CN109290970A - 一种混合粒度的电镀金刚石砂带及其制备方法 - Google Patents

一种混合粒度的电镀金刚石砂带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合磨粒的电镀金刚石砂带，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以及覆在薄镍层上的加厚金属层，所述金刚石磨粒包括均匀分布在金属镀层中的粗磨粒和细磨粒，粗磨粒与细磨粒的粒径关系为y≤x≤7y/5，其中x代表较大磨粒的粒径，y代表较小磨粒的粒径，镀层对金刚石细磨粒的埋入深度为粒径的50％‑70％。本发明还公开了一种上述砂带的制备方法。

Description

一种混合粒度的电镀金刚石砂带及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混合粒度的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磨削工具，金刚石磨粒具有硬度高、强度大以及磨削效果好的特点，可以广泛应用在汽车制造、航空航天、宝石加工以及玻璃陶瓷等脆性材料的磨削加工，具有广泛的应用前景和市场需求。目前，国内电镀金刚石砂带的磨削性能与国外相比存在一定的差距，高性能的电镀金刚石砂带主要依赖于进口，由于金刚石磨粒价格以及制造工艺的复杂性，进口电镀金刚石砂带非常昂贵。国外一些发达国家很早就开始了对电镀金刚石砂带的研究，并且已经取得许多应用性的研究成果，国内在这方面的研究较少，在电镀金刚石砂带的研究领域，针对金刚石磨粒的研究非常重要，金刚石磨粒是电镀金刚石砂带的“牙齿”，所有的磨削工作都是有它来完成，不仅需要有较好的磨削质量，还需要高效率、长寿命以及低成本。目前主要是单一粒度的电镀金刚石砂带，混合磨粒的电镀金刚石砂带还没看到，不同粒度的磨料具有不同的磨削性能，为了发挥不同粒度磨料的优点，使其所制备的电镀金刚石砂带具有综合的优良磨削性能，具有磨削质量好、砂带寿命长、磨削效率高、经济性好的特点，因此发明了一种混合磨粒的电镀金刚石砂带，同时对其制备方法的工艺过程进行了研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种混合粒度的电镀金刚石砂带，该种砂带具有磨削质量好、效率高、砂带寿命长的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种混合磨粒的电镀金刚石砂带，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以及覆在薄镍层上的加厚金属层，所述金刚石磨粒包括均匀分布在金属镀层中的粗磨粒和细磨粒，粗磨粒与细磨粒的粒径关系为y≤x≤7y/5，其中x代表较大磨粒的粒径，y代表较小磨粒的粒径，镀层对金刚石细磨粒的埋入深度为粒径的50％-70％；如果砂带为半精磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为2.5：1-1.5:1；如果砂带为精磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为0.5：1-1:2.5；如果砂带为精密磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为1：2-1：5.5。
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：一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，步骤如下：
(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，防止导电不良；
(2)化学除油：把基体材料和镍块置于氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠的混合溶液中，溶液温度在50℃以上，浸泡10-30min，然后用蒸馏水清洗2-3次，彻底除去表面的油污，烘干备用；
(3)阳极处理：将基体放入PH值为3-4的酸溶液中，常温下，基体作为正极，通电20min；
(4)绝缘处理：基体材料的背面用绝缘膜贴住；
(5)预镀：基体作为阴极，镍块作为阳极，连接好导线，接通电源后，放置于含20-30g/L的NiSO4的电镀溶液中，在基体表面预镀一层镍薄膜；
(6)上砂镀：将金刚石磨粒初步的固定在预镀层上；
a、粒径较大磨粒上砂前需要在金属基材的正面根据粗磨粒粒径的大小用绝缘条贴膜贴出大小统一且规则排布的孔洞镂空，以实现粗磨粒的有序排布；
b、清除粘贴的绝缘条和粗磨粒的浮砂，并且更换镀液或过滤掉镀液中的粗磨粒，然后进行细磨粒的上砂；
