一種金剛石表面微波-超聲波聯(lián)合化學(xué)鍍Ni-P的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金剛石表面微波-超聲波聯(lián)合化學(xué)鍍N1-P的方法，屬于金剛石復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石除了具有硬度高、抗腐蝕、耐磨性等優(yōu)異性能外，還具有高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)小、介電常數(shù)低以及抗強(qiáng)酸強(qiáng)堿等一系列優(yōu)異的物理化學(xué)特性。近年來，人造金剛石的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)突飛猛進(jìn)，金剛石復(fù)合材料不僅廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、地質(zhì)、冶金、石油、建工、建材、化工、輕工、水電、交通、國防等各個工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，而且已拓展到高性能耐熱件、耐蝕件、導(dǎo)熱元件和芯片等極端條件的重要領(lǐng)域。然而，金剛石復(fù)合材料在制備和使用過程中也存在一些問題。一方面金剛石在常溫常壓下耐熱性不高，在加工過程中易發(fā)生氧化失重或石墨化等反應(yīng)會降低工具的加工效率，影響使用效果；另一方面，金剛石與大部分金屬、陶瓷等基體材料界面之間有較高的界面能，使得金剛石與基體的金屬或合金難以有效地潤濕，界面結(jié)合力較差，即金剛石磨粒與結(jié)合劑之間一般是機(jī)械鑲嵌，在磨削力的作用下極易脫落，從而使磨具的使用壽命大打折扣。據(jù)估算孕鑲式金剛石工具中金剛石利用率僅為60%左右，那么，每年有數(shù)百萬克拉的昂貴金剛石脫落而流失于廢肩之中，損失以千萬元計。因此，如何提高金剛石的耐熱性和其與基體之間的界面浸潤性成為提高金剛石工具使用壽命的關(guān)鍵因素。
[0003]目前，國內(nèi)外一般采用表面鍍覆金屬的方法來減少金剛石高溫石墨化傾向，降低金剛石與基體材料間的界面能，實(shí)現(xiàn)金剛石與多種金屬材料的浸潤，從而提高金剛石與基體的結(jié)合強(qiáng)度，以利于充分發(fā)揮金剛石的性能。金剛石表面鍍覆技術(shù)分為化學(xué)法(如化學(xué)鍍和電鍍、化學(xué)氣相沉積等)、物理法(如磁控濺射、物理氣相沉積、真空微蒸鍍、粉末覆蓋燒結(jié))和鹽浴法。這些方法中，化學(xué)鍍的方法具有易于操作，成本低，可大量生產(chǎn)，施鍍溫度低的優(yōu)點(diǎn)，并且可在任何形狀的微粒上進(jìn)行鍍覆，克服了其他方法因顆粒形貌造成的包覆層不均勻的現(xiàn)象，因而其被廣泛應(yīng)用于鍍覆N1、Co、Cu及其合金等。
[0004]當(dāng)前，化學(xué)鍍Ni金剛石量約占整個鍍覆金剛石量的一半，其市場容量相當(dāng)可觀，同時為了增加Ni鍍層性能(如耐磨性、耐蝕性和可焊性等)，常常在鍍Ni過程中復(fù)合鍍P，因此，金剛石表面化學(xué)鍍N1-P工藝的優(yōu)劣和成本的高低將直接決定金剛石鍍覆行業(yè)的質(zhì)量和利潤空間。而現(xiàn)存的各種金剛石表面鍍N1-P工藝仍不理想，如存在鍍覆時間長、鍍層表面形貌不夠光滑、鍍層厚薄不均及鍍層與金剛石界面結(jié)合強(qiáng)度不夠等問題，還有改進(jìn)的空間，而且特別是當(dāng)鍍覆顆粒較細(xì)的金剛石微粒時容易造成金剛石顆粒團(tuán)聚并粘附在一起，很難分散開來，所以改進(jìn)現(xiàn)有鍍N1-P工藝，開發(fā)更為先進(jìn)的鍍N1-P工藝顯得意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種金剛石表面微波-超聲波聯(lián)合化學(xué)鍍N1-P的方法。