金刚石表面金属化方法

使 靶 材 表 面 原 子 获 得 大 于 本 身 电离 能 的 撞 击 能 量 而 被 打 出 向 运 动 的 金 刚 石 颗 粒 表 面 溅 射 堆 集
成膜 。 比蒸 发原 子 或 分 子 的 平 均 能 量 大 数 十 倍 的 溅射 粒 子 增 加 丁膜 层 的 成 榱 密 度 ． 高 了表 面 提 原 子 迁 移率 及体 扩 散 ．使 镀 膜性 能 及 附 着 力增 强 空镀 Ｔｉ 、Ｍｏ 真 、Ｗ 、Ｃｒ 金 属 膜 金 刚 石 在 等 岩 芯 勘 探 钻 头 、石 材 切 割 锯 片 、金 刚石 烧 结 体 、砂 轮 修整 工 具 中得 到 很 好 应 用 ．金 刚 石 镀 膜 后 工 具 工 作 层 整 体 抗 蚪击 韧性 ． 弯 强 度 及 耐 磨性 得 到 良好 改 善 苏 联 全 苏 勘 探 所 等 单 位 制 】 抗 前 造 的 ￣５ｍｍ 镀 Ｔｉ Ｎｉ ９ — 金副 石 表 镶 、孕 镶 钻 头 在 可 钻性 ｘ级 硅 化 闪 长 岩 中钻 进 ．寿命 分 别 提
属 结 合剂 与 金 刚 石连 结 力大 有 好 处 的 金 属 如 Ｔｉ ｒ 、Ｃ 、Ｍｏ、 及 其 台 金的 沉积 。 Ｗ 陡用 结 合剂 与
金 属 离 子 形 成 相 应 的 络 合 物 可 使 其 平 衡 电位 的 代 数值 下 降 到 接 近 于 难 以 还 原 金 属 的 平 衡 电 位 ．由此 造 成 合 金共 沉 积 条 件 。 如 以 柠 檬 酸 钠 为 Ｎｉ 离 子 络 合剂 进 行 的 Ｎｉ 例 。 —ｗ —Ｐ化 学 镀 ， 可 得 到 最 高 ２ 左 右 ｗ 含 量 的 合 金 。 ｏ 已经 利 用 这 种 方 法 在 金 刚 石 表 面 获 得 难 镀 金 属 含 量 ６ ６ ， 的 合金镀 层 ， 却 使 金 刚 石 金属 结 合剂 工 具 的 使 用 寿 命提 高 １ 左 右 用 复 台 镀 的 方 法 ， 但 ８ 采 使
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第 ｌ ４卷 第 ４期
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金 刚 石 表 面 金 属 化 方 法 一 ７ 引
金 刚 石不 易脱 落 ， 由此 使 树脂 结 合剂 金 剐 石 制 品 工 作 寿 命 提 高 ５ ～ １ ０ 由于 金 属 结 合剂 ｏ ０ 金 刚 石制 品的 发 展 ， 目前 正 致 力 研 究 使 用 湿 法 镀 在 金 刚 石表 面 进行 某 些 难 以 镀 覆 而 对提 高 金
时 要始 终 滚 动或 搅 拌 。
常 规 的湿 法 镀 中 ，一 些还 原 电位 很 负 的 金 属 离 子 由于镀 墒 中 Ｈ 离 子 或 Ｈ 分 子 的 存 在 Ｏ
实际 上 不 可能 实现 还 原 过 程 ， 中化 学 镀 还 受 到 还原 析 出 的金 属 自催 化 活性 的影 响 。 刚 石 表 其 金 面化 学镀 和 电镀 技 术 主 要 用 于 树 脂 结 合剂 制 品 以提 高 胎 体 对 金 刚 石颗 粒 的 固 结 。 间接 增 大 在 了 金 刚 石 的 被 包 裹 面 积 以 及 由 金属 层 形成 的 工 作 金 刚 石 向结 合 剂 传 热 的 热 屏 障 双 重 作 用 下 ，
视。 早在八 十年代初 ， 国内赴英国 、 西德等国的考察者 即已发现 它们使用 的表面镀覆金属膜 的
金 刚 石 已占 树 脂 结 合 剂 金 刚 石 工具 生 产 用量 的 ８ 以 上 使 用 经 表 面 金 属 化 处 理 的 金 刚 石 平 ｏ 均 可 以提 高 工 具 寿 命 ３ ～ ４ ，并 可 在 约 ２ 的 范 国 内降 低 金 刚石 浓 度 。 国 、爱 尔 兰 、日 ０ ０ ０ 美 本 、前 苏 联 地 区等 国亦 都 较 重 视 使 用 经 表 面处 理 的 金 刚 石 磨 料 ，并 占相 当的 比例 湿 法 和 干 法 两 大 类 镀 覆 技 术 中 ，化学 镀 、 电镀 及 各 种 真 空 镀 都 在 实 际 的 生 产 过 程 中得 到