(7)加厚镀：在上好砂的镀层上除去外围浮砂，更换镀液后，进行大电流电镀，电流控制在1-1.5A/dm2，温度50-60℃，加厚镀的时间不小于1小时以在镍薄膜上覆镀一层加厚金属层；
(8)清洗：电镀完成后用蒸馏水清洗3-4次，烘干备用；
(9)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，热压持续1-2min，加压完成后放置48小时，使其充分固化。
作为一种优选的方案，步骤(2)中所述的混合溶液，氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠的浓度分别是30g/L、25g/L、20g/L。
作为一种优选的方案，所述步骤(3)中的通电电流为2mA/mm2。
作为一种优选的方案，所述步骤(5)中所述的预镀中，电流控制在0.3-0.8A/dm2，时间30-50min，温度30-50℃，电镀溶液的pH为3-5；步骤(6)中上砂镀温度控制在40-60℃，通0.2-0.6A/dm2的电流15-60min。
作为一种优选的方案，步骤(6)a中所述孔洞镂空，这些孔洞的孔径大于单倍粗磨粒的粒径，小于两倍粗磨粒的粒径。
作为一种优选的方案，所述步骤(7)中所述的把金刚石磨粒的埋入镀层，镀层对金刚石的埋入深度为粒径的50％-70％。
作为一种优选的方案，所述步骤(9)中所述的热压，压头温度40-50℃，压力70-80MPa。
本发明的有益效果是：混合磨粒的电镀金刚石砂带在磨削的初始阶段由粒径较大的金刚石磨粒参与磨削工作，对表面材料进行大量切除，具有较高的磨削效率，材料大量切除的同时粗磨粒磨损导致出露高度降低，与粒径较小的金刚石磨粒持平后，逐渐转入对材料的精磨削阶段，此时粒径较小的金刚石磨粒还保存着非常好的锋利度，可对材料表面进行高效率的精磨削，小粒径的金刚石磨粒不仅参与后续的精磨削工作，还可对大粒径的金刚石磨粒具有扶持加固作用，从而大粒度的金刚石磨粒更好的被镀层金属以及小粒度的金刚石磨粒稳固在金属基体上，磨粒不易脱落，砂带使用寿命长，精磨削的过程粒径较大的粗磨粒还保持着一定的出露高度，这样可以和粒径较小的金刚石磨粒一起参与精磨削的过程，不同粒度的磨料具有不同的磨削性能，既保证了磨削效率，也有较好的磨削质量。因此，混合磨粒的电镀金刚石砂带具有综合的优良磨削性能，不仅磨削效率高、磨削质量好、抗磨性好、砂带寿命长，还可以进行粗磨和精磨削过程，减少了不同磨削阶段更换砂带的工序，节约成本，经济性好。
附图说明
图1为混合磨粒的电镀金刚石砂带断面图
图2为混合磨粒排布示意图
图3为混合磨粒的电镀金刚石砂带磨损断面图
图4为粗磨粒有序排布方法示意图
图1至图4中：1.金属基体、2.金刚石细磨粒、3.金刚石粗磨粒、4.加厚金属层、5.薄镍层。
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所示，一种混合磨粒的电镀金刚石砂带，包括砂带的金属基体1、金刚石磨粒2和3、镀层金属4和5，其中金刚石磨粒2的粒径小，磨粒3的粒径大，镀层金属5为预镀的薄镍层，目的增大金属镀层4于金属基体之间的把持力，同时使金刚石颗粒2和3更稳定的在金属基体1上沉积，如图2所示，粗磨粒和细磨粒交替混合排布，细磨粒沉积排布在粗磨粒间的间隔处，粒径较大的磨粒有序排布，粒径较小的磨粒随机的沉积在大粒径磨粒的间隙处。混合磨粒的电镀金刚石砂带具有较好的磨削效率和磨削质量。
从图1可以看出粒径较大的金刚石磨粒的出露高度要比粒径小的金刚石磨粒高，因为在磨削的初始阶段主要由粒径较大的金刚石磨粒参与磨削工作，对工件材料表面进行大量切除，具有较高的磨削效率，但材料的大量切除对砂带磨损也是非常严重的，随着磨削过程的进行，由于磨粒磨损，粒径较大的金刚石磨粒出露高度降低，与粒径较小的金刚石磨粒持平后，逐渐转入对工件材料的精磨削阶段，此时粒径较小的金刚石磨粒还保存着非常好的锋利度，可以加工表面进行高效率的精磨削，从图3可以看出，虽然粒径较大的磨粒磨损严重，但是还保持着一定的出露高度，这样可以和粒径较小的金刚石磨粒一起参与精磨削的过程，既保证了磨削效率，也有较好的磨削质量，因此，混合磨粒的电镀金刚石砂带与单一粒度的电镀金刚石砂带相比较具有较大优势，不仅磨削效率高、磨削质量好、抗磨性好，可以进行粗磨和精磨削过程，减少了不同磨削阶段更换砂带的工序，同时还可以节约成本。
砂带在磨削过程中，磨粒不仅会被磨平，由于受到冲击载荷的作用还会出现磨粒的脱落现象，磨粒脱落对磨削质量、磨削效率以及砂带的寿命都有很大的影响。磨粒的粒径越大，在金属基体上附着的难度越高，越容易脱落，但混合磨粒的电镀金刚石砂带磨粒脱落率较低，粒径较大的金刚石磨粒四周被粒径较小的磨粒所包围，小粒径的金刚石磨粒不仅参与后续的磨削工作，还可以把大粒径的金刚石磨粒更好的稳定在金属基体上，对大粒径的金刚石磨粒具有扶持加固作用，电镀过程中，随着镀层金属的增厚，大粒度的金刚石磨粒更好的被镀层金属以及小粒度的金刚石磨粒稳固在金属基体上，提高了大粒度金刚石磨粒与镀层间的把持力，因此混合粒度的电镀金刚石砂带不仅磨削质量好、磨削效率高，同时磨粒不易脱落，使用寿命长，成本低。
