對金剛石表面化學(xué)鍍鎳金屬化工藝及其影響因素進(jìn)行研究，并探討了相關(guān)工藝條件對金剛石性能的影響。結(jié)果表明，化學(xué)鍍鎳層能顯著提高金剛石的熱穩(wěn)定性和抗氧化溫度。
 
　　1前言
 
　　金剛石由于其高硬度和優(yōu)良的力學(xué)性能，使金剛石工具成為加工各種堅硬材料不可缺步的有效工具，影響金剛石工具使用壽命及性能的主要因素有兩個方面：一是盒剛石本身的質(zhì)量(即品級)，二是胎體金屬對金剛石的粘結(jié)性(即胎體的包鑲能力)。
 
　　由于金剛石顆粒較小，絕大部分金剛石工具或以嵌焊于工具體中，或?qū)⒔饎偸w粒與金屬合金用粉末冶金法壓型、燒結(jié)而形成金剛石一金屬復(fù)合體，以實現(xiàn)對工件的加工。由于金剛石與一般金屬和合金之間具有很高的界面能，致使金剛石顆粒不易被一般低熔點合金所浸潤，粘結(jié)性極差。因此.在制造的金剛石工具中，金剛石顆粒僅依靠胎體冷凝后產(chǎn)生的機械力鑲嵌于胎體金屬基中，而沒有形成牢固的化學(xué)鍵粘結(jié)鑲，導(dǎo)致金剛石顆粒在工作中除破碎、折斷外，絕大多數(shù)在露出不到粒徑l/2高度時脫落。金剛石實際上只發(fā)揮了工作能力的20%，金剛石脫落后，難再回收利用，大大降低了金剛石工具的壽命及性能，造成巨大的浪費。因此研究金剛石表面化學(xué)鍍鑲金屬化，對改善金剛石與胎體合金的粘結(jié)性能，增強金剛石的抗壓強度、抗氧化性，提高金剛石的利用率及工具的使用壽命有重大意義。
 
　　2實驗
 
　　采用的金剛石型號為JR1，粒度為12o/14o。鍍前對金剛石進(jìn)行清洗、粗化、敏化、活化及還原等處理，然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，并分別研究了各因素對金剛石增重的影響。
 
　　工藝流程:金剛石基料一除油一水洗一敏化一水洗一活化一水冼一還原一化學(xué)鍍鎳一水洗一烘干。
 
　　(1)除油：栗用堿性除油，在l0%NaOH溶液中，并加入少量的非離子表面活性劑煮沸30min，用蒸餾水沖洗2～3次，除去金剛石表面的油脂等污物。
 
　　(2)粗化：用稀HNO;煮沸20min，蒸餾水洗2～3次。

　　(3)敏化：SnC2H：O10g/L，HCI20m/L，溫度室溫，時間3～5min。
 
　　將金剛石基料置于敏化液中浸泡5min，取出后水洗至中性，使吸附在表面的SnCl2膠體，水解生成sn(OH)Cl膠體，吸附于基料表面
 
　　(4)活化：PdCI2--0.5g/L，HCI--10m/L，溫度室溫，時間4min

　　敏化后的基料放入活化液中4min，取出后用水洗凈，Sn(OH)CI還原Pd2+成Pd，吸附于基體金剛石表面，這些金屬微粒是化學(xué)鍍鎳的催化活性中心。
 
　　(5)還原：NaH2PO2·2H2O30g/L，溫度室溫，時間3min。
 
　　將經(jīng)活化處理的金剛石基料放入還原液中3min，還原可能殘留于金剛石表面的Pd抖.防止其帶入鍍鎳中導(dǎo)致鍍液分解，金剛石經(jīng)還原處理后不需水洗直接化學(xué)鍍鎳。
 
　　(6)化學(xué)鍍鑲工藝金剛石粉末的表面積大，用一般的化學(xué)鍍鎳進(jìn)行施鎳進(jìn)行施鍍時，沉積反應(yīng)過于激烈，鍍液易產(chǎn)生自分解，為了對金剛石連續(xù)旌鍍，必須采用穩(wěn)定性高，易于維護(hù)的化學(xué)鍍鎳工藝.工藝條件如下：

　　NiSO4•6H2O----30g/L
　　NaH2PO2•2H2O----30g/L
　　主絡(luò)合劑-------25g/L
　　輔助絡(luò)合劑---------10g/L
　　穩(wěn)定劑-------適量
　　pH值---------4.8～5.2
　　溫度----------88土3℃
　　攪拌方式----------超聲波攪拌

