CN112894639A - 一种电镀金刚石砂轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电镀金刚石砂轮的制备方法，该方法能够制备出磨料层中金刚石磨粒含量多且分布均匀的砂轮。具体制备过程为：在轮毂工作面预镀一层Ni，然后在镍镀液中加入金刚石磨粒和十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂并搅拌，金刚石磨粒表面能够吸附正电荷并贴附在阴极轮毂的工作面上，贴附在轮毂工作面上的金刚石磨粒被不断还原的金属镍嵌埋，最终在轮毂工作面上形成以镍为结合剂、金刚石为磨料的磨料层。本发明利用镍和金刚石磨粒共沉积的原理，有效提高了电镀砂轮的上砂效率，同时避免了镀液及Ni层中出现磨粒团聚的现象，使得磨料层中金刚石磨粒含量多且分布均匀，从而提高了磨料层的制备质量，提升了砂轮的后续磨削性能。

Description

一种电镀金刚石砂轮的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电镀砂轮的制备方法，特别是一种电镀金刚石砂轮的制备方法。
技术背景
电镀砂轮由于磨削比高、可用于复杂成形磨削等特点而在磨削加工领域得到了广泛应用。传统电镀砂轮的上砂方法常采用埋砂法和落砂法，埋砂法是将金刚石磨粒埋在砂轮轮毂的工作面上，再进行电镀固砂，但是由于轮毂工作面周围砂层太厚，严重妨碍了镀液中的传质和导电过程；落砂法是将金刚石磨粒置于镀液中呈分散悬浮状态，依靠磨粒自身的重力沉降在砂轮轮毂的待上砂表面，然后被还原的金属结合剂把持在轮毂工作表面上，但是落砂法一次只能完成一个面的上砂，需要多次旋转轮毂才能对轮毂整个外圆周面上砂，且磨料分布不均。可见传统电镀砂轮的上砂方法存在效率低、操作繁琐等缺点。
DOI号为10.1016/j.electacta.2014.10.122的论文提出了一种镍和金刚石微粒的共沉积方法，其方法首先是在镍镀液中加入金刚石微粒并搅拌，金刚石微粒表面能够吸附正电荷并贴附至阴极表面，最后金刚石微粒被还原的镍层逐渐掩埋，实现了镍和金刚石微粒的共沉积。但是对于金刚石微粒表面是如何吸附正电荷的，作者并没有介绍；并且作者未在镀液中加入表面活性剂，使得镍层中金刚石微粒的含量最高只有15.6wt％且分布不均，所制备出的材料层性能并不理想，但是，该方法为制备电镀砂轮提供了新思路。
公开号为CN106676612A的专利“一种电泳共沉积制备陶瓷结合剂超细磨料抛光盘的方法”，先将磨料和陶瓷粉末加入到有机溶剂中，通过搅拌和超声振动将其制备成颗粒均匀分散的悬浮液，再向悬浮液中加入高价金属阳离子使颗粒带上正电荷，最后通过共沉积使溶液中的带电颗粒沉积在阴极基材上，从而制备出陶瓷结合剂超细磨料抛光盘。该方法提高了上砂效率，但是该专利未在镀液中加入表面活性剂，使得颗粒的zeta电位的绝对值小，也未明确阳离子的种类。
发明内容
针对现有技术制备电镀金刚石砂轮时存在上砂效率低、操作繁琐、磨料分布不均等问题，本发明提出了一种电镀金刚石砂轮的制备方法，即在镍镀液中加入金刚石磨粒和十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，利用镍和金刚石磨粒共沉积的原理，在轮毂的工作面上高质量制备镍和金刚石的磨料层，有效提高了电镀砂轮的上砂效率，同时避免了镀液及Ni层中出现磨粒团聚的现象，使得磨料层中的金刚石磨粒含量多且分布均匀，提升了电镀砂轮后续的磨削性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案分为如下几个步骤：步骤一：对轮毂进行抛光、酸洗除锈，在非工作面上涂覆绝缘漆；步骤二：在NiSO4溶液中，加入H2BO3和NiCl2·6H2O分别作为缓冲剂和阳极活化剂形成镀液，以轮毂作为阴极，以纯镍板作为阳极，在轮毂工作面上预镀一层2～3μm的Ni层；步骤三：在镀液中，加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂和小颗粒金刚石磨粒，启动搅拌棒间歇搅拌镀液，使得金刚石磨粒悬浮在镀液中；步骤四：镀液中，Ni2+、H+、CTA+和金刚石磨粒均会发生布朗运动并相互碰撞，金刚石磨粒表面固有的杂质官能团使得其能够吸附带正电荷的Ni2+、H+和CTA+，使得镀液中金刚石磨粒具有绝对值较大的正zeta电位；所述金刚石磨粒表面吸附正电荷的过程为：
Figure BDA0002955604700000021
Figure BDA0002955604700000022
Figure BDA0002955604700000023
