Es sind viele Verfahren, sowohl stromlos wie auch elektrolytisch, bekannt, um die Oberfläche eines Schleifteilchens mit einem Metallüberzug aus Kupfer, Nickel oder Kobalt zu beschichten. Solche beschichteten Teilchen finden bei Schmirgel- oder Reibwerkzeugen Anwendung, wobei der Überzug die zurückhaltenden Hafteigenschaften des Teilchens in der Matrix der Arbeitsoberfläche des Werkzeuges verbessern. Jedoch besitzen die Schichtüberzüge, welche mit diesen bekannten Verfahren hergestellt wurden, bestimmte Einschränkungen wie beispielsweise innere Spannungen, welche die Wirksamkeit dieser Schichtüberzüge zu vermindern trachten.
Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zum elektolytischen Beschichten von Schleifteilchen mit einem Metallüberzug anzugeben, welcher gegen über den mit bekannten Verfahren hergestellten Metallüberzügen verbesserte Eigenschaften aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Beschichten von Schleifteilchen mit einem Metallüberzug, bei welchem das Metall elektrolytisch auf die Teilchenoberfläche aufgebracht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrolyt mit Sulphamat-Ionen verwendet wird.
Die Sulphamat-lonen leiten sich vorzugsweise von einem Metallsulphamat ab. Das auf das Schleifteilchen aufgebrachte Metall kann Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, Blei oder deren Legierungen sein. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemässe Verfahren besonders zum Plattieren des Teilchens mit Nickel oder einer Nickel enthaltenden Legierungen wie beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung anwendbar ist.
Wenn eine Legierung wie eine Nickel-Eisen-Legierung auf das Teilchen aufgebracht wird, so verwendet man vorzugsweise eine Mischung der zwei Metall-Sulphamate.
Die Temperatur der Plattierlösung bzw. des Elektrolyts ist vorzugsweise im Bereich von 6090 C.
Weiter sind vorzugsweise Chlorid-Ionen in der Plattierlösung vorhanden, um die Anode zu aktivieren. Die Chlorid Ionen, wenn diese vorhanden sind, können durch ein Chlorid des für die Beschichtung verwendeten Metalles oder durch irgendein anderes Salz, wie beispielsweise Kochsalz, geliefert werden.
Die Konzentration der Sulphamat-lonen in der Plattierlösung bzw. in dem Elektrolyten, kann entsprechend dem gewünschten pH-Wert für die Lösung variieren. Der wirksamste pH-Wert für die Plattierung wird entsprechend dem für die Beschichtung verwendeten Metall veriieren, jedoch kann dieser durch einen mit solchen Verfahren vertrauten Fachmann ohne weiteres festgelegt werden. Beispielsweise im Falle einer Plattierung mit Nickel wurde herausgefunden, dass ein pH Wert zwischen ca. 3-5 vorzuziehen ist, um eine angemessene Plattierung zu gewährleisten.
Vor der Plattierung muss die Teilchenoberfläche natürlich elektrisch leitend gemacht werden. Dies kann durch stromloses Beschichten der Teilchenoberfläche mit einem dünnen Überzug eines geeigneten Metalls mit bekannten Verfahren erreicht werden. Ein Beispiel eines geeigneten, stromlosen Verfahrens zur Plattierung mit Nickel oder Kobalt ist in der GB-Patentschrift Nr. 1198 479 veröffentlicht.
Die für die Plattierung verwendete Stromdichte wurde als ein unerheblicher Faktor befunden, obwohl eine Stromdichte zwischen 5-10 Amp pro 1000 Karat (bei Diamantteilchen) der Schleifteilchen vorzuziehen ist.
Die Schleifteilchen können, Diamant, kubisches Bornitrid, Siliziumkarbid, Wolframkarbid oder Ähnliches sein. Gewöhnliche Zusätze wie ein Mittel zum Glätten der Oberfläche und zur Verhinderung von Narbenbildung und wie Mittel zur Spannungsverringerung können der Plattierlösung auch zugesetzt sein.
Weiter ergab sich, dass sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren Metallüberzüge von höherer Dichte erhalten lassen, als dies mit früheren bekannten Verfahren möglich war.
Dadurch ergibt sich ein Metallüberzug, welcher weniger brüchig ist und für den die Wahrscheinlichkeit geringer ist, sich während der Schleifarbeiten von den Teilchen loszulösen.
In einem bevorzugten Verfahren wird Nickel elektrolytisch auf die Oberfläche eines Schleifteilchens aufgebracht, wobei eine Plattierlösung bzw. ein Elektrolyt verwendet wird, welcher Sulphamat-Ionen in einer geeigneten Konzentration enthält.