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中 已经 观 察 到 用含 有 大 量 Ｎｉ Ｃｃ元 素 的 金 属 结 合剂 制 造 工 具 ． ９）～ １０ ０Ｃ烧 结温 度 下 金 、 ＞ 在 （］ ０ ｛ 刚 石表 面 已严 重 石 墨 化 内的 研 究 者 在 考虑 利 用 致 密 包 裹 层 提 高 金 刚 石 抗 氧 化性 及 热 稳 定 国 性 时 倾 向 于 采用 化学 镀 铜 或 铜 复 镍 。 刚 石 表 面 电 镀 实 际上 为 化 学 镀 的 延 冲 。 过 比学 镀 覆 导 金 经
用疏 水 的 表面 处 理 剂 使 Ｔｉ ｃｒ Ｗ 、 、 、 Ｍｏ等 金属 微细 粉末 在 金 刚 石 表面 附著 预处 理 后 进行 镀 覆
可 以 获褥 难镀 金 属 含 量 大 于 ２ 的 复 合镀 层 。 金 属 微 粉 外 ， 苏 联在 八 十 年代 末 期 甚 至还 向 ０ 除 前 镀 层 中加 入 金 属碳 他 物 、氯 化 物 （ 六 方 氮 化硼 ） 如 、抗 摩 材 料 （ 石 墨 、二硫 化 钼 ）以改 善 镀 如 层 的 物理 一 机 械性 能 以 与胎 体 相 适 应 。 种 添 加 剂 的 加 入 同时 改 善 了镀 层 的 内应 力 ， 各 减轻 了镀 层 开裂 和 剥 落 。 合 镀 层 在 工 具 制 造 或 专 门的 热 处理 过 程 的 高 温 条 件 下 ， 复 在金 刚 石表 面 与胎 体 间 产 生扩 散 及 合 金化 ，大 大 增 强 了 金 刚 石 与 胎体 间连 结 力 。 干 法 真 空镀 可 以 较 容 易地 在 金 刚 百 表 面 形成 高熔 点金 属 如 Ｔｉ 、Ｍｏ 、Ｗ 等 及 其 合金镀 膜 。 但 真 空镀 设 备 昂 贵 、成 本 高 ．除 少 数 专 业 厂 家 外 ，金 刚 石 用 户 难 以 自行 开 发 。 空 蒸发 镀 是 在 真
带水冷装置的不锈钢 真空 室内 ， 利用 电阻或 电子束等将被镀金属或合金加热到蒸发温度蹦上 ， 使平 均 动 能Ｏ ２Ｖ 的 金 属原 子 或 分 子 蒸 发 逸 出 。 们 在 同样 装 在 真 空 室 特 制 容 器 中不 断运 动 ．ｅ 它 的金 刚 石表 面 附着 扩 散 而形 成 镀 膜 合金 镀膜 时 ． 在 为了 防止 台金 成 分 的 分 馏 可 以采 用 各来自百度文库成 分
分 立 同时 蒸 发 或 快 速 蒸 发 的方 法 。 由于 蒸 发 原 子 或 分 子 的能 量 不 大 ，膜 层 与金 刚 石 的 粘 结 力
差 ，混料 时容易脱落 。 目前 国 内较广泛使用的是真空溅 射镀 。 用溅射源取代 蒸发镀膜机的蒸发
源 即成 为溅 射 镀 膜 机 ， 用 辉 光 放 电或 离 子 源 产 生 的 中性 荷 能 粒 子轰 击待 镀 金 属 的 薄 膜 靶 材 ， 利
用表 面镀 镍 的 金 刚 石 在 制 造 金属 结 合剂 工 具过 程 中温 度 和 压 力 条件 处 于 金 刚石 热 力学 非 稳 定
区 ， 为触 媒 金属 的镍 有 可 能 促 使 金 刚 石 晶格 在 此 条 件 下发 生逆 转变 。 作 借助 显 微镜 在 生 产实 践
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况 下 ， 能一 直 保 持大 约 ｉ ３ 钝 的颗 粒 破 裂 后 重 新 锐 化 。 后磨 钝 的其 它 颗粒 亦 可 能 发 生 锐 化 ／磨 随
而更好地工作 。 实际测试表 明 ： 金刚石金 属结 合剂 掘片在正常磨损情况下 ， 刚石 的磨钝 、破 金
裂 锐 化 及 磨 钝 加 破 裂 锐化 三 种 状 态 大 至 各 占 １３ 比例 样 ， 如果 在金 刚石 颗 粒 与胎 体 （ ／的 这 结 合荆 形 成 的 整 体 ）连 结 牢 固 的 情 况 下 ，每 一 层 出 露 工 作 的 金 刚 石 有 可能 因结 合剂 同步 磨 耗 直
