CN109227417A - 一种电镀金刚石砂带及其制备方法 - Google Patents

一种电镀金刚石砂带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电镀金刚石砂带，包括金属基体，金属基体上覆有金属镀层，金属镀层中嵌设有金刚石磨粒，所述金属镀层包括设置在金属基体上的薄镍层、依次覆在薄镍层上的加厚金属层以及加固金属层，所述金属镀层中的金刚石磨粒积聚成若干正多边形磨削单元并均匀排布，相邻的正多边形单元间设有排屑间隙。本发明还公开了一种上述金刚石砂带的制备方法。

Description

一种电镀金刚石砂带及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电镀金刚石砂带及其制备方法。
背景技术
电镀金刚石砂带是一种新型的柔性磨削工具，具备涂附磨具的良好柔性和超硬材料“硬”的特点，已经被广泛的应用在玻璃、陶瓷、复合材料、硅材料等脆硬材料的磨削加工。电镀金刚石砂带主要有背衬材料、柔性金属基及金刚石镀层三部分构成，其中镀层表面磨削小单元的形状及其排布决定砂带的磨削质量、磨削效率、砂带柔韧性、砂带寿命及散热和排屑能力，因此镀层表面磨削小单元的的形状及其排布结构具有非常重要的研究价值。目前镀层表面的图案形式主要有圆点型、箭头型、半月型、X型等，但这几种图案的磨削小单元形状及其排布都存在着缺点和不足。圆点图案的磨削相对柔和，但是磨削的锋利度不高，因此磨削效率相对较低，其他几种类型的图案虽然磨削性能高，但是砂带的柔韧性不好，容易断裂，严重影响砂带的使用寿命。基于现有金刚石砂带镀层图案存在的问题，急需发明一种锋利度高、磨削速度快、磨削质量好、砂带柔韧性好的镀层表面图案，同时对其制备方法进行研究来提高镀层的强度，提高砂带的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种砂带镀层表面的花纹图案锋利度高、整体柔韧性好、排屑和散热能力强的电镀金刚石砂带。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种电镀金刚石砂带，包括金属基体，金属基体上覆有金属镀层，金属镀层中嵌设有金刚石磨粒，所述金属镀层包括设置在金属基体上的薄镍层、依次覆在薄镍层上的加厚金属层以及加固金属层，所述金属镀层中的金刚石磨粒积聚成若干正多边形磨削单元并均匀排布，相邻的正多边形单元间设有排屑间隙。
作为一种优选的方案，所述正多边形磨削单元为正六边形单元。
作为一种优选的方案，任意两个相邻的磨削单元的邻边相互平行。
作为一种优选的方案，所述磨削单元的凸起高度为0.3-0.5mm；所述加固金属层厚度为0.2-0.3um；所述磨削单元以六边形中相对的两个顶点的连线与砂带磨削方向平行的方式进行排列。
本发明另一个所要解决的技术问题是：提供一种上述电镀金刚石砂带的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种电镀金刚石砂带的制备方法，包括如下步骤：
(1)打磨处理：把镍块和基体材料表面的毛刺及氧化膜用砂纸打磨掉；
(2)碱洗除油：把基体和镍块放在氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液中，在不低于60℃的温度下浸泡不低于20min，然后用蒸馏水清洗2-3次，烘干备用；
(3)绝缘处理：基体的背面用绝缘膜贴住；
(4)入槽：基体作为电极的阴极，镍作为电极的阳极，连接好导线，接通电源后同时放置于NiSO4溶液中；
(5)预镀：进行预镀以实现在基体表面沉积薄薄的一层镍层，镀层厚度控制在0.2-0.5um；
(6)磨粒排布：上砂镀之前需要把带有磨削单元形状镂空的绝缘膜贴在基体材料的正面；
(7)上砂镀：在镀液中均匀的洒入处理好的金刚石粉末，接通电源，在重力的作用下，金刚石粉末均匀在附着在基体正面绝缘膜的镂空处形成等边六边形的磨削单元；
(8)加厚镀：在上好砂的镀层上除去外围浮砂之后，20-30g/L的NiSO4镀液将镀层进行电镀加厚，使得磨削单元的露出高度控制在0.3-0.5mm；