Die Plattierlösung enthält auch vorzugsweise Nickelchloride.
Es ergab sich eine Dichte des Nickelüberzuges von mehr als 8,0 g/cm3 (theoretischer Wert 8,9 g/cm3). Die Verwendung eines bekannten, stromlosen Plattierverfahrens liefert andererseits einen Nickelüberzug mit einer Dichte von nur 7,2-7,8 g/cm3. Je näher jedoch die Dichte des Überzuges bei dem theoretischen Wert für die Metalldichte liegt, desto besser ist der Überzug, und in dieser Hinsicht stellt das erfindungsgemässe Verfahren einen beträchtlichen Fortschritt dar.
Die elektrolytische Plattierung wird vorzugsweise in einem standardmässigen, rotierenden Plattierungskessel durchgeführt, welcher im Querschnitt in der Figur dargestellt ist.
Nach dieser Figur besteht der rotierende Plattierkessel aus einer rechtsdrehenden, zylindrischen Tonne 10 mit einer Reihe von Kathoden 12 aus Titanmetall, welche fest an ihrer inneren Oberfläche 14 befestigt sind, und einer zentral angebrachten Anode 16. Die Kathoden und die Anode sind an einem Ende der Trommel (nicht dargestellt) auf geeignete Art und Weise elektrisch angeschlossen. Die zu beschichtenden Teilchen werden in die Trommel in solcher Menge eingebracht, dass sie weniger als die Hälfte des Trommelvolumens einnehmen, und dann wird die Plattierlösung in die Trommel geleert, so dass diese bis zu ca. zwei Dritteln ihres Fassungsvermögens gefüllt ist. Ein geeignetes Gasauslassventil, welches schematisch durch 18 angedeutet wird, ist vorgesehen, um das Gas an die Atmosphäre entweichen zu lassen, welches während der Elektrolyse erzeugt wurde.
Für die Elektroplattierung wird die Tonne langsam gedreht und eine Spannung an die Anode und die Kathode gelegt. Die Plattierung wird solange fortgesetzt, bis die Teilchen eine gewünschte Dicke des Überzugs aufweisen, welches durch die periodische Entnahme und die Analyse von Teilchenproben bestimmt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun an einigen Ausführungsbeispielen beschrieben.
Beispiel 1
Dieses Beispiel veranschaulicht die Elektroplattierung von Nickel auf RD-Diamantkies.
Die folgenden Plattierlösungen wurden verwendet: Ni Sulphamat-Konzentrat 500 ml/l NiCl2 6H20 16.4 g/l H3BO3 30 g/l SNl (Mittel zur Spannungsverringerung) 7.5 g/l (wahlweise)
Das Ni Sulphamat-Konzentrat ist eine handelsüblich erhältliche Lösung, welche 900 g/l Ni Sulphamat enthält.
(SN, ist ein Produkt der M and T Chemicals Corp., Rahway, N.J., USA).
Das Nickelchlorid, die Borsäure und das SN, wurden getrennt in heissem demineralisiertem Wasser gelöst und dann dem Sulphamatkonzentrat hinzugefügt. Das Ganze wurde dann gefiltert und stellte die Plattierungslösung dar.
Es wurde der vorher beschriebene Platierkessel verwendet, wobei eine Nickelanode von 63,5 mmx 25,4 mm benützt wurde.
Der pH-Wert der vorbereiteten Plattierlösung war 3-5, welcher für die Plattierungszwecke geeignet erschien. Es zeigt sich als nicht notwendig, während der Plattierung den pH-Wert anzupassen, da dieser innerhalb des vorher genannten Bereiches blieb.
Die Lösung wurde auf 80-90 qC vor dem Beginn der Plattierung erhitzt und die verwendete Stromdichte war 5-10 Amp pro 1000 Karat Diamant.
Die erzielte Plattiergeschwindigkeit war 3-5 % des Diamantgewichtes pro Stunde.
Es wurde ein glatter, dichter Überzug von einer Dichte grösser als 8 g/cm3, d. h. zwischen 8,2 und 8,5 erhalten (der theoretische Wert ist 8,9 g/cm3).
Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Elektroplattierung von einer Fe/Ni-Legierung auf RD-Diamantkies.
Die folgende Plattierlösung wurde verwendet: Fe (OSO2 NH2)2 125 g/l NH4OSO2HN2 20 g/l Ni (OSO2 HN2)2 74 ml
Kon zentrat/l H3BO3 30 g/l NH4Cl 15 g/l
Jede der vorgenannten Komponenten wurde in der minimalen Menge von demineralisiertem Wasser gelöst, und darauf wurden alle Lösungen vereinigt und auf das endgültige Volumen gebracht. Das Ganze wurde auf eine Temperatur zwischen 60-80 C erhitzt.