本方法將微波照射加熱和超聲波技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于金剛石表面化學(xué)鍍N1-P過程中，不僅可以提高鍍層質(zhì)量，使得鍍層平整、光滑、致密、均勻且結(jié)合能力和耐蝕性較強(qiáng)，還可以縮短鍍覆時間，降低鍍覆溫度，節(jié)約能源，另外，還適合鍍覆較細(xì)微粒的金剛石微粒，使得較細(xì)微粒金剛石在鍍覆過程中易于團(tuán)聚粘接的問題得到改善，鍍覆金剛石顆粒較為分散，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]—種金剛石表面微波-超聲波聯(lián)合化學(xué)鍍N1-P的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將粒徑為10~120μπι的金剛石微粒經(jīng)濃度為10g/LNa0H溶液煮沸除去油脂和污物，用蒸餾水沖洗2~3次，將經(jīng)除去油脂和污物的金剛石微粒采用質(zhì)量百分比為30%的稀HNO3溶液中煮沸使金剛石微粒表面粗化，使金剛石微粒表面形成微小的凹面，以利于金屬離子吸附，為后序的化學(xué)鍍金屬沉積層的生長提供有利條件，用蒸餾水洗2~3次；
(2)將經(jīng)步驟(I)表面粗化的金剛石微粒置于鹽基膠體鈀溶液中超聲攪拌30min，采用蒸餾水洗滌后得到經(jīng)敏化-活化處理的金剛石微粒，其中鹽基膠體鈀溶液成分組成為PdCl20.5g/l、SnCl2.2H2016g/l、HC140ml/l 和 NaC1160g/l (配置過程為取 0.5gPdCl2溶于40mL濃鹽酸中，再向其中加入16gSnCl2.2H20，另取160gNaCl溶于IL蒸餾水中，然后將兩種溶液在不斷攪拌下混合，在50°C溫度下保溫3h后即得到鹽基膠體鈀溶液)；
(3)將經(jīng)步驟(2)得到的敏化-活化處理的金剛石微粒加入到濃度為30g/LNaH2PO2.2Η20溶液中，常溫下攪拌3min進(jìn)行金剛石微粒的表面Pd2+還原(還原可能殘留于金剛石表面的Pd'防止其帶入鍍液中導(dǎo)致鍍液分解，金剛石經(jīng)還原處理后不需水洗可直接化學(xué)鍍鎳)；
(4)將經(jīng)步驟(3)表面Pd2+還原的金剛石微粒按照固液比為5:lg/L加入到化學(xué)鍍?nèi)芤褐?，在水浴加熱?0~85°C條件下，調(diào)節(jié)鍍液pH值至4.8-5.6，并以微波功率為80~240W進(jìn)行微波照射、轉(zhuǎn)速為300r/min、每隔5min超聲波攪拌30s條件下鍍覆1~1.5h，鍍覆完成后靜置，將下層的鍍N1-P金剛石微粒用蒸餾水清洗后真空干燥。
[0007]所述步驟(2)中的濃鹽酸為市購分析純試劑。
[0008]所述步驟(4)中化學(xué)鍍?nèi)芤撼煞纸M成為:硫酸鎳25~35g/L，次亞磷酸鈉20~35g/L，乙酸鈉10~25g/L，檸檬酸鈉10~20g/L，乳酸25~35mL/L，硫脲0~2mg/L，光亮劑lg/L。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1、在金剛石微粒敏化、活化處理時，將敏化與活化處理合成一步，采用新型的鹽基性膠體鈀對金剛石進(jìn)行敏化活化處理。這樣不僅簡化了工藝，而且配制鹽基性活化鈀膠體需要的氯化鈀用量少、成本低、溶液穩(wěn)定。
