效果較好的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種效果較好的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍工具鉆頭方法，該方法的主要步驟包括：對鉆頭的基體材料進(jìn)行預(yù)處理，使之具備電沉積納米復(fù)合鍍層的能力；向反應(yīng)器中加入配置好的電鍍液，密封后，通入CO2氣體，加入表面活性劑，形成超臨界條件下的電鍍體系；設(shè)定滿足電沉積要求的電流、溫度和機(jī)械攪拌速度等參數(shù)；調(diào)節(jié)陰陽極之間的相對位置，設(shè)定陽極移動速度和行程，接通電源，使納米復(fù)合鍍層能完好地沉積到作為陰極主體的被加工鉆頭表面；將電沉積后的鉆頭取下洗凈，得到表面具有高性能復(fù)合納米鍍層的鉆頭。本發(fā)明的方法制得的鉆頭表面組織細(xì)密，耐磨性和硬度都有較大提升，使用壽命增加。
【專利說明】效果較好的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭方法
[0001 ] 本申請是申請?zhí)枮?01410412652.6，申請日為2014年8月20日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電化學(xué)沉積加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]超臨界流體(Supercritical Fluid)是指純凈物質(zhì)處于臨界點(diǎn)(臨界壓力和臨界溫度)以上時(shí)，所表現(xiàn)出來的一種介于液態(tài)和氣態(tài)的流體。在臨界點(diǎn)附近，超臨界流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象。CO2氣體具有環(huán)保、不燃、無毒、惰性、儲備豐富且臨界壓力(7.39MPa)和溫度(31.ΓΟ不太高等優(yōu)點(diǎn)，因此超臨界CO2流體被廣泛運(yùn)用。由于超臨界CO2具有較低的粘度(0.03-0.1 MPa.s)和較高的擴(kuò)散系數(shù)(10— 4 cm2.s—1)，在電鑄體系中能為傳質(zhì)提供良好的條件。
[0004]目前工業(yè)鉆頭的成型材料常使用鈦合金、金剛石材料或特種鋼質(zhì)材料等，這些材料的鉆頭制備起來工藝復(fù)雜，成本偏高且性能不夠優(yōu)異，而采用納米復(fù)合材料能夠較好地彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。工業(yè)鉆頭常使用高速鋼以及特種鋼等作為基體材料，該基體材料通常難以直接進(jìn)行電化學(xué)沉積加工，而采用化學(xué)鍍的方法對基體材料進(jìn)行預(yù)處理后，則使得在該基體上進(jìn)行納米復(fù)合電鍍成為可能。在將納米顆粒均勾復(fù)合在金屬基體材料時(shí)，納米顆粒在電鑄過程中所發(fā)生的團(tuán)聚及宏觀均勻性較差的問題非常突出。目前大多采用攪拌、超聲振動、添加分散劑等方式來處理納米顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，但因原模(金屬零件)形狀各異，電鍍時(shí)電場、流場均勻性不易控制等，仍會造成納米復(fù)合電鑄層中納米顆粒團(tuán)聚和分布不均勻。納米顆粒的團(tuán)聚和分布不均勻?qū)?dǎo)致不同部位的鑄層力學(xué)性能差異巨大，嚴(yán)重影響其使用性能。