如果砂带为半精磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为2.5：1-1.5:1；如果砂带为精磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为0.5：1-1:2.5；如果砂带为精密磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为1：2-1：5.5。
混合磨粒电镀金刚石砂带磨粒的混合要根据粒径大小进行搭配，不同粒度的金刚石磨粒具有不同的磨削性能，同时电镀金刚石砂带对磨粒的出露高度也有要求。金刚石磨粒的粒度(号)用来表示磨粒粒径大小，粒度越大单位面积金刚石磨粒的数目越大，粒径越小，因此粒度较大(粒径小)的金刚石磨粒的磨削质量较好，磨削效率相对较低，主要用于精磨以及抛光磨削中，粒度较小的(粒径大)的金刚石磨粒磨削效率高，磨削质量相对较差，应用在对材料大量去除以及粗磨阶段。电镀金刚石砂带磨粒的镀层埋入深度一般是粒径的50％-70％，要有1/3左右的粒径出露高度才能保证磨削效率以及磨粒不会脱落，因此对不同粒度的金刚石磨粒需要根据粒径的大小以及磨削用途进行合理的搭配混合。根据要求，当粒径较大的金刚石磨粒埋入深度为粒径的50％时，此时的镀层厚要介于粒径较小的磨粒粒径的50％-70％之间，因此可得关系式：y≤x≤7y/5，其中x代表较大磨粒的粒径，y代表较小磨粒的粒径。根据目前电镀金刚石砂带的常用的几种粒度以及粒径大小，可得表1所示。
表1电镀金刚石砂带的常用粒度磨粒混合匹配表
电镀金刚石砂带的磨粒是均匀分布在金属基体上的，要求同粒度的磨粒分布要有很好的等高性，对于单一粒度的电镀金刚石砂带，由于磨粒粒度的统一性，很容易实现等高性的要求，但对于混合磨粒的电镀金刚石砂带如果不对磨粒的使用方法进行改进就会出现：细磨粒首先占据了一定的基体位置，使有效的起磨削作用的粗磨粒减少，磨削效率降低；细磨粒首先占据一定的位置，粗磨粒粘附其上，上层磨粒的粘结性差，磨削过程中容易造成磨粒脱落，砂带的磨削效率、磨削质量以及砂带的使用寿命都会受到影响。因此，上述描述的两种情况在混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备过程中不能出现，必须对磨粒的使用方法以及电镀的工艺过程进行研究。
一种混合磨粒电镀金刚石砂带的制备方法，工艺步骤为：
(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，防止导电不良。
(2)化学除油：把基体材料和镍块置于氢氧化钠(30g/L)、碳酸钠(25g/L)、磷酸钠(20g/L)的混合溶液中，煮沸浸泡10min，然后用蒸馏水清洗2-3次，彻底除去表面的油污，烘干备用。
(3)阳极处理：将基体放入PH值为3-4的酸溶液中，常温(25℃)下，基体作为正极，电流密度2mA/mm2，通电20min，去除基体表面的氧化膜，有利于镀层金属和磨粒的稳定沉积。
(4)绝缘处理：基体材料的背面不需要镍以及磨粒的沉积，因此基体材料的背面用绝缘膜贴住。
(5)预镀：基体作为阴极，镍作为阳极，连接好导线，接通电源后，放置于20-30g/L的NiSO4溶液中，在基体材料表面预镀一层镍薄膜，预镀电流不宜过大，控制在0.3-0.5A/dm2为最宜，预镀时间一般50min左右，温度30-50℃，预镀过程中电流不宜过大，避免镀层出现烧焦现象。
(6)上砂镀
上砂镀就是将金刚石磨粒初步的固定在预镀层上，
混合磨粒的上砂过程需要分两步进行，否则就会出现上述描述的两种情况。
(1)首先粒径较大的粗磨粒上砂，为了使磨粒能在金属基体上有序排布，需要在金属基体的正面粘贴绝缘条，根据粗磨粒粒径的大小，在金属基材上用绝缘条粘贴出大小统一且规则排布的孔洞镂空，这些孔洞的孔径大于单倍粗磨粒的粒径，小于两倍粗磨粒的粒径，目的是确保每个孔洞有一颗粒径较大的金刚石磨粒沉积，如图4所示，在上砂的过程中粗磨粒均匀的附着在孔洞的镂空处，实现粗磨粒的有序排布。上砂电流控制在0.2-0.8A/dm3，温度50-60℃，上砂时间15-60min，镀层在十至几十微米的范围内。不同粒度的金刚石磨粒，上砂的电流密度和时间也不同，如表2所示，金刚石粒度(号)越大，所需电流密度越小，时间越短。
(2)细磨粒的上砂之前，需要清除粘贴的绝缘条和粗磨粒的浮砂，并且要更换镀液或过滤掉镀液中的粗磨粒，温度保持在50-60℃，上砂电流和上砂时间根据磨粒粒度参考表2。
表2常用金刚石粒度的上砂电流密度和时间