(9)加固镀：把步骤6中带有磨削单元形状镂空的绝缘膜揭掉，在磨削小单元的根部及排屑间隙的底部进行加固镀，镀层厚度0.2-0.3um，金刚石粉末采用微粉；
(10)清洗：电镀完成后，用细毛刷除去镀层表面以及排屑间隙内的浮砂，同时把步骤3中基体材料背面的绝缘膜揭掉，并用蒸馏水清洗3-4次，镀液清洗干净后晾干；
(11)粘合背衬材料：在背衬材料和电镀完成后的基体材料的背面均匀的涂抹高强度柔性胶水，再施加压力粘合。
作为一种优选的方案，所述的步骤(2)中氢氧化钠和碳酸钠的浓度分别是40g/L和30g/L，温度60-80℃，浸泡时间20-30min。
作为一种优选的方案，所述步骤(7)中，金刚石粉末的处理为：将金刚石微粉分别倒入1:1盐酸中煮沸30min，冷却反复水洗至中性，用镀液浸泡备用；所述步骤(5)中，所述电镀溶液中包含100g/LNiSO4·6H2O；10g/L的CuSO4·5H2O；以及70g/L的Na3C6H5O7·2H2O；0.2g/L的C12H25SO4Na；30g/L的H3BO3；6g/L的NaCl。
作为一种优选的方案，所述步骤(2)除油处理后，再将基体放入1:1盐酸溶液中浸泡3-6min，去除基体表面氧化层以露出金属晶格。
作为一种优选的方案，所述步骤(9)加固镀后，再采用主盐ZnSO2·7H2O120g/L、NiSO2·6H2O 136g/L、导电盐NH4Cl 110g/L、润湿剂月桂醇硫酸酯钠C12H25SO4Na 0.3g/L、缓冲剂硼酸H3BO330g/L、光亮剂香草醛0.3g/L、络合剂葡萄糖酸钠0.3g/L、pH为4-5的电镀液在温度35±5℃进行光亮镀层电镀，电流密度1-3A/dm2，电镀时间10-20min。
作为一种优选的方案，所述的步骤(2)中氢氧化钠和碳酸钠的浓度分别是40g/L和30g/L，温度60-80℃，浸泡时间20-30min。
作为一种优选的方案，所述的步骤(4)中NiSO4的浓度为20-30g/L；所述的步骤(5)中，镀层内不含金刚石磨粒，预镀时间30-60min，温度40-50℃，电流控制在0.6-0.8A/dm2；所述的步骤(7)中，电流控制在0.3-0.8A/dm2，温度50-60℃，上砂时间15-60min，上砂厚度十至几十微米；所述的步骤(8)中，电流控制在1-1.5A/dm2，温度50-60℃，加厚镀的时间不小于1小时；所述的步骤(9)加固镀中，电流为0.1-0.2A/dm2，温度30-40℃，时间10-20min；所述的步骤(11)中，加压粘合时，压头温度40-50℃，热压压力70-80MPa，受压时间持续1-2min，加压完成后放置48小时。
本发明的有益效果是：本电镀金刚石砂带的磨削单元为正六边形，磨削时，正六边洗的磨削小单元具有尖锐的顶点，且相对应的两个顶点的连线与砂带磨削方向平行的方式进行排列，以此来保障排屑间隙笔直通畅，有利于排屑和散热；
在制作工艺上，加厚镀及加固镀两个工艺步骤保障了砂带镀层表面图案的柔韧性，同时提高了镀层的强度，使得电镀金刚石砂带具有更长的使用寿命，此外正六边形的磨削单元尖锐的顶点提高了电镀金刚石砂带的锋利度和磨削效率。
单纯铜基较软，不宜用于金刚石砂带这类涂附磨具；单纯镍基孔隙率较高，影响与基体的有效结合。在步骤(5)预镀中，所述电镀溶液中还包含10g/L的CuSO4·5H2O；以及70g/L的Na3C6H5O7·2H2O；0.2g/L的C12H25SO4Na；30g/L的H3BO3；6g/L的NaCl；在可以提高基体与镀层的结合力，同时有利于镀层的沉积。
在步骤(9)加固镀后进行进行光亮镀层电镀，可在砂带的磨削层表面和非工作层的基体表面镀上一层薄而光亮的镀层，起到装饰性防护、防蚀、美化外观等作用，且所镀锌镍合金的耐蚀性和耐磨性都超过或与镍镀层相当，耐蚀性更是纯锌镀层的4-8倍。
附图说明
图1为本发明磨削小单元的形状示意图；
图2为本发明磨削小单元的排布示意图；
图3为本发明磨削小单元的间隙排屑示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