[0005]目前，在超臨界環(huán)境下電沉積制備納米復(fù)合材料與微細(xì)零件的工藝方法和裝置已有所見。如授權(quán)公告號為CN 101092716B的中國專利文獻(xiàn)公開了一種超臨界流體細(xì)微電鍍成型工藝及其裝置，其以SCF-CO2為電鍍環(huán)境進(jìn)行微結(jié)構(gòu)零件的成型，通過該方法所得的金屬電鍍層表面沉積均勻、無積瘤，且鑄層組織細(xì)密平整，但所得鑄層為單一金屬，不適用于含有納米顆粒的復(fù)合電鍍成型;又如公布號為CN 102146573A的中國專利文獻(xiàn)提出了一種超臨界流體電鑄成型制備納米復(fù)合材料的方法，其主要是在機(jī)械攪拌輔助條件下電沉積制備金屬基納米復(fù)合材料，電場分布是固定的，從其參數(shù)設(shè)置和陰陽極設(shè)置來看，不能對柱狀或管狀類陰極進(jìn)行有效的沉積納米復(fù)合鍍層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:控制納米顆粒在電鍍過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，針對陰極鉆頭在電鍍過程中不能很好地被鍍上納米復(fù)合材料，采用基于匹配移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍方法，使得復(fù)合鍍層在陰極鉆頭表面能夠變得分散均勻、表面平整、組織致密、晶粒細(xì)小、性能優(yōu)升。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭的方法，采用基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置實(shí)施，該基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置包括反應(yīng)器、直流電源組件、機(jī)械攪拌器、二氧化碳?xì)怏w鋼瓶和高壓栗;直流電源組件包括電源、陽極棒和陰極棒;其特點(diǎn)是:上述的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置還包括移動陽極組件、驅(qū)動組件和作為陰極主體的被加工鉆頭；
上述的移動陽極組件包括固定連接板和移動陽極;移動陽極與固定連接板固定連接；驅(qū)動組件包括伺服電機(jī)、驅(qū)動絲杠和連接桿;驅(qū)動絲杠內(nèi)置有與其絕緣的彈性導(dǎo)電線圈;伺服電機(jī)與驅(qū)動絲杠傳動連接;連接桿的左端與固定連接板固定連接;連接桿的右端與驅(qū)動絲杠固定連接;移動陽極通過固定連接板、連接桿、驅(qū)動絲杠內(nèi)置的彈性導(dǎo)電線圈以及陽極棒與電源的正極電連接;被加工鉆頭的上端與陰極棒的下端固定連接并通過陰極棒與電源的負(fù)極電連接;上述的移動陽極組件的移動陽極在驅(qū)動組件的驅(qū)動下，可相對被加工鉆頭上下向往復(fù)運(yùn)動；
上述的反應(yīng)器包括主體和內(nèi)襯；內(nèi)襯設(shè)于主體的內(nèi)周壁上；反應(yīng)器的主體的上端左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口；反應(yīng)器的主體的上端右側(cè)設(shè)有排液口 ；反應(yīng)器的主體內(nèi)部設(shè)有加熱線圈;機(jī)械攪拌器設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)；機(jī)械攪拌器采用水平向間歇攪拌方式工作;高壓栗用于將二氧化碳?xì)怏w鋼瓶內(nèi)存儲的二氧化碳?xì)怏w通過反應(yīng)器的主體的進(jìn)氣口向主體內(nèi)抽壓；
上述的移動陽極組件的固定連接板為整體呈方形的板體件，固定連接板的四個角部設(shè)有弧形的缺口；固定連接板為由銅制框架結(jié)構(gòu)外履絕緣、耐高壓、耐酸的工程塑料制成;移動陽極為金屬導(dǎo)體件;移動陽極固定設(shè)置在固定連接板的四個角部的弧形缺口上且與固定連接板的銅制框架結(jié)構(gòu)電連接；
驅(qū)動組件的驅(qū)動絲杠為中空的絲杠;上述的彈性導(dǎo)電線圈設(shè)置在驅(qū)動絲杠的中空部位內(nèi)；且該彈性導(dǎo)電線圈的下端伸出驅(qū)動絲杠的左側(cè);該彈性導(dǎo)電線圈的上端伸出驅(qū)動絲杠的上端;該彈性導(dǎo)電線圈與驅(qū)動絲杠通過絕緣墊片絕緣;驅(qū)動絲杠由其下部與伺服電機(jī)傳動連接;上述的連接桿由銅柱外履絕緣、耐高壓、耐酸的工程塑料制成；