其中S表示金刚石磨粒表面，-OH表示金刚石磨粒表面上固有的杂质官能团，CTA+表示十六烷基三甲基铵离子；由于小颗粒金刚石磨粒的比表面积大，使得上述吸附现象更加明显；步骤五：由于搅拌作用以及电泳效应，表面吸附正电荷的金刚石磨粒贴附在阴极表面；部分金刚石磨粒在静电作用下停留在阴极表面，并与阴极形成强吸附；另一部分金刚石磨粒由于受到搅拌作用产生的冲刷力大于其与阴极之间的静电力，仍然悬浮在镀液中；步骤六：阴极附近溶液中的Ni2+以及金刚石磨粒表面吸附的Ni2+迅速被还原成金属Ni，此时金刚石磨粒逐渐被Ni层嵌埋，最终在轮毂的工作面上形成以镍为结合剂、金刚石为磨料的磨料层；所述的还原过程为：
Ni2++2e-→Ni
S-OHNi2++2e-→S-OHNi
表面活性剂在金刚石磨粒表面的大量吸附，使得金刚石磨粒与阴极的静电作用增强，吸附在轮毂工作面上的金刚石磨粒数量大大增加，即金刚石磨粒在Ni层中的含量得到提高；同时，表面活性剂使得金刚石磨粒具有绝对值较大的正zeta电位，磨粒之间静电斥力大、分散性好，有效避免了镀液及Ni层中出现磨粒团聚的现象，使得磨料层中的金刚石磨粒含量多且分布均匀，从而能够在轮毂的工作面上高质量沉积镍和金刚石的磨料层。
所述的小颗粒金刚石磨粒是指金刚石磨粒的粒径为20～50μm。
所述的镀液成分为：250～300g/L的NiSO4·6H2O，30～50g/L的H2BO3，15～30g/L的NiCl2·6H2O，150～180g/L的金刚石磨粒，0.1～0.4g/L的CTAB；其它电镀工艺参数为：pH值2.4±0.2，温度50±5℃，电流密度3～5A/dm2，搅拌棒转速为400～500r/min，每搅拌20～30s停歇10～15s。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
①电镀砂轮的磨料分布均匀。引入十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，使得金刚石磨粒具有绝对值较大的正zeta电位，磨粒之间静电斥力增大、分散性变好，有效避免了镀液及Ni层中出现磨粒团聚的现象，使得磨料层中的金刚石磨粒分布均匀。
②电镀砂轮的磨料含量得到保证。表面活性剂使得吸附在轮毂工作面上的金刚石磨粒数量大大增加，即磨料层中的磨粒含量得到提高，有效提升了电镀砂轮后续的磨削性能。
③上砂效率高且操作简单易行。相比传统电镀砂轮的上砂方法，本发明省去了埋砂和落砂过程，能够在轮毂工作面一次性完成上砂，并且镀液中的传质和导电过程效率高。
附图说明
图1是镍和金刚石磨粒共沉积过程原理图。
图2是一种电镀金刚石砂轮的电镀示意图。
以上图1至图2中的标示为：1、轮毂，2、Ni层，3、金刚石磨粒，4、搅拌棒，5、纯镍板，6、电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明的实施方法做进一步说明。
一种复合镀层超硬砂轮的制备方法如下。
步骤一，对轮毂1进行抛光、酸洗除锈，在非工作面上涂覆绝缘漆；其中抛光工序为：分别用200目、400目和800目的砂纸对轮毂1进行抛光处理；除锈工序为：在25℃的温度下，将轮毂1浸泡于盐酸溶液中并保持180s后，用蒸馏水清洗。
步骤二：在260g/L的NiSO4·6H2O溶液中，加入35g/L的H2BO3和20g/L的NiCl2·6H2O分别作为缓冲剂和阳极活化剂形成镀液，以轮毂1作为阴极，以纯镍板5作为阳极，在轮毂1工作面上预镀一层2μm的Ni层2；其它电镀工艺参数为：pH值2.4，温度50℃，电流密度4A/dm2。
步骤三：在镀液中，加入0.3g/L的CTAB表面活性剂和180g/L平均粒径为30μm的金刚石磨粒3，启动搅拌棒4间歇搅拌镀液，使得金刚石磨粒3悬浮在镀液中；其它电镀工艺参数为：pH值2.4，温度50℃，电流密度4A/dm2，搅拌棒4转速为440r/min，每搅拌20s停歇10s；间歇搅拌的目的是降低搅拌产生的冲刷作用，延长金刚石磨粒3在阴极表面停留的时间，增大金刚石磨粒3被Ni层2嵌埋的机会。
步骤四：镀液中，Ni2+、H+、CTA+和金刚石磨粒3均会发生布朗运动并相互碰撞，金刚石磨粒3表面固有的杂质官能团使得其能够吸附带正电荷的Ni2+、H+和CTA+，使得镀液中金刚石磨粒3具有绝对值较大的正zeta电位；所述金刚石磨粒3表面吸附正电荷的过程为：
Figure BDA0002955604700000041
Figure BDA0002955604700000042
Figure BDA0002955604700000043
由于平均粒径为30μm的金刚石磨粒3的比表面积大，使得金刚石磨粒3表面吸附正电荷的现象更加明显。
