CN1962957A

CN1962957A - 超声波电镀金刚石钻头的方法

Info

Publication number: CN1962957A
Application number: CN 200610124925
Authority: CN
Inventors: 方小红; 潘秉锁; 段隆成; 杨凯华
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2007-05-16

Abstract

本发明是一种超声波电镀金刚石钻头的方法，其在电镀金刚石钻头的过程中，施加超声波，施加功率超声采用投入振板式换能器，包括底振式、侧振式和顶振式；超声波的频率范围为20～50KHz，单位功率因子范围为0.5～2W/cm²；并且采用下述的电镀液和电镀工艺参数：电镀液配方(单位为克/升)为硫酸镍220～300、硫酸钴15～25、硼酸30～40、氯化钠15～20，电镀工艺为电镀液温度30～45℃、电镀液pH值3.8～4.8、电流密度4～10A/dm²。本发明提高了电镀速度、镀层致密度和耐磨性，改善了镀层性能，并缩短了生产周期，有着广阔的应用领域和市场前景。

Description

超声波电镀金刚石钻头的方法

技术领域

本发明涉及超声波电镀金刚石钻头的方法。

背景技术

目前，电镀金刚石钻头多为简单的低温电镀工艺，且一般采用小规范电流密度，电镀速度低，生产周期长(7-12天)，除了有少数通过加温或循环镀液小幅度提高电镀速度外，还没有在金刚石钻头电镀过程中引入超声波的生产工艺。

常规的电镀金刚石钻头电镀过程为入槽预镀——上砂——加厚复合镀——再上砂——再加厚镀的多次循环。该常规方法主要的不足为：因阴极极化、浓差极化等限制了电流密度的增加，这样许用电流密度范围较小，所以生产周期长；同时，因阴极析氢作用，使镀层脆性大，并且气泡残留在镀层中降低镀层致密度，镀层应力大，钻头质量不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声波电镀金刚石钻头的方法，主要是在加厚复合镀过程中按一定的方式施加一定频率和单位功率的超声波，提高电镀速度和改善金刚石钻头的性能；在预镀时也施加超声波，增强镀层与基体的结合强度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：在电镀金刚石钻头的过程中，施加超声波。并且采用下述的电镀液、电镀工艺、超声波施加方式和超声波工艺：

(1)电镀液配方(单位为克/升)：硫酸镍220～300，硫酸钴15～25，硼酸30～40，氯化钠15～20。

(2)电镀工艺：电镀液温度30～45℃，电镀液pH值3.8～4.8，电流密度4～10A/dm²。

本发明与传统的相比，具有以下的主要效果：

其一.空化作用和高速微射流强化了溶液的搅拌作用，大大地降低了浓差极化，这样大大提高了电流密度范围，提高了电镀速度。

其二.还有强大的冲击波能渗透到电极凹面和微孔隙中，使电极表面得到连续地彻底清洗，活化电极表面，强化镀层结合性能。

其三.同时，其空化和搅拌效应，增强去氢作用，降低了镀层脆性和应力，提高了镀层致密度和耐磨性，很大程度上改善了镀层性能。

其四.因其深孔微孔电镀效应，使金刚石直径下部不再因金刚石的阻挡而不能牢固包镶，这样提高了金刚石包镶强度，减少了使用过程中金刚石的非正常脱落，提高了金刚石的使用效率。总体上，提高金刚石钻头性能和质量，并大大缩短了生产周期。

其五.应用领域和市场前景：

本方法可适用于各种电镀液体系的金刚石钻头生产工艺中，并还可扩展到其它电镀金刚石工具制造中，如金刚石扩孔器、金刚石锯片、金刚石磨轮等。该生产工艺生产周期短，钻头性能好，有着广阔的应用领域和市场前景。

其六.经研究结果表明，本方法生产金刚石钻头速度提高1倍以上。野外实践表明，同等条件下钻头机械钻速能提高15％以上，使用寿命能提高30％以上。并且，对于钻进强研磨性岩层、硬、脆、破碎的岩层，钻头的使用效果尤其突出，钻头对地层的适应范围有较大拓展。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明为一种超声波电镀金刚石钻头新方法是：在常规的电镀金刚石钻头过程中施加超声波强化电镀，并且采用下述的电镀液和电镀工艺。

(1)电镀液配方(单位为克/升)：硫酸镍220～300，硫酸钴15～25，硼酸30～40，氯化钠15～20。注：即为1升镀液中含硫酸镍220～300克等。

本发明在加厚复合镀过程中按一定的方式施加一定频率和单位功率的超声波，提高电镀速度和改善金刚石钻头的性能；在预镀时也施加超声波，增强镀层与基体的结合强度。预镀和加厚复合镀过程中，均施加超声波。通过对超声波的功率和频率大小对镀层性能和电沉积速度的影响研究，确定了施加超声波的频率范围为20～50KHZ，单位功率因子范围为0.5～2W/cm²，并且确定了与之相匹配的具有优化设计的上述电镀工艺参数和镀液配方。

通过对施加超声波的介入方式研究，本发明选用结构简单的投入振板式超声波换能器，并为了达到不同的作用效果，超声波施加方式有底振式、侧振式和顶振式，即超声波振板在镀槽中的放置位置。

又通过研究，掌握了超声波对加金刚石工艺和胎体对金刚石包镶的影响，而确定了加金刚石后叠加超声波的间隔时间为0.5～2h，不同粒度金刚石间隔时间不同。

本发明的整个超声波电镀金刚石钻头生长工艺流程为：

1.前处理过程：先钢体除油除绣，清洗，绝缘(不镀部分)，包扎接导线；再电化学除油，热水清洗，冷水冲洗；接着阳极活化处理，冷水清洗，蒸馏水清洗；然后入槽预镀。

2.电镀过程：先入槽预镀(加超声波)，加金刚石，加厚复合镀(加超声波)；再多次重复加金刚石、加厚复合镀(加超声波)，然后出槽。

在入槽预镀和多次加厚复合镀过程中，按照上述方法施加超声波，并且其上述的间隔时间为加金刚石后进行加厚复合镀时叠加超声波的间隔时间。

3.后处理过程：先出槽清洗，再去氢处理，然后修饰包装，最后成品入库。

Claims

1.一种电镀金刚石钻头的方法，其特征是一种超声波电镀金刚石钻头的方法，即：在电镀金刚石钻头的过程中，施加超声波，并且采用下述的电镀液和电镀工艺：

(1)电镀液配方：硫酸镍220～300，硫酸钴15～25，硼酸30～40，氯化钠15～20，单位为克/升，

2.根据权利要求1所述的电镀金刚石钻头的方法，其特征是：在预镀和加厚复合镀过程中，均施加超声波；其加金刚石后叠加超声波的间隔时间为0.5～2h。

3.根据权利要求1或2所述的电镀金刚石钻头的方法，其特征是：所施加的超声波由投入振板式超声波换能器产生，该超声波换能器采用包括底振式、侧振式和顶振式方法放置在镀槽中。

4.根据权利要求1或2所述的电镀金刚石钻头的方法，其特征是：超声波的频率范围为20～50KHZ，单位功率因子范围为0.5～2W/cm²。