上述的移動陽極組件的移動陽極設(shè)有4個;該4個移動陽極固定設(shè)置在固定連接板的四個角部;被加工鉆頭設(shè)有4個，該4個被加工鉆頭與4個移動陽極分別對應(yīng)各設(shè)置I個；
上述的移動陽極為高2cm、直徑3cm、厚度為2mm的圓柱狀純鎳薄壁環(huán);被加工鉆頭的外壁與移動陽極的內(nèi)壁之間的距離為Icm;
加工鉆頭的方法，包括以下步驟:
①對被加工鉆頭的基體進(jìn)行預(yù)先化學(xué)鍍處理，在被加工鉆頭的基體表面鍍上一層易于進(jìn)行電沉積的純銅或純鎳；
②將配置好的含納米硬質(zhì)顆粒和復(fù)合添加劑的二元體系電鍍液加入反應(yīng)器中，固定作為陰極主體的被加工鉆頭;調(diào)節(jié)移動陽極組件的移動陽極的位置使得移動陽極可相對于被加工鉆頭上下移動;上述的電鍍液為含硫酸鎳和氯化鎳的鎳鹽溶液;上述的鎳鹽溶液的濃度為300?450g/L;納米硬質(zhì)顆粒為直徑30?60nm的金剛石納米顆粒;金剛石納米顆粒的濃度為I?20g/L ；復(fù)合添加劑為由十二烷基類化合物和醚類化合物組成的添加劑;復(fù)合添加劑的濃度為0.1?2g/L;上述的電鍍液還包括濃度為30g/L?60g/L的作為電沉積緩釋劑的硼酸；
③向反應(yīng)器中通入二氧化碳?xì)怏w，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度在35?70°C、壓力在8?20MPa的范圍內(nèi)，形成以超臨界二氧化碳乳化液為載體的三元電鍍體系；
④設(shè)定移動陽極相對于作為陰極主體的被加工鉆頭上下移動最大單向行程為5cm;采用勻速或簡諧運(yùn)動的移動方式，平均速度控制在l-20mm/s;電沉積時(shí)間為1_3小時(shí);在機(jī)械攪拌器的攪拌輔助下得到納米復(fù)合鍍層；
⑤電沉積完畢，通過后處理，得到所需性能要求的具有納米復(fù)合鍍層的鉆頭。
[0008]進(jìn)一步的方案是:上述的直流電源組件的電源輸出的電流密度為7A/dm2;上述的機(jī)械攪拌器設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)；機(jī)械攪拌器水平向間歇攪拌，攪拌速率為200?500rpm。
[0009]進(jìn)一步的方案還有:上述的復(fù)合添加劑為由十二烷基硫酸鈉和聚乙二醇三甲基壬基醚;十二烷基硫酸鈉的濃度為0.2g/L，聚乙二醇三甲基壬基醚的濃度為0.8g/L。
[0010]本發(fā)明具有積極的效果:(1)本發(fā)明通過采用移動陽極電鍍方法，作為陰極主體的被加工鉆頭在電鍍時(shí)保證了其表面的各向均勻性，使得電沉積在被加工鉆頭上的納米復(fù)合鍍層能平整、均勻；同時(shí)采用水平向間歇攪拌方式，這樣使得納米顆粒在電鍍?nèi)芤褐杏谐两第厔荩M(jìn)一步改善了納米復(fù)合電鑄過程中的均勻性和一致性。(2)本發(fā)明可在非平整的金屬零件表面上形成性能優(yōu)異的納米復(fù)合鍍層。(3)本發(fā)明可以根據(jù)使用需求，通過對納米顆粒的處理，使用不同的納米硬質(zhì)材料在金屬零件上形成不同性能的納米復(fù)合鍍層。(4)本發(fā)明可同時(shí)對多個作為陰極主體的被加工鉆頭進(jìn)行超臨界納米復(fù)合電鍍，能夠高效、批量制備出性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料的鉆頭。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明所采用的電鑄成型裝置的示意圖；
圖2為圖1中移動陽極的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中還顯示了移動陽極與作為陰極主體的被加工鉆頭的位置配合關(guān)系。
[0012]上述附圖中的附圖標(biāo)記如下:
