CN1128304A - 金属工件表面镀渗金刚石工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属工件表面镀渗金刚石工艺。它包括电解活化、热水清洗、盐酸活化、热水清洗、镀渗处理、热水清洗、冷水清洗、低温回火等工序，其特征是镀渗处理及电解活化工序的镀渗液和电解液采用特殊的成分及配比和工艺规范，将超细化的金刚石微粒镀渗至金属工件表面，从而使金属工件表面获得超强性能，可全面提高工件的使用寿命，据测试，对普通金属刀具和切削硬脆材料可提高寿命2～3和5～10倍，对冷冲模和拔丝模可提高寿命9～13和2～5倍。具有工艺方法简单，对工件原始表面要求不高，成本低，易于推广，应用范围大。

Description

金属工件表面镀渗金刚石工艺

本发明属于金属表面处理技术领域，尤其是金属工件表面镀渗金刚石工艺。

众所周知，金属材料镀渗金刚石技术是金属表面强化处理的一种电化学镀渗工艺技术，是强化金属工件表面的最新工艺方法。多年来，各国材料学科的专家、学者都在进行这一方面的开发研究，力求通过表面处理的方法来提高金属材料及其零件的利用率，延长工件的使用寿命，达到低成本高耐用度的效果。正因如此，相继出现了渗碳、渗氮、渗金属、碳氮同渗、氧氮共渗、氮化、氰化以及近年来出现的涂层技术和离子注入技术等一系列表面处理方法。这里既有物理涂渗的方法，也有化学涂渗的方法，还有离子溅射的方法。这些金属工件表面处理的方法都获得了一定的成效，不同程度地改善了金属工件的使用性能。到目前为止，人们力求采用渗入、涂入、镀入或者注入更坚硬的元素，以便大幅度地提高金属工件的使用寿命，这仍然是研究者们的重大课题。八十年代就有人提出了在金属表面涂金刚石这种硬质材料的设想，如中国专利CN85108125、CN91223711号公开的低温电镀金刚石异形钻头及其制造方法和电镀金刚石带锯条两项技术。前者主要用于“打滑”地层低温电镀金刚石异形钻头，采用低温电镀把人造金刚石的胎体包镶于钻头上，选用镍基等不同的软胎体配合，以不同的钻头底唇形状，通过特殊的电镀液配方及加工工艺，在室温条件下制造出特型或新型电镀金刚石钻头；后者主要是一种结构形式即由锯片及其上带有数个锯齿的锯条，特征是在锯齿外表镀有金刚石，且相邻两锯齿的厚度不等。尽管上述技术具有延长钻头或锯片的使用寿命，平均小时效率得到提高，但是，都存在一系列工艺上的困难，往往难于实现大规模的工业化生产，因此，影响其推广应用。

本发明是针对现有技术存在的问题，研究开发一种金属工件表面镀渗金刚石工艺技术，即将超细化的金刚石微粒(平均直径50×10^-6微米)镀渗至金属工件的表面，实现金属工件表面超强化的目的，使金属工件如切削工具、模具等质量上一个新挡次，全面提高使用寿命，同时不苟求金属工件原始表面状况，工艺方法比较简单，成本较低，应用范围较广。

本发明的技术解决方案是：一种金属工件表面镀渗金刚石工艺，包括电解活化处理、热水清洗、盐酸活化处理、热水清洗、电极活化及镀渗处理、热水清洗、冷水清洗、低温回火处理等工序，其特征在于：

A、所说的电极活化及镀渗处理，其镀渗液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克镀渗液中的成分及配比(重量％)

铬    酐(CrO₃)                200～300克

氟硅酸钾(K₂SiF₆)             10～30克

硫 酸 钡(BaSO₄)               5～15克

硫    酸(H₂SO₄)              0.15～0.65克

金刚石粉(平均直径50×10^-6μm) 10～50克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    30～60安培/分米²

温    度    40～60℃

时    间    20～50分钟

B、所说的电解活化处理，其电解液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克电解液中的成分及配比(重量％)

氢氧化钠(NaOH)       10～30克

碳酸钠(Na₂CO₃)    25～50克

磷酸钠(Na₃PO₄)    20～70克

硅酸钠(Na₂SiO₃)   3～10克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    2～10安培/分米²