(7)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，这个工序要更换不含磨粒的镀液。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，镀层对金刚石的埋入深度为粒径的50％-70％，1/3粒径左右的出露高度为最佳。
(8)清洗：电镀完成后用蒸馏水清洗3-4次，烘干备用。
(9)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，压头温度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 (8)

1.一种混合磨粒的电镀金刚石砂带，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以及覆在薄镍层上的加厚金属层，所述金刚石磨粒包括均匀分布在金属镀层中的粗磨粒和细磨粒，粗磨粒与细磨粒的粒径关系为y≤x≤7y/5，其中x代表较大磨粒的粒径，y代表较小磨粒的粒径，镀层对金刚石细磨粒的埋入深度为粒径的50％-70％；如果砂带为半精磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为2.5：1-1.5:1；如果砂带为精磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为0.5：1-1:2.5；如果砂带为精密磨砂带，粗砂粒与细沙粒的数量比为1：2-1：5.5。
2.根据权利要求1所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，步骤如下：
(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，防止导电不良；
(2)化学除油：把基体材料和镍块置于氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠的混合溶液中，溶液温度在50℃以上，浸泡10-30min，然后用蒸馏水清洗2-3次，彻底除去表面的油污，烘干备用；
(3)阳极处理：将基体放入PH值为3-4的酸溶液中，常温下，基体作为正极，通电20min；
(4)绝缘处理：基体材料的背面用绝缘膜贴住；
(5)预镀：基体作为阴极，镍块作为阳极，连接好导线，接通电源后，放置于含20-30g/L的NiSO4的电镀溶液中，在基体表面预镀一层镍薄膜；
(6)上砂镀：将金刚石磨粒初步的固定在预镀层上；
a、粒径较大磨粒上砂前需要在金属基材的正面根据粗磨粒粒径的大小用绝缘条贴膜贴出大小统一且规则排布的孔洞镂空，以实现粗磨粒的有序排布；
b、清除粘贴的绝缘条和粗磨粒的浮砂，并且更换镀液或过滤掉镀液中的粗磨粒，然后进行细磨粒的上砂；
(7)加厚镀：在上好砂的镀层上除去外围浮砂，更换镀液后，进行大电流电镀，电流控制在1-1.5A/dm2，温度50-60℃，加厚镀的时间不小于1小时以在镍薄膜上覆镀一层加厚金属层；
(8)清洗：电镀完成后用蒸馏水清洗3-4次，烘干备用；
(9)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，热压持续1-2min，加压完成后放置48小时，使其充分固化。
3.根据权利要求2所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的混合溶液，氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠的浓度分别是30g/L、25g/L、20g/L。
4.根据权利要求3所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的通电电流为2mA/mm2。
5.根据权利要求4所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中所述的预镀中，电流控制在0.3-0.8A/dm2，时间30-50min，温度30-50℃，电镀溶液的pH为3-5；步骤(6)中上砂镀温度控制在40-60℃，通0.2-0.6A/dm2的电流15-60min。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，其特征在于：步骤(6)a中所述孔洞镂空，这些孔洞的孔径大于单倍粗磨粒的粒径，小于两倍粗磨粒的粒径。
7.根据权利要求6所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，其特征在于：步骤(7)中所述的把金刚石磨粒的埋入镀层，镀层对金刚石的埋入深度为粒径的50％-70％。
8.根据权利要求6所述的一种混合磨粒的电镀金刚石砂带的制备方法，其特征在于：步骤(9)中所述的热压，压头温度40-50℃，压力70-80MPa。
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