电 层的 金 刚 石颗 粒 表 面 在 滚 镀 铜 或 搅 拌 筒 中通 过 底 板 或 插 入 导电板 与 电源 阴极 接 通 ．镀 液 中
被 镀 金 属 离 子 在 电场 力 作 用 下 撞 击 金 刚 石 表 面 后 吸 附 还原 结 晶 。 电镀 主 要 用 于 化 学 镀 层 的 加
厚 或续 镀 其 它金 属 层 以 降 低 化 学 镀 成 本 。 电镀 液性 能 稳定 并 方 便 调 整 ， 防 止化 学 镀 厚 镀 层 发 能 生 开裂 及录 落 的现 象 。 独 的 电镀 方 法 不 能 在 非 导 体 的 金 刚 石 表 面形 成 金 属 膜 。 刚 石在 镀 膜 单 金
（ 春 现 代 超 硬 材 料研 究 所 ， １０ ２ ） 长 ３ ０ ２
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关键 词
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作 为 超 硬 磨 料 的 金 刚石 在 制 造成 工 磨 具 后 其 本 身 与 结 合 剂 一 突 出表 现 在 树 脂 和 金 属 结 合 剂 上一 的 粘 结 好 坏 较 大 地 影 响工 具 的 使 用 效 果 和 寿 命 。 由于 工 具结 合剂 不 能 自始 至终 地 牢 固 把 持 金 刚 石 颗 粒 ， 使 金 刚 石 除 破 碎 、 断 者 外 ， 大 多 数 在 出露 不 到 粒 径 的 １ ２ 度 时 脱落 。 致 折 绝 ／高 国 外学 者认 为 ， 刚石 实 际 上 只发 挥 它工 作效 能 的 ２ 。 度 以 网 目计 的 金 刚 石 脱 落 后 绝 难 再 金 ｏ 粒 回 收使 用 。 刚 石 的脆 性 使得 在 其强 度 、 合剂 耐 磨 性 以 及 加工 对 象 研磨 性 三 者 之 问 相 适 应 情 金 结
应 用 用 化 学 镀 的方 法首 先要 对 金 刚石 进 行 敏 化 、活化 处 理 以 造成 具 有 催化 作 用 的表 面 ， 通 再 过具 有 自催化 作 用 的被 镀 金 属 的 不断 沉积 和 自催化 使 镀 覆持 续 进 行 。 过 物 理 化 学 作 用 ． 具 通 使
有 催化 作 用 的 离子 进 入 到 金 刚 石 原始 结构 卸 陷深 部 还原 成 沉 积 点 ，然 后 被 镀 金属 离 子 得 到 还
原 沉 积 ． 金 刚 石 颗 粒 中原 始 结构 缺 陷得 到 弥 补 。 学 镀 的 方 法 可 以 在 平均 ５ ～ ６ 范 国 内 使 化 Ｏ Ｏ
提 高 金 刚 石 单 粒 抗 压强 度 ， 在 未 剥离 大 部表 面镀 层 情 况 下 测 得 的 强 度 增 值 是 不 足为 凭 的 。 但 化 学 镀 的 另一 特 点是 可 以 在 一 定的 条件 下形 成 非 晶 态 均 匀 致密 的表 面包 裹 层 ． 由此 可 以提 高 金 刚 石抗 氧 化 性 和 热 稳 定 性 （ 受热 情 况 下 表 面 晶 格 不 发 生转 变 ） １ 以上 ，这 显 然有 利 于 烧结 ｏ 温 度在 ８０ 以上 的金 属结 合 剂 工 磨 具 制 造 用 的 化 学 镀 层 材 料 为 Ｎ 、 。 得 指 出 的 是 ， ０℃ 常 Ｃｕ 值 使
至消 耗 殆 尽 ，而 不 是 传统 的 金 刚 石 工 具 单纯 地 不 断 靠 上 一 层 脱 落 ．下 一 层 出露 来 保 持 工 具 连 续 工 作 。 代 高 质量 的 金 刚 石 钻 、切 、磨 工 具 已证 实 了这 一 点 由此 可 大 幅 度 提 高 工 具 吏用 寿 现
命 ，发 掘 超 硬 磨 料 的 工 作 潜 力 。 目前 对 提 高 金 刚 石 颗 粒 与 结 合剂 材料 之 间 连 结 力 如 新 型结 合 剂 、粉 料 细 化 、烧 结 工 艺 、金 刚 石 表 面糙 化 及 金属 化 等 研 究 已有 许 多 新 进 展 。 对金 刚 石表 面 进 行 金 属 化 处 理 以 提 高 金 刚 石 颗 粒 与 结 合 剂 材 料 间 结 合 强 度 尤 其 被 世 界 上 工 业 发 达 国 家 所 重