如图1-3所示，一种电镀金刚石砂带，包括金属基体，金属基体上覆有金属镀层，金属镀层中嵌设有金刚石磨粒，所述金属镀层包括设置在金属基体上的薄镍层、依次覆在薄镍层上的加厚金属层以及加固金属层，所述金属镀层中的金刚石磨粒积聚成若干正六边形磨削单元并均匀排布，两个相邻的磨削单元的邻边相互平行。相邻的正六边形单元间设有排屑间隙。所述磨削单元的凸起高度为0.3-0.5mm；所述加固金属层厚度为0.2-0.3um；所述磨削单元以六边形中相对的两个顶点的连线与砂带磨削方向平行的方式进行排列。
电镀金刚石砂带的磨削效率和磨削质量，不仅与金刚石磨料的硬度有关，更多的取决于涂覆图案的特殊性。目前镀层表面的图案主要有圆点型、箭头型、半月型、X型，其中圆点图案的砂带柔韧性好，磨削相对柔和，但是该种图案的砂带磨削锋利度不高，磨削效率相对较低。箭头型及其他图案的电镀金刚石砂带的磨削性能很强，磨削效率高，但是由于这几种图案的磨削小单元都是不规则的，导致砂带的柔韧性差，砂带的使用寿命低，当张紧轴的直径较小时，磨削小单元甚至会出现断裂及脱落，从而导致磨削效率和磨削质量的下降，砂带的使用寿命也大大降低。
新型的磨削小单元形状采用等边六边形，形状规则统一，使得砂带具有较好的柔性，等边六边形的磨削小单元具有更好的抗拉及抗弯性能，张紧轴直径较小的情况下也不会出现磨削小单元的断裂，因此砂带的使用寿命会更高，等边六边形具有尖锐的顶点，在磨削过程中充分的发挥尖锐顶点微切除的作用，砂带具有较高的磨削锋利度，磨削效率更高，同时等边六边形的磨削小单元与圆点磨削小单元相近，磨削相对柔和，磨削质量相对较高。
磨削小单元的排布方式不仅影响砂带的磨削效率，还决定砂带的排屑和散热能力，从而影响砂带的磨削质量和砂带的使用寿命。磨削小单元的排布方式必须结合其结构形状来进行合理的规划，设计过程中要满足以下几点要求：(1)结合磨削小单元的结构形状使得排布的花纹图案的锋利度高，磨削性能好；(2)通过对磨削小单元的合理排布，使砂带的磨削质量好，边部磨削无爆边；(3)结合磨削小单元的边界来设计磨削小单元之间的缝隙，在不影响砂带磨削效率和磨削质量的情况下，使得磨削小单元之间的缝隙具有良好的排屑和散热能力；(4)磨削小单元的排布合理，不影响砂带的柔韧性，使砂带具有更长的使用寿命。
如图2所示，一种新型的磨削小单元是等边六边形结构，其排布方式以磨削小单元的等边六边形的相对应的两个顶点的连线与砂带的磨削方向平行的方式进行间隙排列，其中任意两个相邻的磨削小单元的邻边相互平行。该种排布方式能够使所有磨削小单元的一个顶点指向磨削方向，顶点及顶点两侧的边具有微切除的作用，使得砂带的锋利度增加，磨削效率提高；任意两个相邻的磨削小单元的邻边相互平行，由于磨削小单元的边都是直线，所以排屑间隙笔直通畅，有利于排屑和散热；
如图3所示，任意三个相邻的磨削小单元组成的排屑间隙成三叉型，磨削过程中，有利于磨屑的分流排除，排屑能力更强，有效的预防由磨屑和磨削热无法及时排除导致的磨削小单元脱落的现象发生，从而使得砂带具有较长的使用寿命。
下面详细阐述上述金刚石砂带制备方法。
一种电镀金刚石砂带制备方法，包括如下步骤：
(1)打磨处理：把镍和基体材料表面的毛刺及氧化膜用砂纸打磨掉，防止表面呈现介电的不良状况。
(2)碱洗除油：把基体材料和镍放至于氢氧化钠(40g/L)和碳酸钠(30g/L)的混合溶液中，保持温度60-80℃，浸泡20-30min，然后用蒸馏水清洗2-3次，烘干备用，目的是彻底除去表面的油污，使镀层和基体的接触更加牢固。再将基体放入1:1盐酸溶液中浸泡3-6min，去除基体表面氧化层以露出金属晶格。
(3)绝缘处理：基体材料的背面全部用绝缘膜贴住，防止镍在其上面沉积后影响后期与背衬材料的结合。
(4)入槽：基体作为电极的阴极，镍作为电极的阳极，连接好导线，接通电源后同时放置于20-30g/L的NiSO4溶液中，基体带电入槽是为了避免产生双性电极现象，一般情况下随硫酸液浓度的增加，镀速加快，但是当硫酸镍的浓度超过20g/L后沉积速度增加不是很明显，镀液浓度超过30g/L后，镍析出，沉积速度降低。