反應(yīng)器I，主體11，進(jìn)氣口 11-1，排液口 11-2，加熱線圈11-3，內(nèi)襯12;
移動陽極組件2，固定連接板21，移動陽極22;
驅(qū)動組件3，伺服電機(jī)31 ；驅(qū)動絲杠32，連接桿33 ；
直流電源組件4，電源41，陽極棒42，陰極棒43;
機(jī)械攪拌器5;
二氧化碳?xì)怏w鋼瓶6;
高壓栗7，
被加工鉆頭8。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014](實(shí)施例1)
見圖1和圖2，本實(shí)施例的效果較好的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭方法，采用基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置實(shí)施，基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置主要由反應(yīng)器1、移動陽極組件2、驅(qū)動組件3、直流電源4、機(jī)械攪拌器5、二氧化碳?xì)怏w鋼瓶6和高壓栗7組成。
[0015]反應(yīng)器I主要由主體11和內(nèi)襯12組成。反應(yīng)器I的主體11的上端左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口11-1 ；反應(yīng)器I的上端右側(cè)設(shè)有排液口 11-2;反應(yīng)器I的主體11內(nèi)部設(shè)有加熱線圈11-3。內(nèi)襯12設(shè)于主體11的內(nèi)周壁上。
[0016]移動陽極組件2由固定連接板21和移動陽極22組成。固定連接板21為整體呈方形的板體件，固定連接板21的四個角部設(shè)有弧形的缺口。固定連接板21為由銅制框架結(jié)構(gòu)外履絕緣、耐高壓、耐酸的工程塑料制成。移動陽極22本實(shí)施中優(yōu)選采用高2cm、直徑3cm、厚度為2mm的圓柱狀純鎳薄壁環(huán);移動陽極22本實(shí)施例中優(yōu)選采用4個，該4個移動陽極22固定設(shè)置在固定連接板21的四個角部的弧形缺口上且與固定連接板21的銅制框架結(jié)構(gòu)電連接。
[0017]驅(qū)動組件3主要包括伺服電機(jī)31、驅(qū)動絲杠32和連接桿33。伺服電機(jī)31本實(shí)施例中優(yōu)選采用型號為KT290-A6-50的直流伺服電機(jī)。驅(qū)動絲杠32為中空的絲杠，驅(qū)動絲杠32的中空部位內(nèi)置有彈性導(dǎo)電線圈；該彈性導(dǎo)電線圈的下端伸出驅(qū)動絲杠32的左側(cè);該彈性導(dǎo)電線圈的上端伸出驅(qū)動絲杠32的上端;且該彈性導(dǎo)電線圈與驅(qū)動絲杠32通過絕緣墊片絕緣；驅(qū)動絲杠32由其下部與伺服電機(jī)31傳動連接。連接桿33由銅柱外履絕緣、耐高壓、耐酸的工程塑料制成。連接桿33的右端與驅(qū)動絲杠32固定連接;且連接桿33由其內(nèi)部的銅柱的右端與驅(qū)動絲杠32內(nèi)的彈性導(dǎo)電線圈的下端電連接;連接桿33的左端與移動陽極組件2的固定連接板21的右側(cè)中部固定連接;且連接桿33由其內(nèi)部的銅柱的左端與固定連接板21的銅制框架結(jié)構(gòu)電連接。
[0018]直流電源組件4由電源41、陽極棒42和陰極棒43組成。陽極棒42的上端與電源41的正極電連接，陽極棒42的下端與驅(qū)動組件3的驅(qū)動絲杠32內(nèi)的彈性導(dǎo)電線圈的上端電連接；從而通過陽極棒42、驅(qū)動絲杠32內(nèi)的彈性導(dǎo)電線圈、連接桿33、固定連接板21的銅制框架結(jié)構(gòu)將移動陽極22與電源41的正極電連接。陰極棒43的上端與電源41的負(fù)極電連接，被加工鉆頭8的上端均與陰極棒43的下端固定電連接。被加工鉆頭8作為陰極主體。被加工鉆頭8設(shè)于移動陽極組件2的移動陽極22內(nèi)的中軸線上;且被加工鉆頭8的外壁與移動陽極22的內(nèi)壁之間的距離為Icm0