温    度    60～80℃

时    间    20～50分钟

上述的电极活化及镀渗处理工序(即第五道工序)是电极活化的同时进行镀渗过程，即电极活化和镀渗过程是在同一设备中进行的，所谓的电极活化过程就是为了确保金属工件表面要绝对洁净，同时通过电极活化使金属工件表面的分子或原子间的结合力松驰，从而镀渗层更容易与金属工件表面结合的更牢固，电极活化就在镀渗前30秒钟通入与镀渗相反的电极，就是镀渗过程的正极现在改为负极，镀渗中的负极现在采用正极，与镀渗的两个电极相反，众所周知，镀渗的相反电极就是电解，所以电极活化过程也是电解过程，就是在镀渗液中再一次的将金属工件表面电解，以达到金属工件表面的更洁净，使金属表面的分子及原子结合更松驰，以实现金属工件与镀渗层之间更牢固的结合。电极活化就是在镀渗设备上另安装一个闸刀开关，所以向上一拉是负极，就是电解过程，向下一拉就是正极，是镀渗过程，金属工件的负极时间为30秒钟，然后把电闸拉向正极进行镀渗。

上述的电解活化处理工序(即第一道工序)，是在碱、盐溶液中进行电化学处理，就是把工件吊挂在碱、盐溶液中通入直流电进行电解，把金属工件的油脂除掉，这种除油脂的处理方法也叫电化学处理，或者叫电解表面活化处理。电解活化处理所用的设备结构与镀渗设备结构相同，只是所采用的直流电的电极与镀渗设备的电极相反，就是镀渗设备的正电极在电解设备上刚好是负极。

其它各工序的功能、作用及过程如下：第二道工序热水清洗是电解除油脂后的金属工件在热水中进行清洗，因为金属工件在电解液中附着一些碱、盐电解液，需要清洗掉，否则极容易生锈腐蚀金属工件，所使用的热水温度为40～60℃，时间为5～10分钟，清洗完的金属工件需要在空气中凉干。第三道工序盐酸活化处理是金属工件在盐酸中活化处理，主要目的是除掉金属工件表面的铁锈，使金属工件表面更为清洁，所用盐酸的浓度为10％，即10％的纯盐酸90％的水。盐酸活化处理的温度是在室温下进行，处理的时间为40分钟。经过盐酸活化处理的金属工件表面基本是洁净的，既除掉了油脂又除掉了铁锈。第四道工序热水清洗是将金属工件表面附着的盐酸液清洗掉，否则很快在空气中继续生锈，用于清洗水的温度是40～60℃，清洗时间为5～10分钟，热水清洗后把工件在空气中凉干。第五道工序前已说过。第六道工序是热水清洗，镀渗后的金属工件表面是光亮的，但是附首一些镀渗液，需要及时清洗，因此再次用热水洗掉金属工件表面附着的镀渗液，所使用的热水温度是40～60℃，清洗时间为5～10分钟，但对清洗后的废水要进行回收，因为清洗掉的镀渗液中含有很昂贵的金刚石颗粒及镀渗材料。第七道工序是对金属工件的冷水清洗，冷水清洗就要把工件表面附着的镀渗液进一步清洗干净，保持工件表面的光亮状态。所谓冷水就是室温的水，清洗时间5～10分钟，经常采用的是冷水流水清洗。第八道工序低温回火处理是除氢回火，也叫回火处理，这道工序的目的就是把镀渗及酸洗中渗入金属工件表面的氢气除掉，因为在镀渗工艺的全过程中，金属工件表面与氢气的接触甚多，如电解过程有氢气存在，盐酸处理中有氢气存在，镀渗过程中有氢气存在，因此，金属工件表面渗氢的机会很多，这样必须通过低温回火，将氢气除掉，否则氢气在钢中会产生氢脆危害金属工件的性能，金属工件镀渗后的除氢回火是在低温箱中进行的，就是通电将低温箱温度控制在200～220℃之间，金属工件放入后保温两小时，待取出来空冷至室温。

总之，本技术中的镀渗金刚石工艺，类似镀硬铬的方法，将超细金刚石微粒渗入硬铬层中，改变了金属工件表面硬铬层的晶体结构，破坏了硬铬层晶体的规刚排列，使其产生晶格歪扭，同时超细金刚石微粒的渗入，细化了硬铬层的晶粒，使硬铬的组织结构更致密，更重要的是超细金刚石微粒均匀而弥散的分布在金属工件表面的硬铬层中，且超细金刚石微粒本身所具有的超高硬度和超强的耐磨性能，致使金属工件表面获得特殊的性能，就是超高的硬度，超强的耐磨性能。

本发明具有如下特点：

1、经过实际生产试验证明，金属工件表面镀渗金刚石可以成倍提高切削刀具的使用寿命，普通金属刀具可提高寿命2～3倍，切削硬脆材料可提高寿命5～10倍，对于冷冲模可提高寿命9～13倍，对于拔丝模可提高寿命2～5倍。