(5)预镀：为了使镀层和基体材料结合更牢固，同时有利于磨粒更稳定的在基体材料上沉积，需要先进行预镀，即在基体表面沉积处薄薄的一层镍，该镀层中不含金刚石磨粒。采用的电镀溶液中包含100g/LNiSO4·6H2O；10g/L的CuSO4·5H2O；以及70g/L的Na3C6H5O7·2H2O；0.2g/L的C12H25SO4Na；30g/L的H3BO3；6g/L的NaCl。预镀时间30-60min，温度40-50℃，镀层厚度控制在0.2-0.5um，为了保证镀层与基体的充分结合，预镀电流不能过大，否则镀层结晶不规则，甚至出现镀层烧焦的现象，电流一般控制在0.6-0.8A/dm2。
(6)磨粒排布：为了使磨削小单元在镀层表面呈等边六边形出现以及规则的排列，在上砂镀之前需要把带有磨削小单元形状镂空的绝缘膜贴在基体材料的正面，绝缘部分形成排屑间隙，镂空的非绝缘部分镀上金刚石粉末，形成磨削小单元。
(7)上砂镀：上砂镀就是将金刚石粉末初步的固定在预镀层上，在镀液中均匀的洒入处理好的金刚石粉末，接通电源，在重力的作用下，金刚石粉末均匀在附着在基体正面绝缘膜的镂空处形成等边六边形的磨削小单元。上砂电流一般控制在0.3-0.8A/dm2，温度50-60℃，上砂时间15-60min，上砂厚度在十至几十微米的范围内。
(8)加厚镀：加厚是在上好砂的镀层上除去外围浮砂之后，进行大电流电镀，从而将镀层加厚的一个电镀工序。电流控制在1-1.5A/dm2，温度50-60℃，加厚镀的过程时间较长。一般1小时至几小时，在加厚度的过程中，需要间隔性的往镀液中均匀的洒入金刚石粉末，磨削小单元的高度控制在0.3-0.5mm。
(9)加固镀：为了使磨削小单元能够更好的附着在基体材料上，防止出现磨削小单元的脱落，还需要进行加固镀，除去外围浮砂及排屑间隙的沙粒后把步骤(6)中带有磨削小单元形状镂空的绝缘膜揭掉，去掉镂空绝缘膜后在磨削小单元的根部及排屑间隙的底部进行加固镀，目的是使得磨削小单元能够更好的埋在镀层里，起到加固磨削小单元的作用。由于加固镀的过程中金刚石粉末也会附着在磨削小单元的竖壁上，为了防止由于加固镀造成排屑间隙过小，因此该过程的电流较小，时间较短，电流一般控制在0.1-0.2A/dm2，温度30-40℃，时间10-20min，加固镀的镀层厚度控制在0.2-0.3um，金刚石粉末采用微粉。
然后，再采用主盐ZnSO2·7H2O 120g/L、NiSO2·6H2O 136g/L、导电盐NH4Cl 110g/L、润湿剂月桂醇硫酸酯钠C12H25SO4Na 0.3g/L、缓冲剂硼酸H3BO330g/L、光亮剂香草醛0.3g/L、络合剂葡萄糖酸钠0.3g/L、pH为4-5的电镀液在温度35±5℃进行光亮镀层电镀，电流密度1-3A/dm2，电镀时间10-20min。
(10)清洗：电镀完成后，用细毛刷除去镀层表面以及排屑间隙的的浮砂，同时把步骤3中基体材料背面的绝缘膜揭掉，并用蒸馏水清洗3-4次，把镀液清洗干净后晾干。
(11)粘合背衬材料：背衬材料和电镀完成的基体材料的背面均匀的涂抹高强度的柔性胶水，使压头的温度在40-50℃，压力在70-80MPa，受压时间持续1-2min，加压完成后放置48小时，使其充分固化。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电镀金刚石砂带，包括金属基体，金属基体上覆有金属镀层，金属镀层中嵌设有金刚石磨粒，其特征在于：所述金属镀层包括设置在金属基体上的薄镍层、依次覆在薄镍层上的加厚金属层以及加固金属层，所述金属镀层中的金刚石磨粒积聚成若干正多边形磨削单元并均匀排布，相邻的正多边形单元间设有排屑间隙。
2.根据权利要求1所述的一种电镀金刚石砂带，其特征在于：所述正多边形磨削单元为正六边形单元。
3.根据权利要求2所述的一种电镀金刚石砂带，其特征在于：任意两个相邻的磨削单元的邻边相互平行。
4.根据权利要求3所述的一种电镀金刚石砂带，其特征在于：所述磨削单元的凸起高度为0.3-0.5mm；所述加固金属层厚度为0.2-0.3um；所述磨削单元以六边形中相对的两个顶点的连线与砂带磨削方向平行的方式进行排列。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种电镀金刚石砂带的制备方法，包括如下步骤：
(1)打磨处理：把镍块和基体材料表面的毛刺及氧化膜用砂纸打磨掉；