[0019]機(jī)械攪拌器5設(shè)置在反應(yīng)器I內(nèi)；機(jī)械攪拌器5采用水平向間歇攪拌方式工作，以使得納米顆粒在電鍍?nèi)芤褐杏谐两第厔?，改善納米復(fù)合電鑄過程中的均勻性和一致性。機(jī)械攪拌水平方向間歇攪拌，攪拌速率為200?500rpm。
[0020]二氧化碳?xì)怏w鋼瓶6用于存儲二氧化碳?xì)怏w。
[0021]高壓栗7用于將二氧化碳?xì)怏w鋼瓶6內(nèi)存儲的二氧化碳?xì)怏w通過反應(yīng)器I的主體11的進(jìn)氣口 11-1向主體11內(nèi)抽壓。
[0022]前述的移動陽極組件2的移動陽極22在驅(qū)動組件3的驅(qū)動下，包圍被加工鉆頭8進(jìn)行上下向的運(yùn)動;本實(shí)施例中，移動陽極22相對被加工鉆頭8的最大單向行程為5cm;采用勻速或簡諧運(yùn)動的移動方式，平均速度控制在l-20mm/s。
[0023]本實(shí)施例的效果較好的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭方法，以鎳基補(bǔ)加工鉆頭8電沉積納米金剛石復(fù)合材料為例進(jìn)行說明，其加工方法主要包括以下步驟:
①對被加工鉆頭8的基體進(jìn)行預(yù)先化學(xué)鍍處理，在被加工鉆頭8的基體表面鍍上一層易于進(jìn)行電沉積的金屬;該金屬可選擇純銅或純鎳。本實(shí)施例中，優(yōu)選采用在被加工鉆頭8的基體表面鍍上約I Ομπι厚的均勻銅層。
[0024]②向本實(shí)施例的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置的反應(yīng)器I中加入鎳鹽溶液、硼酸、納米金剛石顆粒以及復(fù)合添加劑，攪拌30分鐘，使其充分混合且納米顆粒均勻分散。硼酸作為電沉積緩釋劑，可選擇性地加入，硼酸的濃度為30g/L?60g/L。
[0025]鎳鹽溶液為含硫酸鎳和氯化鎳的溶液;其中硫酸鎳用量為300?400g/L，氯化鎳用量為30?50g/L;金剛石納米顆粒，直徑為30?60nm，其用量為5?15g/L;所述的復(fù)合添加劑為十二烷基類化合物和醚類化合物組成，其中十二烷基類化合物用量為0.1?2g/L，醚類化合物用量為0.1?lg/L。
[0026]本實(shí)施例中，添加劑優(yōu)選采用十二烷基硫酸鈉和聚乙二醇三甲基壬基醚。各物質(zhì)的濃度優(yōu)選為:硫酸鎳300g/L，氯化鎳35g/L，硼酸40g/L，納米金剛石顆粒15g/L，十二燒基硫酸鈉0.2g/L，聚乙二醇三甲基壬基醚0.8g/L。
[0027]③啟動高壓栗7，將二氧化碳?xì)怏w鋼瓶6中的二氧化碳?xì)怏w從反應(yīng)器I的主體11的進(jìn)氣口 11 -1抽壓到反應(yīng)器的主體11中；控制壓力為13MPa;同時(shí)使交變電流通過主體11的加熱線圈11-3在電磁感應(yīng)的作用下進(jìn)行加熱，通過對交變電流的電流強(qiáng)度的大小的控制而將溫度控制在35?70°C，本實(shí)施例中優(yōu)選50°C，在上述壓力和溫度下，通過機(jī)械攪拌器5進(jìn)行攪拌而形成含有納米金剛石顆粒的超臨界流體電鑄溶液。本實(shí)施例中，二氧化碳?xì)怏w在密閉的反應(yīng)器I的主體11中的試驗(yàn)壓力為8?20MPa。
[0028]④將作為陰極主體的被加工鉆頭8的上端與直流電源組件4的陰極棒43的下端固定電連接;將直流電源組件4的陰極棒43的上端與直流電源組件4的電源41的陰極電連接；將直流電源組件4的陽極棒42的上端與電源41的陽極電連接;將陽極棒42的下端與驅(qū)動組件3的驅(qū)動絲杠32固定連接;將驅(qū)動絲杠32與驅(qū)動組件3的伺服電機(jī)31傳動連接;將驅(qū)動組件3的連接桿33與移動陽極組件2的固定連接板21固定連接;被加工鉆頭8設(shè)于移動陽極組件2的移動陽極22內(nèi)的中軸線上;且使被加工鉆頭8的外壁與移動陽極22的內(nèi)壁之間的距離為 I cm;
