Com a transformação da manufatura para a alta tecnologia, o rápido desenvolvimento no campo da energia limpa e o desenvolvimento da indústria de semicondutores e fotovoltaica, a demanda por ferramentas diamantadas de alta eficiência e alta precisão está crescendo. No entanto, o pó de diamante artificial, como matéria-prima mais importante, e a força de retenção da matriz, devido à sua baixa resistência, não é tão forte, e a vida útil inicial das ferramentas de carboneto é curta. Para solucionar esses problemas, a indústria geralmente adota o revestimento de superfície de pó de diamante com materiais metálicos, a fim de melhorar suas características de superfície, aumentar a durabilidade e, assim, melhorar a qualidade geral da ferramenta.
O método de revestimento de superfície com pó de diamante é mais, incluindo galvanoplastia, galvanoplastia, pulverização catódica magnetron, evaporação a vácuo, reação de explosão a quente, etc., incluindo galvanoplastia química e galvanoplastia com processo maduro, revestimento uniforme, pode controlar com precisão a composição e a espessura do revestimento, as vantagens do revestimento personalizado, tornaram-se as duas tecnologias mais comumente usadas na indústria.
1. galvanoplastia química
O revestimento químico com pó de diamante consiste em adicionar o pó de diamante tratado à solução de revestimento químico e depositar os íons metálicos na solução de revestimento por meio da ação do agente redutor presente na solução, formando um revestimento metálico denso. Atualmente, o revestimento químico de diamante mais utilizado é o revestimento químico de níquel-fósforo (Ni-P), geralmente chamado de revestimento químico de níquel.
01 Composição da solução de niquelagem química
A composição da solução de revestimento químico tem influência decisiva no bom andamento, na estabilidade e na qualidade do revestimento da reação química. Geralmente, ela contém sal principal, agente redutor, complexante, tampão, estabilizante, acelerador, surfactante e outros componentes. A proporção de cada componente precisa ser cuidadosamente ajustada para obter o melhor efeito de revestimento.
1, sal principal: geralmente sulfato de níquel, cloreto de níquel, ácido amino sulfônico de níquel, carbonato de níquel, etc., sua principal função é fornecer fonte de níquel.
2. Agente redutor: fornece principalmente hidrogênio atômico, reduz o Ni2+ presente na solução de revestimento em Ni e o deposita na superfície das partículas de diamante, que é o componente mais importante da solução de revestimento. Na indústria, o fosfato secundário de sódio, com forte capacidade de redução, baixo custo e boa estabilidade de revestimento, é utilizado principalmente como agente redutor. O sistema de redução pode realizar revestimentos químicos em baixas e altas temperaturas.
3, agente complexo: a solução de revestimento pode precipitar a precipitação, aumentar a estabilidade da solução de revestimento, prolongar a vida útil da solução de galvanoplastia, melhorar a velocidade de deposição de níquel, melhorar a qualidade da camada de revestimento, geralmente usar ácido succinina, ácido cítrico, ácido láctico e outros ácidos orgânicos e seus sais.
4. Outros componentes: o estabilizador pode inibir a decomposição da solução de galvanoplastia, mas como isso afetará a ocorrência da reação química de galvanoplastia, precisa de uso moderado; o tampão pode produzir H + durante a reação química de galvanoplastia para garantir a estabilidade contínua do pH; o surfactante pode reduzir a porosidade do revestimento.
02 O processo de niquelagem química
O revestimento químico do sistema de hipofosfato de sódio exige que a matriz tenha certa atividade catalítica, e a superfície do diamante em si não possui um centro de atividade catalítica, portanto, precisa ser pré-tratada antes do revestimento químico do pó de diamante. O método tradicional de pré-tratamento do revestimento químico envolve a remoção do óleo, o engrossamento, a sensibilização e a ativação.
(1) Remoção de óleo, engrossamento: a remoção de óleo visa principalmente remover óleo, manchas e outros poluentes orgânicos da superfície do pó de diamante, garantindo um encaixe perfeito e um bom desempenho do revestimento subsequente. O engrossamento pode formar pequenas cavidades e rachaduras na superfície do diamante, aumentando a rugosidade da superfície do diamante, o que não só favorece a adsorção de íons metálicos neste local, facilitando o revestimento químico e a galvanoplastia subsequentes, como também forma degraus na superfície do diamante, proporcionando condições favoráveis para o crescimento da camada de deposição metálica por revestimento químico ou galvanoplastia.