(2)碱洗除油：把基体和镍块放在氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液中，在不低于60℃的温度下浸泡不低于20min，然后用蒸馏水清洗2-3次，烘干备用；
(3)绝缘处理：基体的背面用绝缘膜贴住；
(4)入槽：基体作为电极的阴极，镍作为电极的阳极，连接好导线，接通电源后同时放置于NiSO4溶液中；
(5)预镀：进行预镀以实现在基体表面沉积薄薄的一层镍层，镀层厚度控制在0.2-0.5um；
(6)磨粒排布：上砂镀之前需要把带有磨削单元形状镂空的绝缘膜贴在基体材料的正面；
(7)上砂镀：在镀液中均匀的洒入处理好的金刚石粉末，接通电源，在重力的作用下，金刚石粉末均匀在附着在基体正面绝缘膜的镂空处形成等边六边形的磨削单元；
(8)加厚镀：在上好砂的镀层上除去外围浮砂之后，换20-30g/L的NiSO4镀液将镀层进行电镀加厚，使得磨削单元的露出高度控制在0.3-0.5mm；
(9)加固镀：把步骤6中带有磨削单元形状镂空的绝缘膜揭掉，在磨削小单元的根部及排屑间隙的底部进行加固镀，镀层厚度0.2-0.3um，金刚石粉末采用微粉；
(10)清洗：电镀完成后，用细毛刷除去镀层表面以及排屑间隙内的浮砂，同时把步骤3中基体材料背面的绝缘膜揭掉，并用蒸馏水清洗3-4次，镀液清洗干净后晾干；
(11)粘合背衬材料：在背衬材料和电镀完成后的基体材料的背面均匀的涂抹高强度柔性胶水，再施加压力粘合。
6.根据权利要求5所述的一种电镀金刚石砂带磨粒排布的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中，金刚石粉末的处理为：将金刚石微粉分别倒入1:1盐酸中煮沸30min，冷却反复水洗至中性，用镀液浸泡备用；所述步骤(5)中，所述电镀溶液中包含100g/LNiSO4·6H2O；10g/L的CuSO4·5H2O；以及70g/L的Na3C6H5O7·2H2O；0.2g/L的C12H25SO4Na；30g/L的H3BO3；6g/L的NaCl。
7.根据权利要求6所述的一种电镀金刚石砂带磨粒排布的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)除油处理后，再将基体放入1:1盐酸溶液中浸泡3-6min，去除基体表面氧化层以露出金属晶格。
8.根据权利要求7所述的一种电镀金刚石砂带磨粒排布的制备方法，其特征在于：所述步骤(9)加固镀后，再采用主盐ZnSO2·7H2O 120g/L、NiSO2·6H2O 136g/L、导电盐NH4Cl110g/L、润湿剂月桂醇硫酸酯钠C12H25SO4Na0.3g/L、缓冲剂硼酸H3BO330g/L、光亮剂香草醛0.3g/L、络合剂葡萄糖酸钠0.3g/L、pH为4-5的电镀液在温度35±5℃进行光亮镀层电镀，电流密度1-3A/dm2，电镀时间10-20min。
9.根据权利要求8所述的一种电镀金刚石砂带磨粒排布的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中氢氧化钠和碳酸钠的浓度分别是40g/L和30g/L，温度60-80℃，浸泡时间20-30min。
10.根据权利要求9所述的一种电镀金刚石砂带磨粒排布的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中NiSO4的浓度为20-30g/L；所述的步骤(5)中，镀层内不含金刚石磨粒，预镀时间30-60min，温度40-50℃，电流控制在0.6-0.8A/dm2；所述的步骤(7)中，电流控制在0.3-0.8A/dm2，温度50-60℃，上砂时间15-60min，上砂厚度十至几十微米；所述的步骤(8)中，电流控制在1-1.5A/dm2，温度50-60℃，加厚镀的时间不小于1小时；所述的步骤(9)加固镀中，电流为0.1-0.2A/dm2，温度30-40℃，时间10-20min；所述的步骤(11)中，加压粘合时，压头温度40-50℃，热压压力70-80MPa，受压时间持续1-2min，加压完成后放置48小时。
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