Der pH-Wert der Lösung wurde mit Hilfe von konzentrierter Sulphaminsäure und konzentriertem Ammonium-Hydroxyd auf den Wert von 3-4 angepasst.
Wieder wurde ein Plattierkessel verwendet, wie er vorher beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass als Anode eine Nilo -Anode von 76,2 x 25,4 mm verwendet wurde. Nilo ist eine handelsübliche Fe/Ni-Legierung mit einem Verhältnis von Fe:Ni von 64:36. Zusätzlich wurde es für notwendig befunden, die Anode mit einem feinmaschigen Teflontuch zu umhüllen, um dadurch Oxydeinschlüsse in der Beschichtung zu verhindern. Die Plattierung wurde bei einer Stromdichte von
7-10 Amp pro 1000 Karat Diamant durchgeführt. Es wurde auch für notwendig befunden, den pH-Wert der Plattierlösung jede halbe Stunde nachzuregeln, da der pH-Wert dazu neigte, sich über den gewünschten Bereich zu erhöhen.
Bei Verwendung dieses vorher beschriebenen Verfahrens wurde eine Beschichtung der Diamantteilchen mit einer Legierung erhalten, welche 18-21% Eisen und 82-79% Nickel enthielt.
Bei beiden beschriebenen Beispielen wurde der Diamantkies gründlich gereinigt und vor der Elektroplattierung durch das stromlose Verfahren, welches in dem GB-Patent Nr.
1 198 479 beschrieben wird, mit einem dünnen Nickelüberzug versehen.
Die verbesserten Eigenschaften der mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens beschichteten Diamantteilchen werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:
RD-Diamantkies wurde mit einer zusammengesetzten Schicht aus Nickel und Kupfer beschichtet, wobei jede Komponente ca. 50 Gewichtsprozent des Diamantteilchens betrug. In dem Beispiel A wurde die Nickelschicht der zusammengesetzten Beschichtung elektrolytisch mit Hilfe des Verfahrens von Beispiel 1 auf die Oberfläche des Diamantteilchens aufgebracht, und in Beispiel B wurde das Diamantteilchen mit Hilfe eines elektrolytischen Verfahrens mit der Nickelschicht plattiert, wobei Hypophosphit als Reduktionsmittel verwendet wurde, wie es in der GB-Patentschrift Nr. 198 479 beschrieben ist.
Der äussere Kupferüberzug wurde durch ein bekanntes elektrolytisches Verfahren aufgebracht, welches in dem Buch Elektroplating Engineering Handbook von A. K. Graham 1955, Rheinhold beschrieben ist.
Die Beispiele C und D waren RD-Diamantkies mit nur einem Nickelüberzug. In dem Beispiel C wurde die Beschichtung durch das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren auf das Diamantteilchen aufgebracht, und in Beispiel D wurde das Diamantteilchen mit dem Nickelüberzug durch das stromlose Plattierverfahren beschichtet, welches in der GB-Patentschrift Nr. 1 198 479 beschrieben ist.
Die G-Werte von Schleifscheiben, welche den beschichteten Kies enthielten, wurden gemessen, und die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Bekanntlich ist der G-Wert das Verhältnis der Metallmenge, welche von dem Werkstück entfernt wird, zu der Menge des während des Schleifvorganges abgenützten Schleifwerkzeuges. Je höher der G-Wert ist, desto besser ist der beschichtete Schleifkies.
Tabelle Standardisierte trockene Schleifbedingungen: G-Wert 25,4 mm Beschickung: Beispiel A: 78,4 Beispiel B: 68 50,8 mm Beschickung: Beispiel A: 13,4 Beispiel B: 11,4 Standardisierte nasse Schleifbedingungen: Beispiel A: 93 Beispiel B: 87 25,4 mm Beschickung: Beispiel C: 99,0 Beispiel D: 89,7 50,8 mm Beschickung: Beispiel C: 38,2 Beispiel D: 30,1
Die vorangehenden Ergebnisse veranschaulichen klar die verbesserten Schleifeigenschaften der durch das erfindungsgemässe Verfahren beschichteten Diamantteilchen.
Bei diesen Vergleichsbeispielen wurden für die trockenen Schleifbedingungen kunstharzverklebte Topfschleifenscheiben (resinoid bond flaring cup grinding wheels) benutzt und für die nassen Schleifbedingungen kunstharzverklebte Randschleifscheiben (resinoid bond peripheral grinding wheels) verwendet.
In jedem der Fälle war die Konzentration der Diamantteilchen in der Scheibenmatrix 100, d. h. 4,4 Karat pro cm3 (72 Karat pro cu.in.).