設(shè)置直流電源組件4的電源41輸出的電流密度為I?13A/dm—2，本實(shí)施例中優(yōu)選采用7A/dm2;設(shè)置移動陽極組件2的移動陽極22相對被加工鉆頭8的最大單向行程為5cm;移動方式采用勻速或簡諧運(yùn)動，平均速度控制在I?20mm/s，以使得電鑄時(shí)電場分布更加均勻。
[0029]⑤啟動驅(qū)動組件3的伺服電機(jī)31，控制移動陽極組件2的移動陽極21按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行上下移動;機(jī)械攪拌器5同步采用水平向間歇攪拌;接通直流電源組件4的電源41;使得鎳離子與納米金剛石顆?？焖佟⒂行У爻练e到作為陰極主體的被加工鉆頭8上。本實(shí)施例中，電沉積時(shí)間為I?3小時(shí)。
[0030]⑥電鑄完畢后，通過反應(yīng)器I的主體11上的排液口11 -2將超臨界流體電鑄溶液導(dǎo)入氣液分離器中，分離的二氧化碳?xì)怏w和電鑄溶液分別回收到回收裝置中循環(huán)利用。
[0031]⑦將被加工鉆頭8從反應(yīng)器I中取出，通過水洗風(fēng)干再通過酸洗干凈，即得到與被加工鉆頭8的基體緊密結(jié)合的納米顆粒分布均勻、組織致密、晶粒細(xì)小、表面平整、性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料電鑄層。
[0032]以上實(shí)施例是對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種效果較好的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍加工鉆頭方法，采用基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置實(shí)施;所述的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置包括反應(yīng)器(I)、直流電源組件(4)、機(jī)械攪拌器(5)、二氧化碳?xì)怏w鋼瓶(6)和高壓栗(7);所述的直流電源組件(4)包括電源(41)、陽極棒(42)和陰極棒(43);其特征在于:所述的基于移動陽極的超臨界復(fù)合電鍍裝置還包括移動陽極組件(2)、驅(qū)動組件(3)和作為陰極主體的被加工鉆頭(8); 所述的移動陽極組件(2)包括固定連接板(21)和移動陽極(22);移動陽極(22)與固定連接板(21)固定連接;驅(qū)動組件(3 )包括伺服電機(jī)(31)、驅(qū)動絲杠(32 )和連接桿(33 );驅(qū)動絲杠(32)內(nèi)置有與其絕緣的彈性導(dǎo)電線圈；伺服電機(jī)(31)與驅(qū)動絲杠(32)傳動連接;連接桿(33 )的左端與固定連接板(21)固定連接;連接桿(33 )的右端與驅(qū)動絲杠(32 )固定連接；移動陽極(22)通過固定連接板(21)、連接桿(33)、驅(qū)動絲杠(32)內(nèi)置的彈性導(dǎo)電線圈以及陽極棒(42)與電源(41)的正極電連接;被加工鉆頭(8)的上端與陰極棒(43)的下端固定連接并通過陰極棒(43)與電源(41)的負(fù)極電連接;所述的移動陽極組件(2)的移動陽極(22)在驅(qū)動組件(3)的驅(qū)動下，可相對被加工鉆頭(8)上下向往復(fù)運(yùn)動； 所述的反應(yīng)器(I)包括主體(11)和內(nèi)襯(12);內(nèi)襯(12)設(shè)于主體(11)的內(nèi)周壁上;反應(yīng)器(I)的主體(11)的上端左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口( 11-1);反應(yīng)器(I)的主體(11)的上端右側(cè)設(shè)有排液口(11-2);反應(yīng)器(I)的主體(11)內(nèi)部設(shè)有加熱線圈(11-3);機(jī)械攪拌器(5)設(shè)置在反應(yīng)器(I)內(nèi)；機(jī)械攪拌器(5)采用水平向間歇攪拌方式工作;高壓栗(7)用于將二氧化碳?xì)怏w鋼瓶(6)內(nèi)存儲的二氧化碳?xì)怏w通過反應(yīng)器(I)的主體(11)的進(jìn)氣口(11-1)向主體(11)內(nèi)抽壓； 