金刚石复合电镀就是使金刚石微粒均匀分布在金属中形成的镀层。电镀金刚石铰刀的制作工艺有外镀和内镀两种工艺。内镀工艺的制作过程是:首先根据铰刀工作部分的结构及尺寸,设计并制造相应的胎具(胎具的内孔和铰刀工作部分的外表面形状、尺寸一致)如图2;然后在胎具内孔的孔壁上进行金刚石的复合电镀,使金刚石颗粒沿孔壁排列,均匀分布;把镀层从孔壁转移到刀体的外表面;最后进行开刃、整体精饰,便形成内镀金刚石铰刀。和外镀工艺比较,内镀铰刀表面颗粒排列的等高性好,刀具精度高。
由于要在胎具内孔进行金刚石颗粒的复合电镀,镀层能否实现、金刚石颗粒的排列质量及使用过程中颗粒固结的牢固程度、铰刀的制作周期等都和电镀工艺有关,所以必须处理好内镀工艺过程中的每个环节,才能得到合格的铰刀。
电镀工艺过程是:镀前处理→镀锡→上砂→卸砂→初步加厚→进一步加厚。
1 电镀装置
由于电镀时胎具的内孔要填满金刚砂,所以内镀工艺的难度较大。主要表现为液相传质困难,镀层不易实现,允许电流密度小,电镀时间长。由于传统的搅拌方式不能解决前面提到的问题,所以改用半封闭回路式镀液循环电镀装置进行电镀。其基本原理(图3所示)是把胎具内孔作为回路的一部分,通过磁力泵把电镀液送到高位。利用高低差,使镀液以一定的压力流经胎具内孔,并在回路中循环流动。这样便可以解决镀液流动性差、液相传质困难的问题。同时电流密度也可得到提高。
2 镀前处理
镀前处理主要包括金刚石颗粒和胎具内孔表面的处理。金刚石在电镀前如果不经过仔细的净化和亲水性处理,容易产生上砂困难或使颗粒与金属镀层结合力下降,造成铰刀使用过程中金刚石颗粒过早脱落。具体处理方法如下:将NaOH和金刚石以重量为2∶1的比例放入坩埚中,在电炉上加热至680～700℃煮15min倒出冷却。然后用蒸馏水冲洗至中性,之后,用15%稀硝酸煮沸约30min,冷却后用蒸馏水冲洗至中性。然后浸泡在镀液中待用。
对胎具镀前处理的目的是除去表面污物和表面的不良组织,暴露出基体金属的正常晶格结构,便于在活化状态下金属晶体表面实现电沉积。镀前处理的方法很多,应根据基体金属材料的性质、表面氧化物和油污的情况和粘污程度、基体的形状和尺寸及产品的质量要求等多种因素,综合考虑而定。下面介绍的是针对45钢制作的胎具内孔表面镀前处理的工艺流程:粗荒去油→化学除油→热水洗→冷水洗→冷水洗→强浸蚀(酸洗)→冷水洗→冷水洗→浸稀碱液→冷水洗→不镀部位的绝缘处理→电解去油→热水洗→冷水洗→冷水洗→弱浸蚀。下面对其中一些问题予以说明。
(1)化学除油。采用碱性溶液。优点是无毒、不燃、配方简单。溶液的组成和用量见表1。除油时溶液的温度为70～90℃,除油时间以油除尽为止,除油过程中要翻动工件。
(2)强浸蚀。黑色金属强浸蚀常用硫酸、盐酸,有时还用硝酸或混酸。考虑硝酸挥发时会放出大量的有害气体;硫酸在常温下对铁的氧化物浸蚀能力较低;盐酸在常温下浸蚀能力较强,而且基体溶解较慢,不易发生过腐蚀和氢脆现象。为了尽量减少由于铁的溶解和氢的析出导致的胎具内孔尺寸变化,所以浸蚀胎具时选用盐酸进行。但当盐酸的浓度达20%以上时,基体比氧化物的溶解速度提高得更快,同时考虑尽量减少盐酸挥发损失,所以,采用浓度为15%的盐酸,在室温下操作,时间小于5min(随时观察)。
(3)稀碱液浸泡。其目的是中和基体表面残存的酸,防止酸对基体产生腐蚀。清洗后要对不镀部位进行绝缘处理。
(4)电解去油。电解除油实际是电解水的过程,以达到进一步除油的效果。
(5)弱浸蚀。弱浸蚀的目的是在临电镀前除去被镀表面上极薄的一层氧化膜,暴露出基体的金相组织,以便于被镀金属离子直接在上面沉积。弱浸蚀采用3%～5%的硫酸溶液,在室温进行,浸蚀时间为30～40s。弱浸蚀后可以不经清洗,直接电镀。
流动电镀金刚石铰刀的复合电镀工艺 |
