采用短(duan)時間(jian)大電流沖擊空鍍(du)，以減少(shao)鍍(du)層內應力和(he)析氫(qing)現(xian)象的(de)影(ying)響(xiang)，提高(gao)鍍(du)層質(zhi)量。

（3）優化工藝、工序，減少卸(xie)砂(sha)時(shi)(shi)的斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)間，甚(shen)至(zhi)不(bu)斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)在(zai)(zai)原(yuan)上砂(sha)槽(cao)內(nei)卸(xie)砂(sha)、加(jia)(jia)厚或在(zai)(zai)一(yi)備用槽(cao)內(nei)帶(dai)電(dian)(dian)(dian)卸(xie)砂(sha)，以提高(gao)金剛石顆粒與(yu)鍍(du)層(ceng)間的結合力。若在(zai)(zai)加(jia)(jia)厚過程中遇停電(dian)(dian)(dian)現象，重(zhong)新加(jia)(jia)厚時(shi)(shi)，工件(jian)應(ying)放入電(dian)(dian)(dian)解液中進行陰極(ji)還原(yuan)，還原(yuan)后帶(dai)電(dian)(dian)(dian)入槽(cao)電(dian)(dian)(dian)鍍(du)以保證鍍(du)層(ceng)結合力。

結論

在(zai)電(dian)鍍金剛石工(gong)具(ju)的生(sheng)產(chan)過程(cheng)中，在(zai)選定(ding)某一組成的鍍液(ye)配方(fang)時(shi)(shi)，除(chu)考慮鍍層金屬的硬度、耐磨性(xing)外(wai)，還應充分(fen)注意(yi)鍍層內(nei)應力，定(ding)性(xing)測量鍍層內(nei)應力以及各種添加劑對(dui)內(nei)應力的影響。同時(shi)(shi)在(zai)生(sheng)產(chan)過程(cheng)中應充分(fen)重視(shi)鍍前處理的各個步(bu)驟(zou)，生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)控制規范，確保(bao)鍍液(ye)潔凈、雜質(zhi)含量在(zai)工(gong)藝(yi)(yi)范圍內(nei)，只有這樣才能保(bao)證生(sheng)產(chan)出(chu)優(you)質(zhi)、質(zhi)量穩定(ding)的電(dian)鍍金剛石工(gong)具(ju)。