所述的移動陽極組件(2)的固定連接板(21)為整體呈方形的板體件，固定連接板(21)的四個角部設(shè)有弧形的缺口；固定連接板(21)為由銅制框架結(jié)構(gòu)外履絕緣、耐高壓、耐酸的工程塑料制成;移動陽極(22)為金屬導(dǎo)體件;移動陽極(22)固定設(shè)置在固定連接板(21)的四個角部的弧形缺口上且與固定連接板(21)的銅制框架結(jié)構(gòu)電連接； 驅(qū)動組件(3)的驅(qū)動絲杠(32)為中空的絲杠；所述的彈性導(dǎo)電線圈設(shè)置在驅(qū)動絲杠(32)的中空部位內(nèi)；且該彈性導(dǎo)電線圈的下端伸出驅(qū)動絲杠(32)的左側(cè);該彈性導(dǎo)電線圈的上端伸出驅(qū)動絲杠(32)的上端；該彈性導(dǎo)電線圈與驅(qū)動絲杠(32)通過絕緣墊片絕緣;驅(qū)動絲杠(32)由其下部與伺服電機(jī)(31)傳動連接;所述的連接桿(33)由銅柱外履絕緣、耐高壓、耐酸的工程塑料制成； 所述的移動陽極組件(2)的移動陽極(22)設(shè)有4個;該4個移動陽極(22)固定設(shè)置在固定連接板(21)的四個角部;被加工鉆頭(8)設(shè)有4個，該4個被加工鉆頭(8)與4個移動陽極(22)分別對應(yīng)各設(shè)置I個； 所述的移動陽極(22)為高2cm、直徑3cm、厚度為2mm的圓柱狀純鎳薄壁環(huán);被加工鉆頭(8)的外壁與移動陽極(22)的內(nèi)壁之間的距離為Icm; 加工鉆頭的方法，包括以下步驟: ①對被加工鉆頭(8)的基體進(jìn)行預(yù)先化學(xué)鍍處理，在被加工鉆頭(8)的基體表面鍍上一層易于進(jìn)行電沉積的純銅或純鎳； ②將配置好的含納米硬質(zhì)顆粒和復(fù)合添加劑的二元體系電鍍液加入反應(yīng)器(I)中，固定作為陰極主體的被加工鉆頭(8);調(diào)節(jié)移動陽極組件(2)的移動陽極(22)的位置使得移動陽極(22)可相對于被加工鉆頭(8)上下移動;所述的電鍍液為含硫酸鎳和氯化鎳的鎳鹽溶液;所述的鎳鹽溶液的濃度為300?450g/L;納米硬質(zhì)顆粒為直徑30?60nm的金剛石納米顆粒;金剛石納米顆粒的濃度為I?20g/L;復(fù)合添加劑為由十二烷基類化合物和醚類化合物組成的添加劑;復(fù)合添加劑的濃度為0.1?2g/L;所述的電鍍液還包括濃度為30g/L?60g/L的作為電沉積緩釋劑的硼酸； ③向反應(yīng)器(I)中通入二氧化碳?xì)怏w，控制反應(yīng)器(I)內(nèi)的溫度在35?70°C、壓力在8?20MPa的范圍內(nèi)，形成以超臨界二氧化碳乳化液為載體的三元電鍍體系； ④設(shè)定移動陽極(22)相對于作為陰極主體的被加工鉆頭(8)上下移動最大單向行程為5cm;采用勻速或簡諧運(yùn)動的移動方式，平均速度控制在l-20mm/s;電沉積時(shí)間為1-3小時(shí)；在機(jī)械攪拌器(5)的攪拌輔助下得到納米復(fù)合鍍層； ⑤電沉積完畢，通過后處理，得到所需性能要求的具有納米復(fù)合鍍層的鉆頭。
【文檔編號】C25D15/00GK106087008SQ201610592998
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2014年8月20日 公開號201610592998.8, CN 106087008 A, CN 106087008A, CN 201610592998, CN-A-106087008, CN106087008 A, CN106087008A, CN201610592998, CN201610592998.8
【發(fā)明人】雷衛(wèi)寧, 劉維橋, 李小平, 王創(chuàng)業(yè), 錢海峰, 劉麗琴, 沈宇
【申請人】江蘇理工學(xué)院