2、本发明工艺方法比较简单，对工件原始表面状况要求不高，生产成本较低，易于推广应用。

3、本发明应用范围广，几乎适合于所有的金属工件，如各种切削刀具、模具等。

实施例1：

一种金属工件表面镀渗金刚石工艺，包括电解活化处理、热水清洗、盐酸活化处理、热水清洗、电极活化及镀渗处理、热水清洗、冷水清洗、低温回火处理等工序，其特征在于：

A、所说的电极活化及镀渗处理，其镀渗液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克镀渗液中取

铬    酐(CrO₃)     225克

氟硅酸钾(K₂SiF₆)  15克

硫 酸 钡(BaSO₄)    6克

硫    酸(H₂SO₄)   0.15克

金刚石粉(平均直径50×10^-6μm) 15克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度     40安培/分米²

温    度     45℃

时    间     25分钟

B、所说的电解活化处理，其电解液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克电解液中取

氢氧化钠(NaOH)      15克

碳酸钠(Na₂CO₃)   30克

磷酸钠(Na₃PO₄)   25克

硅酸钠(Na₂SiO₃)  5克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    5安培/分米²

温    度    60℃

时    间    25分钟

实施例2：

一种金属工件表面镀渗金刚石工艺，包括电解活化处理、热水清洗、盐酸活化处理、热水清洗、电极活化即镀渗处理、热水清洗、冷水清洗、低温回火处理等工序，其特征在于：

A、所说的电极活化及镀渗处理，其镀渗液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克镀渗液中取

铬    酐(CrO₃)                250克

氟硅酸钾(K₂SiF₆)             25克

硫 酸 钡(BaSO₄)               9克

硫    酸(H₂SO₄)              0.17克

金刚石粉(平均直径50×10^-6μm) 30克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    50安培/分米²

温    度    50℃

时    间    30分钟

B、所说的电解活化处理，其电解液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克电解液中取

氢氧化钠(NaOH)      20克

碳酸钠(Na₂CO₃)   40克

磷酸钠(Na₃PO₄)   30克

硅酸钠(Na₂SiO₃)  7克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    7安培/6分米²

温    度    70℃

时    间    30分钟

实施例3：

一种金属工件表面镀渗金刚石工艺，包括电解活化处理、热水清洗、盐酸活化处理、热水清洗、电极活化及镀渗处理、热水清洗、冷水清洗、低温回火处理等工序，其特征在于：

A、所说的电极活化及镀渗处理，其镀渗液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克镀渗液中取

铬    酐(CrO₃)                300克

氟硅酸钾(K₂SiF₆)             30克

硫 酸 钡(BaSO₄)               15克

硫    酸(H₂SO₄)              0.50克

金刚石粉(平均直径50×10^-6μm) 50克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    60安培/分米²

温    度    60℃

时    间    50分钟

B、所说的电解活化处理，其电解液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克电解液中取

氢氧化钠(NaOH)      30克

碳酸钠(Na₂CO₃)   50克

磷酸钠(Na₃PO₄)   70克

硅酸钠(Na₂SiO₃)  10克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    10安培/分米²

温    度    80℃

时    间    50分钟

Claims (1)

1、一种金属工件表面镀渗金刚石工艺，包括电解活化处理、热水清洗、盐酸活化处理、热水清洗、电极活化及镀渗处理、热水清洗、冷水清洗、低温回火处理等工序，其特征在于：

A、所说的电极活化及镀渗处理，其镀渗液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克镀渗液中的成分及配比(重量％)

铬    酐(CrO₃)                200～300克

氟硅酸钾(K₂SiF₆)             10～30克

硫 酸 钡(BaSO₄)               5～15克

硫    酸(H₂SO₄)              0.15～0.65克

金刚石粉(平均直径50×10^-6μm)  10～50克

其余为蒸馏水(H₂O)

②、工艺规范

电流密度    30～60安培/分米²

温    度    40～60℃

时    间    20～50分钟

B、所说的电解活化处理，其电解液的成分及配比和工艺规范分别为

①、每1000克电解液中的成分及配比(重量％)氢氧化钠(NaOH)     10～30克碳酸钠(Na₂CO₃)   25～50克磷酸钠(Na₃PO₄)   20～70克硅酸钠(Na₂SiO₃)  3～10克其余为蒸馏水(H₂O)②、工艺规范电流密度           2～10安培/分米²温    度           60～80℃时    间           20～50分钟