步骤五：由于搅拌作用以及电泳效应，表面吸附正电荷的金刚石磨粒3贴附在阴极表面；部分金刚石磨粒3在静电作用下停留在阴极表面，并与阴极形成强吸附；另一部分金刚石磨粒3由于受到搅拌作用产生的冲刷力大于其与阴极之间的静电力，仍然悬浮在镀液中。
步骤六：阴极附近溶液中的Ni2+以及金刚石磨粒3表面吸附的Ni2+迅速被还原成金属Ni，此时金刚石磨粒3逐渐被Ni层2嵌埋，最终在轮毂1的工作面上形成以镍为结合剂、金刚石为磨料的磨料层；所述的还原过程为：
Ni2++2e-→Ni
S-OHNi2++2e-→S-OHNi
表面活性剂在金刚石磨粒3表面的大量吸附，使得金刚石磨粒3与阴极的静电作用增强，吸附在轮毂1工作面上的金刚石磨粒3数量大大增加，即金刚石磨粒3在Ni层2中的含量得到提高；同时，表面活性剂使得金刚石磨粒3具有绝对值较大的正zeta电位，磨粒之间静电斥力大、分散性好，有效避免了镀液及Ni层2中出现磨粒团聚的现象，使得磨料层中的金刚石磨粒3含量多且分布均匀，从而能够在轮毂1的工作面上高质量沉积镍和金刚石的磨料层。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种电镀金刚石砂轮的制备方法，该砂轮包含轮毂(1)、Ni层(2)和金刚石磨粒(3)；其特征在于，制备步骤如下：
步骤一：对轮毂(1)进行抛光、酸洗除锈，在非工作面上涂覆绝缘漆；
步骤二：在NiSO4溶液中，加入H2BO3和NiCl2·6H2O分别作为缓冲剂和阳极活化剂形成镀液，以轮毂(1)作为阴极，以纯镍板(5)作为阳极，在轮毂(1)工作面上预镀一层2～3μm的Ni层(2)；
步骤三：在镀液中，加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂和小颗粒金刚石磨粒(3)，启动搅拌棒(4)间歇搅拌镀液，使得金刚石磨粒(3)悬浮在镀液中；
步骤四：镀液中，Ni2+、H+、CTA+和金刚石磨粒(3)均会发生布朗运动并相互碰撞，金刚石磨粒(3)表面固有的杂质官能团使得其能够吸附带正电荷的Ni2+、H+和CTA+，使得镀液中金刚石磨粒(3)具有绝对值较大的正zeta电位；所述金刚石磨粒(3)表面吸附正电荷的过程为：
Figure FDA0002955604690000011
Figure FDA0002955604690000012
Figure FDA0002955604690000013
其中S表示金刚石磨粒(3)表面，-OH表示金刚石磨粒(3)表面上固有的杂质官能团，CTA+表示十六烷基三甲基铵离子；由于小颗粒金刚石磨粒(3)的比表面积大，使得上述吸附现象更加明显；
步骤五：由于搅拌作用以及电泳效应，表面吸附正电荷的金刚石磨粒(3)贴附在阴极表面；部分金刚石磨粒(3)在静电作用下停留在阴极表面，并与阴极形成强吸附；另一部分金刚石磨粒(3)由于受到搅拌作用产生的冲刷力大于其与阴极之间的静电力，仍然悬浮在镀液中；
步骤六：阴极附近溶液中的Ni2+以及金刚石磨粒(3)表面吸附的Ni2+迅速被还原成金属Ni，此时金刚石磨粒(3)逐渐被Ni层(2)嵌埋，最终在轮毂(1)的工作面上形成以镍为结合剂、金刚石为磨料的磨料层；所述的还原过程为：
Ni2++2e-→Ni
S-OHNi2++2e-→S-OHNi
表面活性剂在金刚石磨粒(3)表面的大量吸附，使得金刚石磨粒(3)与阴极的静电作用增强，吸附在轮毂(1)工作面上的金刚石磨粒(3)数量大大增加，即金刚石磨粒(3)在Ni层(2)中的含量得到提高；同时，表面活性剂使得金刚石磨粒(3)具有绝对值较大的正zeta电位，磨粒之间静电斥力大、分散性好，有效避免了镀液及Ni层(2)中出现磨粒团聚的现象，使得磨料层中的金刚石磨粒(3)含量多且分布均匀，从而能够在轮毂(1)的工作面上高质量沉积镍和金刚石的磨料层。
2.根据权利要求1所述的一种电镀金刚石砂轮的制备方法，其特征在于：所述的小颗粒金刚石磨粒(3)是指金刚石磨粒(3)的粒径为20～50μm。
3.根据权利要求1所述的一种电镀金刚石砂轮的制备方法，其特征在于：所述的镀液成分为：250～300g/L的NiSO4·6H2O，30～50g/L的H2BO3，15～30g/L的NiCl2·6H2O，150～180g/L的金刚石磨粒(3)，0.1～0.4g/L的CTAB；其它电镀工艺参数为：pH值2.4±0.2，温度50±5℃，电流密度3～5A/dm2，搅拌棒(4)转速为400～500r/min，每搅拌20～30s停歇10～15s。
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