摘要：應用超聲波制備了鍍層和電鍍金剛石工具,測試鍍層硬度和金剛石工具的上砂密度,研究結果表明:當電流密度一定時,金剛石工具鍍層硬度隨超聲波功率增強而增加。在金剛石工具制備過程,超聲波不適用上砂的全過程。只要金剛石磨粒埋入鍍層厚度合適,超聲波可以用于金剛石工具的加厚過程,提高工具的制備效率。
　　關鍵詞：超聲波　電鍍　金剛石　硬度
　　電鍍金剛石工具常用于硬脆材料的機械加工,目前經常采用普通電鍍的方法將鍍層與金剛石磨粒結合。應用超聲波可以顯著提高電鍍速度[1]。超聲波對電鍍過程的強化作用已有一些研究[1～3],但在超聲波條件下電鍍金剛石工具的制備工藝研究的報道不多見。本文分析了超聲波對金剛石工具鍍層的硬度上砂及加厚過程的影響,力求為超聲波電鍍金剛石工具的制備提供實驗依據。
　　1　實驗方法
　　1.1　電鍍溶液與工藝
　　本實驗的鍍液配方為:NiSO4·7H2O,250g/L;NiCL2·6H2O,40g/L;H2BO3,32g/L;C12H25SO4Na,0.08g/L,鍍液溫度為45℃。工具基體為Φ6mm的圓柱銷,鍍前基本表面處理工藝流程為:機械處理→水洗→除油→水洗→浸蝕→水洗。
　　1.2　鍍層制備
　　超聲波鍍層制備工藝為pH=3.3～3.5,電鍍時間t=1h,電流密度Dk=1.0A·dm-2,用KQ-2500B型超聲波清洗器實現超聲波電鍍過程的控制,超聲波工作頻率40kHz,輸入超聲波功率為250W,超聲波功率范圍為40%～100%。
　　1.3　工具制備
　　預鍍工藝為Dk=1.0A·dm-2,t=15min。在超聲波條件下的上砂過程中Dk=1.0～6.0A·dm-2,在無超聲波條件下的上砂過程中Dk=0.8A·dm-2,t=1h,金剛石粒度100/120,pH=4.4～4.6。加厚過程中的Dk=1.0A·dm-2,pH=4.4～4.6。先在無超聲波條件下加厚一段時間,然后再用超聲波繼續加厚一段時間。
　　1.4　測試方法
　　用XQ-2型金相鑲嵌機鑲嵌切割后的試件,在PGI型金相試樣拋光機上獲得金相表面,用HX-I型顯微硬度計測量其硬度。用XTL-II型照像體視顯微鏡觀察相同放大倍數視距下的金剛石顆粒數。
　　2　結果與討論
　　2.1　超聲波對鍍層的影響
　　從外觀上看,鍍層光亮度由于超聲波的加入而顯著提高。使用超聲波能在普通鍍鎳溶液中獲得光亮鍍層。其原因在于,當陰極電流密度高到一定值時,陰極極化急劇增加,導致析氫加劇,pH值上升,陰極出現氫氧化鎳溶液;而超聲波的空化現象又對這種溶膠起著細化和分散作用以及穩定作用,防止溶膠凝聚和沉淀。在這種情況下,高分散狀態的細溶膠可以起到類光亮劑的作用[1]。超聲波的空化作用提高了鍍層表面平整性,超聲波增強,電鍍厚度降低,但孔隙率下降[2]。超聲波電鍍減少鍍層孔隙的原因是:空化現象引起強烈的乳化作用,在這種強烈的乳化作用下,氫氣泡很難在電極表面上停留和長大[3]。
　　試件在無超聲波條件下加厚,測得鍍層厚度339μm,同樣試件用超聲功率200w加厚時,測得鍍層厚度210μm。在有超聲波條件下,使用高電流密度進行電鍍,與常規電鍍相比,可以使鍍層較為細致緊密、平整光滑、厚度均勻、無孔隙、與基體結合良好,并且具有較高的強度和硬度[4]。圖1為鍍層硬度與超聲功率的關系圖,由圖1可知,超聲波的功率越強,鍍層的硬度越高。
　　2.2　超聲波對上砂過程的影響
　　經過預鍍后,在有超聲的條件下,進行上砂過程。當Dk=1～2A·dm-2時,在工具基體上未觀察到粘著的金剛石磨粒。當Dk=4～6A·dm-2時,在工具基體上可觀察到粘著的少量的金剛石磨粒,鎳層發黑,金剛石與鍍層的結合力差。當電流密度小于2A·dm-2時,超聲波的振動和空化作用使得金剛石磨粒不停振動,無法保證磨粒與工具基體的穩定接觸狀態,使得工具基體上無砂。而在電流密度大于2A·dm-2時,能少量上砂,但鍍層結合力差。因此,超聲波不宜用于電鍍金剛石工具的上砂過程。
　　
　　2.3　超聲波對加厚過程的影響
　　為了分析超聲波對金剛石工具加厚過程的影響,設置4種實驗條件,在不同的磨粒埋入深度條件下,進行超聲波電鍍。具體實驗條件見表1。
　　
　　結果如圖2所示,在實驗條件1下,正常上砂后的金剛石工具上的金剛石磨粒大部分被震落,但仍有磨粒保留,工具鍍層表面可觀察到若干凹坑,這是被震落的金剛石磨粒留下的痕跡;在實驗條件2下,可觀察到工具鍍層表面粘著較多金剛石磨粒,但仍有磨粒脫落;在實驗條件3下,工具鍍層表面粘著較多金剛石磨粒;在實驗條件4下,可觀察到工具鍍層表面粘著金剛石磨粒,鍍層表面未有磨粒脫落,上砂密度較大。
　　
　　由圖2和表1可知,上砂后的工具以無超聲加厚1.5h后,再以同樣電流密度超聲加厚1h,工具鍍層上砂密度最大,可觀察到金剛石磨粒幾乎全部粘著在鍍層上。由此可知,在加厚初期只要無超聲波加厚的時間合適,即只要金剛石被埋入鍍層的厚度合適,則超聲波的加入就不會將已鍍上的金剛石震落,只會震落浮砂,因而就不會影響金剛石工具的上砂數目。選擇合適的條件,超聲波是可以用于金剛石工具的加厚過程。
　　3　結束語
　　超聲波的加入使鍍層的硬度增加,鍍層致密光亮,孔隙率下降。超聲波不宜用于金剛石上砂的全過程。只要加厚初期無超聲波加厚的時間合適,即金剛石磨粒埋入鍍層的厚度合適,用超聲波加厚時,金剛石磨粒不會被震落,就不會影響金剛石工具的上砂數目。在金剛石工具加厚過程中,合理應用超聲波,可選用較大的電流密度,有效提高電鍍效率。
　　
　　
　　
　　
　　來源：慧聰網表面處理行業頻道