CN114525560A - 金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明金刚石‑镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、对金刚石微粉进行预处理；步骤2、对金属基电极进行预处理；步骤3、将步骤1中预处理后的金刚石微粉预硫酸镍溶液混合配置镀液，并将步骤2中预处理后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀，得到复合电极；步骤4、将复合电极进行烘干，即得。本发明把具有强耐电蚀性的金刚石与镍金属通过化学复合镀的方式，镀在金属基电极上，制备具有高耐电蚀性的电火花加工复合电极，这种电极能够有效降低长度损耗、侧面损耗及提高加工精度。

Description

金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法
技术领域
本发明属于电火花加工电极的制备方法技术领域，具体涉及金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法。
背景技术
电火花加工是靠放电时产生的瞬时高温来熔化和气化局部金属的一种特种加工方法，具有非接触加工、不受材料强度硬度限制、加工精度高的独特优势，从而越来越广泛的应用于航空航天、交通运输及模具制造等工业领域的难加工材料高效精密加工及微细加工中。并且在进行微孔加工、微细三维结构的铣削和精密模具加工制造方面，电火花加工方法也是不可或缺的。然而，在电火花小孔加工过程中存在的显著的电极长度损耗和侧面损耗，严重影响了零件的加工精度。因此，探究电火花小孔加工中改善电极长度损耗和侧面损耗和加工质量的方法，一直是学者们广泛研究的热点内容。
放电加工(EDM)是一种非传统的加工方法，其材料去除原理是通过脉冲放电过程中产生的瞬时高温熔化和蒸发少量金属。它具有非接触式加工的独特优势，不受材料强度和硬度的限制，并且加工精度高，因此被越来越多地用于高效精密加工和难加工材料的微加工，如航空航天，运输和模具制造业。另外，EDM在微孔加工，精细的3D结构铣削和精密模具制造中也是必不可少的。但是，在EDM孔加工过程中，电极长度的明显磨损和侧面磨损会严重影响电极的加工精度。因此，探索改善电火花加工中刀具长度磨损，侧面磨损和加工质量的方法已成为许多学者广泛研究的热点话题。
发明内容
本发明的目的是提供金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，解决了现有技术中电极长度和侧面损耗严重的问题。
本发明所采用的技术方案是，金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石微粉进行预处理；
步骤2、对金属基电极进行预处理；
步骤3、将步骤1中预处理后的金刚石微粉预硫酸镍溶液混合配置镀液，并将步骤2中预处理后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀，得到复合电极；
步骤4、将复合电极进行烘干，即得。
本发明的特点还在于：
步骤1具体为：对金刚石微粉分别进行酸洗和碱洗，然后再用去离子水洗涤，最后烘干备用。
步骤2具体为：对金属基电极的表面进行打磨，然后置于除油剂中超声震荡，最后置于盐酸溶液中酸洗。
步骤3具体为：将配置好的镀液加热，然后将步骤2中预处理后的金属基电极通过去离子水洗涤，洗涤后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀。
步骤1中金刚石微粉的粒径为10μm。
镀液的温度为74～76℃，施镀时间为0.5h。
步骤4中烘干温度为180℃，烘干时间为2h。
本发明的有益效果是：
采用本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，把具有强耐电蚀性的金刚石与镍金属通过化学复合镀的方式，镀在金属基电极上，制备具有高耐电蚀性的电火花加工复合电极，能够有效降低长度损耗、侧面损耗及提高加工精度，制备出的电极材料与现有材料相比具有较低的电子逸出功，能够释放更多的电子进行电火花加工，同时具有热稳定性好、热膨胀系数小、以及良好的导热性能和很强的表面耐电蚀性。
附图说明
图1是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法的制备流程图；
图2是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中金刚石-镍层复合电极厚度检测图；
图3是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中金刚石-镍层复合电极局部图；
图4是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中金刚石-镍层复合电极局部能谱分析图；
图5是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中复合电极的对比图；
图6是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中黄铜基复合电极形状变化图；
图7是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中紫铜基复合电极形状变化图；
图8是本发明金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法中复合电极损耗对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石微粉进行预处理；
步骤1具体为：对金刚石微粉分别进行酸洗和碱洗，然后再用去离子水洗涤，最后烘干备用；
金刚石微粉的粒径为10μm。