[0010]2、化學(xué)鍍液的配位劑采用乳酸-檸檬酸鈉雙配位劑，可以很好利用它們在鍍速和穩(wěn)定鍍液方面的互補(bǔ)性，在保障鍍速的前提下有效地提高了鍍液的穩(wěn)定性；此外，在化學(xué)鍍液中添加光亮劑可以增加鍍層的光亮度。
[0011]3、微波加熱不僅加熱均勻，而且其“非熱效應(yīng)”既可增強(qiáng)物質(zhì)傳遞過程，降低反應(yīng)活化能，還會對化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，而超聲波具有振動、空化、沖擊和微射流作用，其所產(chǎn)生的強(qiáng)烈的攪拌可以極大加速傳質(zhì)效果，將二者同時作用于鍍覆過程，不僅可以大大加速鍍液反應(yīng)和鍍層沉積速率，縮短鍍覆時間，鍍覆時間僅為1~1.5h，而傳統(tǒng)工藝一般需要在
1.5~2h及以上，而且還可以降低鍍覆溫度，鍍覆溫度僅需70~85°C，而傳統(tǒng)工藝一般均需要在80°C以上，這可以很好的節(jié)約能源，此外，所得鍍層較厚，而且平整、光滑、致密、均勻、包覆完整，還具有較強(qiáng)的結(jié)合能力和耐蝕性，再者，施鍍過程中反應(yīng)平穩(wěn)，無自然分解及鍍到燒杯壁上的現(xiàn)象發(fā)生。
[0012]4、超聲波產(chǎn)生的聲波可使懸浮在溶液中的微粒在宏觀上均勻分布，而空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高壓激波及強(qiáng)烈的隨機(jī)振蕩可粉碎團(tuán)聚狀的粒子群，使微粒進(jìn)一步得到分散而均勻化，改善了微粒在鍍液中的分散性，解決了較細(xì)微粒金剛石在鍍覆過程中易于團(tuán)聚粘接的問題。
[0013]5、微波超聲波能的產(chǎn)生和關(guān)閉是瞬時的，沒有熱慣性，安全可靠，便于自動化控。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的鍍N1-P金剛石微粒的SEM圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的鍍N1-P金剛石微粒的EDS圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的鍍N1-P金剛石微粒的鍍層厚度截面形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]實(shí)施例1
該金剛石表面微波-超聲波聯(lián)合化學(xué)鍍N1-P的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將5g粒徑為120μ m的金剛石微粒經(jīng)400ml濃度為10g/LNa0H溶液煮沸除去油脂和污物，用蒸餾水沖洗2~3次，將經(jīng)除去油脂和污物的金剛石微粒采用質(zhì)量百分比為30%的400ml稀HNO3溶液中煮沸30min使金剛石微粒表面粗化，使金剛石微粒表面形成微小的凹面，以利于金屬離子吸附，為后序的化學(xué)鍍金屬沉積層的生長提供有利條件，用蒸餾水洗2~3次；
(2)將經(jīng)步驟(I)表面粗化的金剛石微粒置于300mL鹽基膠體鈀溶液中超聲攪拌30min，采用蒸餾水洗滌后得到經(jīng)敏化-活化處理的金剛石微粒，其中鹽基膠體鈀溶液成分組成為 PdCl20.5g/l、SnCl2.2Η2016δ/ΚΗ0140πι1/1 和 NaCl 160g/l(配置過程為取 0.5gPdCl2溶于40mL濃鹽酸中，再向其中加入16gSnCl2.2Η20，另取160gNaCl溶于IL蒸餾水中，然后將兩種溶液在不斷攪拌下混合，在50°C溫度下保溫3h后即得到鹽基膠體鈀溶液)；
(3)將經(jīng)步驟(2)得到的敏化-活化處理的金剛石微粒加入到400ml濃度為30g/LNaH2PO2.2Η20溶液中，常溫下攪拌3mi