Normalmente, a etapa de remoção de óleo utiliza NaOH e outras soluções alcalinas como solução de remoção de óleo, enquanto a etapa de engrossamento utiliza ácido nítrico e outras soluções ácidas como solução química bruta para gravar a superfície do diamante. Além disso, esses dois métodos devem ser utilizados com máquinas de limpeza ultrassônica, o que contribui para aumentar a eficiência da remoção de óleo e engrossamento do pó de diamante, economizando tempo no processo de remoção e engrossamento do óleo e garantindo o efeito da remoção de óleo e do engrossamento.
(2) Sensibilização e ativação: o processo de sensibilização e ativação é a etapa mais crítica em todo o processo de revestimento químico, estando diretamente relacionado à possibilidade de execução do revestimento químico. A sensibilização consiste em adsorver substâncias facilmente oxidáveis na superfície do pó de diamante, que não possui capacidade autocatalítica. A ativação consiste em adsorver a oxidação do ácido hipofosfórico e de íons metálicos cataliticamente ativos (como o paládio metálico) na redução de partículas de níquel, de modo a acelerar a taxa de deposição do revestimento na superfície do pó de diamante.
De modo geral, o tempo de tratamento de sensibilização e ativação é muito curto, a formação de ponta de paládio na superfície do diamante é menor, a adsorção do revestimento é insuficiente, a camada de revestimento cai facilmente ou é difícil formar um revestimento completo e o tempo de tratamento é muito longo, o que causará desperdício da ponta de paládio. Portanto, o melhor tempo para o tratamento de sensibilização e ativação é de 20 a 30 minutos.
(3) Niquelagem química: o processo de niquelagem química não é afetado apenas pela composição da solução de revestimento, mas também pela temperatura e pelo valor do pH da solução de revestimento. Na niquelagem química tradicional de alta temperatura, a temperatura geral é de 80 a 85 °C. Acima de 85 °C, a decomposição da solução de revestimento é fácil e, em temperaturas abaixo de 85 °C, a reação é mais rápida. Quanto ao pH, à medida que o pH aumenta, a taxa de deposição do revestimento aumenta, mas o pH também causa a formação de sedimentos de sais de níquel, o que inibe a taxa de reação química. Portanto, no processo de niquelagem química, otimizando a composição e a proporção da solução de revestimento químico, as condições do processo de niquelagem química controlam a taxa de deposição do revestimento químico, a densidade do revestimento, a resistência à corrosão do revestimento, o método de densidade do revestimento e o pó de diamante para revestimento, para atender à demanda do desenvolvimento industrial.
Além disso, um único revestimento pode não atingir a espessura ideal, e pode haver bolhas, furos e outros defeitos, portanto, vários revestimentos podem ser aplicados para melhorar a qualidade do revestimento e aumentar a dispersão do pó de diamante revestido.
2. eletroniquelagem
Devido à presença de fósforo na camada de revestimento após o revestimento químico de níquel com diamante, a condutividade elétrica é baixa, o que afeta o processo de carregamento de areia da ferramenta diamantada (o processo de fixação das partículas de diamante na superfície da matriz). Portanto, a camada de revestimento sem fósforo pode ser usada para revestimento de níquel. A operação específica consiste em colocar o pó de diamante na solução de revestimento contendo íons de níquel. As partículas de diamante entram em contato com o eletrodo negativo de potência no cátodo. O bloco metálico de níquel é imerso na solução de revestimento e conectado ao eletrodo positivo de potência para se tornar o ânodo. Por meio da ação eletrolítica, os íons de níquel livres na solução de revestimento são reduzidos a átomos na superfície do diamante, e os átomos crescem no revestimento.
01 Composição da solução de galvanoplastia
Assim como a solução de galvanoplastia, a solução de galvanoplastia fornece principalmente os íons metálicos necessários para o processo de galvanoplastia e controla o processo de deposição de níquel para obter o revestimento metálico necessário. Seus principais componentes incluem sal de base, agente ativo anódico, agente tampão, aditivos e assim por diante.
(1) Sal principal: usando principalmente sulfato de níquel, amino sulfonato de níquel, etc. Geralmente, quanto maior a concentração de sal principal, mais rápida será a difusão na solução de galvanoplastia, maior será a eficiência da corrente, a taxa de deposição de metal, mas os grãos do revestimento se tornarão grossos e a diminuição da concentração de sal principal, pior será a condutividade do revestimento e difícil de controlar.
(2) Agente ativo do ânodo: como o ânodo é fácil de passivação, fácil de má condutividade, afetando a uniformidade da distribuição de corrente, por isso é necessário adicionar cloreto de níquel, cloreto de sódio e outros agentes como ativadores anódicos para promover a ativação do ânodo, melhorar a densidade de corrente da passivação do ânodo.