　　化學(xué)鍍鑲液溫度栗用恒溫水浴控制在88±3℃，采用超聲波攪拌，防止金剛石顆粒鍍鎳粘在一起每隔5min用超聲波攪拌30s，超聲波頻率為30Hz試驗裝置見圖1：

　　3結(jié)果及討論
 
　　3.1工藝條件對鑲矗的影響
 
　　(1)NiSO4濃度在其他條件不變的情況下，鎳鹽濃度與金剛石增重的關(guān)系見圖2，當(dāng)硫酸鎳含量達(dá)到30g/L時，金剛石增重率達(dá)到最大，再增加鎳鹽濃度就有副反應(yīng)，沉積速度反而下降。
 
　　(2)次磷酸鈉濃度隨著次磷酸鈉濃度增加，金剛石增重率加快，當(dāng)次磷鈉的濃度達(dá)到30g/L時，金剛石增重率最大，再增加則發(fā)生自分解反應(yīng)。沉積速率反而下降，且影響鍍層質(zhì)量。

　　(3)主絡(luò)合劑濃度主絡(luò)合劑與Ni2+形成絡(luò)合物，以控制溶液中的Ni2+濃度,從而控制沉積速度，并可防止亞磷鎳并沉淀形成，并作為緩沖劑來防止鍍鎳pH值在施鍍過程變化太快。主絡(luò)合劑以25g/L為最佳。
 
　　(4)pH值pH值的大小直接影響主絡(luò)合劑的絡(luò)合能力，從而直接影響金剛石的增重率、鍍層質(zhì)量和鍍液穩(wěn)定性。由試驗可知pH值以4.8～5.2為最佳。
 
　　(5)施鍍溫度在其他條件不變的情況下研究溫度變化對金剛石增重率的影響，發(fā)現(xiàn)t<60℃時，反應(yīng)極慢，甚至不發(fā)生沉積.在t≥75℃沉積反應(yīng)才能正常進(jìn)行;隨溫度的繼續(xù)升高，金剛石增重率呈直線上升趨勢，t>90℃增重率上升緩慢，當(dāng)溫度達(dá)到95℃時，反應(yīng)生成的亞磷酸根濃度增加，鍍液自分解傾向增大，鍍液顏色變暗甚至發(fā)黑，穩(wěn)定性差，因此，施鍍溫度應(yīng)控制在88士3℃。
 
　　3.2化學(xué)鍍鎳層對金剛石性能的影響
 
　　(1)熱穩(wěn)定性金嘲石熱穩(wěn)定系指金剛石加熱到一定溫度后的強度損失率，損失率越低，熱穩(wěn)定性越好。將經(jīng)化學(xué)鍍鎳與未經(jīng)處理的金剛石加熱到980℃，未經(jīng)處理的金剛石燒蝕嚴(yán)重+強度損失率為25%，而鍍鎳金剛石在此溫度下變化不大，且強度損失率隨增重率的增大而下降(見圖4)。這是由于鍍鎳金剛石表面鎳被氧化成NiO，金嘲石則較完整，因此強度損失率低。即化學(xué)鍍鎳層對金剛右有一定的保護(hù)作用，防止內(nèi)部金剛石氧化和石墨化。

　　(2)抗氧化溫度由金剛石的差熱曲線分析可得出施鍍金剛石的氧化溫度與增重率的關(guān)系(見圖5)。可見，化學(xué)鍍鎳后金剛石的抗氧化溫度明顯高于原始盒剛石的抗氧化溫度，且隨增重率的增加，金剛石的抗氧化溫度升高，說明金剛石的增重百分率越高.鍍層對金剛石的保護(hù)性越強，因而金剛石的抗氧化能力越強。
 
　　(3)抗壓強度與增重率化學(xué)鍍鎳后金剛石的抗壓強度比原始金剛石的抗壓強度明顯提高，且隨增重率的增加(見圖6)，金剛石的抗壓強度也增加，這是由于金剛石表面鍍上一層金屬鎳層后金屬以填隙、補平或包覆等方式，消除或減少了金剛石表面的裂墳和缺陷，減少了受力時的應(yīng)力集中，因此，提高了金剛石強度。

　　4結(jié)論
 
　　(1)采用濕法化學(xué)鍍鎳對金嘲石表面進(jìn)行金屬化處理是可行的，具有投資小、成本低等特點。
 
　　(2)金剛石表面化學(xué)鍍鎳金屬化可在金剛石表面獲得鍍層均勻的Ni-P合金鍍層，并能顯著提高金剛石的熱穩(wěn)定性、抗壓強度及抗氧化溫度，且效果較好。