由于金刚石微粉在生产加工中会混入微量铁触媒、有机物及油污等，这些杂质会降低镀速并会破坏镀层与工件的结合强度，有些时候甚至会导致电极制备失败，因此在进行制备复合电极前必须对金刚石微粉进行预处理。
步骤2、对金属基电极进行预处理；
步骤2具体为：对金属基电极的表面进行打磨，然后置于除油剂中超声震荡，最后置于盐酸溶液中酸洗。
金属基电极为黄铜、紫铜、铁、钼、铜钨合金中的一种。
金属基电极预处理是为了使试件表面光滑、清洁无污染，金属基电极打磨时，去除其表面氧化层进行抛光，然后加入除油剂在超声波震荡情况下使金属除油更干净，盐酸酸洗主要是为了在复合镀前进行金属表面活化，使镀层更易镀覆在金属基表面。
步骤3、将步骤1中预处理后的金刚石微粉预硫酸镍溶液混合配置镀液，并将步骤2中预处理后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀，得到复合电极；
步骤3具体为：将配置好的镀液加热，然后将步骤2中预处理后的金属基电极通过去离子水洗涤，洗涤后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀；
镀液的温度为74～76℃，施镀时间为0.5h。
经过酸洗活化后的金属基电极用去离子水洗干净后需被迅速放入加热后的镀液中，防止金属基电极表面再形成氧化层影响施镀。
步骤4、将复合电极进行烘干，即得；
烘干温度为180℃，烘干时间为2h。
将镀好的复合电极进行烘干处理，能够去除氢，脆强化镀层，使镀层不易脱落，可显著增强化学复合镀层的硬度。
如图2所示，从图中可以看出铜基表面明显合金层,根据测量大约有14.07μm，并对图3进行取样做能谱分析，如图4得到分析结果，可以看到镀层的主要成分为金刚石和镍以及少量其他元素，如表1及表2所示：
表1化学除油参数
Figure BDA0003490225690000051
表2镀液主要成分
Figure BDA0003490225690000052
Figure BDA0003490225690000061
如图5所示，对比电极表面可以看到镍层电极的表面光亮呈银白色；而金刚石-镍层的电极表面不仅变成了银白色而且具有一些微小颗粒存在，表明电极的表面具有不同的合金层存在。
金属基金刚石复合镀层电极在形状变化上的优势，能够有效降低电极侧面损耗：
如图6-7所示，当镀层材料由普通电极到镍层电极时，各电极的形状变化不大，这主要是有两个因素：一是因为镍的导电率与铜的导电率相差不多，从而造成的电场分布相差不多；二是因为镍的熔点稍大于黄铜和紫铜，在加工小孔时去除颗粒“二次放电”消耗了镍镀层所致，只能在一定程度上减小侧面损耗，但影响不是很大；而在普通电极和镍层复合电极变化到金刚石-镍层复合电极的过程中，电极的形状变化较大，这主要是因为金刚石-镍合金具有很低的导电率，使得电场分布均匀不易形成圆角，并且镀层具有很高导热性，放电过程中作用在电极上的热量很快被传递走，同时金刚石-镍层具有很高的熔点，受去除颗粒“二次放电”损耗影响较小，没有造成侧面损耗，从而体现出金刚石-镍层复合电极的优势。这是由于镍材料的耐电蚀特性通常比黄铜和紫铜好，耐电蚀镀层的存在提高了整个电极的耐电蚀特性，而镍镀层中复合沉积金刚石颗粒后，由于金刚石颗粒的熔点更高，比热容和导热系数也非常好，金刚石的电极损耗非常小，加之，放电时作用在电极基体上的热量可通过金刚石颗粒传散出去，从而进一步提高了整个电极的耐电蚀特性。
金属基金刚石复合镀层电极在降低电极损耗上的优势，能够有效降低电极长度损耗：
如图8所示，随着镀层材料从无到有、再到镀层材料耐电蚀性逐渐增大，各电极长度损耗会相应的降低，普通电极与镍层复合电极相比损耗变化不是很明显，与金刚石-镍层复合电极相比电极损耗变化明显。总体来说，在普通电极到金刚石-镍层复合电极的过程中，对电火花加工具有积极地影响。由图8还可以看出，对于黄铜、紫铜等材料，当普通电极到镍层复合电极时，电极长度损耗降低变化很小，而当普通电极和镍层电极到金刚石-镍层电极时，电极长度损耗降低的很大。

Claims (7)

1.金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石微粉进行预处理；
步骤2、对金属基电极进行预处理；
步骤3、将所述步骤1中预处理后的金刚石微粉预硫酸镍溶液混合配置镀液，并将所述步骤2中预处理后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀，得到复合电极；
步骤4、将复合电极进行烘干，即得。
2.根据权利要求1所述的金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：对金刚石微粉分别进行酸洗和碱洗，然后再用去离子水洗涤，最后烘干备用。
3.根据权利要求1所述的金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体为：对金属基电极的表面进行打磨，然后置于除油剂中超声震荡，最后置于盐酸溶液中酸洗。
4.根据权利要求1所述的金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体为：将配置好的镀液加热，然后将步骤2中预处理后的金属基电极通过去离子水洗涤，洗涤后的金属基电极置于镀液中进行化学复合镀。
5.根据权利要求1所述的金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中金刚石微粉的粒径为10μm。
6.根据权利要求4所述的金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，镀液的温度为74～76℃，施镀时间为0.5h。
7.根据权利要求1所述的金刚石-镍复合镀层电火花加工电极的制备方法，其特征在于，所述步骤4中烘干温度为180℃，烘干时间为2h。
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