(3) Agente tampão: assim como a solução de galvanoplastia química, o agente tampão pode manter a estabilidade relativa da solução de galvanoplastia e do pH do cátodo, permitindo que este flutue dentro da faixa permitida pelo processo de galvanoplastia. Agentes tampão comuns incluem ácido bórico, ácido acético, bicarbonato de sódio, etc.
(4) Outros aditivos: de acordo com os requisitos do revestimento, adicione a quantidade certa de agente de brilho, agente de nivelamento, agente umectante e agente diverso e outros aditivos para melhorar a qualidade do revestimento.
02 Fluxo de níquel eletrodepositado com diamante
1. Pré-tratamento antes do revestimento: o diamante geralmente não é condutor e precisa ser revestido com uma camada metálica por meio de outros processos de revestimento. O método de revestimento químico é frequentemente usado para pré-revestir uma camada metálica e engrossá-la, de modo que a qualidade do revestimento químico afetará, até certo ponto, a qualidade da camada de revestimento. De modo geral, o teor de fósforo no revestimento após o revestimento químico tem um grande impacto na qualidade do revestimento, sendo que o revestimento com alto teor de fósforo apresenta resistência à corrosão relativamente melhor em ambiente ácido, a superfície do revestimento apresenta maior protuberância tumoral, maior rugosidade superficial e nenhuma propriedade magnética; o revestimento com teor médio de fósforo apresenta resistência à corrosão e ao desgaste; o revestimento com baixo teor de fósforo apresenta condutividade relativamente melhor.
Além disso, quanto menor o tamanho da partícula do pó de diamante, maior a área de superfície específica; durante o revestimento, é fácil flutuar na solução de galvanoplastia, o que produzirá vazamentos, galvanoplastia, fenômeno de camada solta de revestimento; antes do revestimento, é necessário controlar o teor de P e a qualidade do revestimento, para controlar a condutividade e a densidade do pó de diamante para melhorar a flutuação fácil do pó.
2. Niquelagem: atualmente, a galvanoplastia com pó de diamante frequentemente adota o método de revestimento por laminação, ou seja, a quantidade correta de solução de galvanoplastia é adicionada ao engarrafamento. Uma certa quantidade de pó de diamante artificial é adicionada à solução de galvanoplastia. Através da rotação da garrafa, o pó de diamante é acionado para rolar no engarrafamento. Ao mesmo tempo, o eletrodo positivo é conectado ao bloco de níquel e o eletrodo negativo ao pó de diamante artificial. Sob a ação do campo elétrico, os íons de níquel livres na solução de galvanoplastia formam níquel metálico na superfície do pó de diamante artificial. No entanto, esse método apresenta os problemas de baixa eficiência de revestimento e revestimento irregular, razão pela qual surgiu o método do eletrodo rotativo.
O método do eletrodo rotativo consiste em girar o cátodo durante o revestimento com pó de diamante. Dessa forma, é possível aumentar a área de contato entre o eletrodo e as partículas de diamante, aumentar a condutividade uniforme entre as partículas, melhorar o fenômeno de revestimento irregular e melhorar a eficiência da produção do revestimento de níquel diamantado.
breve resumo
Como principal matéria-prima das ferramentas diamantadas, a modificação da superfície com micropó de diamante é um meio importante para aumentar a força de controle da matriz e prolongar a vida útil das ferramentas. Para melhorar a taxa de carregamento de areia das ferramentas diamantadas, geralmente é possível aplicar uma camada de níquel e fósforo na superfície do micropó de diamante para obter uma certa condutividade, e então engrossar a camada de revestimento por niquelagem, aumentando a condutividade. No entanto, deve-se observar que a superfície do diamante em si não possui um centro ativo catalítico, portanto, precisa ser pré-tratada antes do revestimento químico.
documentação de referência:
Liu Han. Estudo sobre a tecnologia de revestimento de superfície e qualidade do micropó de diamante artificial [D]. Instituto de Tecnologia de Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun e Yuan Guangsheng. Estudo sobre o processo de pré-tratamento de revestimento superficial de diamante [J]. Padronização espacial.
Li Jinghua. Pesquisa sobre modificação de superfície e aplicação de micropó de diamante artificial usado em serras de fio [D]. Instituto de Tecnologia de Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei, et al. Processo de niquelagem química de superfície de diamante artificial [J]. Journal of IOL.
Este artigo foi reimpresso na rede de materiais superduros
Horário da publicação: 13/03/2025
