電鍍金剛石工具常用于硬脆材料的機(jī)械加工,目前經(jīng)常采用普通電鍍的方法將鍍層與金剛石磨粒結(jié)合。應(yīng)用超聲波可以顯著提高電鍍速度[1]。超聲波對(duì)電鍍過程的強(qiáng)化作用已有一些研究[1～3],但在超聲波條件下電鍍金剛石工具的制備工藝研究的報(bào)道不多見。本文分析了超聲波對(duì)金剛石工具鍍層的硬度上砂及加厚過程的影響,力求為超聲波電鍍金剛石工具的制備提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。1 實(shí)驗(yàn)方法1.1 電鍍?nèi)芤号c工藝本實(shí)驗(yàn)的鍍液配方為:niso4·7h2o,250g/l;nicl2·6h2o,40g/l;h2bo3,32g/l;c12h25so4na,0.08g/l,鍍液溫度為45℃。工具基體為φ6mm的圓柱銷,鍍前基本表面處理工藝流程為:機(jī)械處理→水洗→除油→水洗→浸蝕→水洗。1.2 鍍層制備超聲波鍍層制備工藝為ph=3.3～3.5,電鍍時(shí)間t=1h,電流密度dk=1.0a·dm-2,用kq-2500b型*實(shí)現(xiàn)超聲波電鍍過程的控制,超聲波工作頻率40khz,輸入超聲波功率為250w,超聲波功率范圍為40%～99%。1.3 工具制備預(yù)鍍工藝為dk=1.0a·dm-2,t=15min。在超聲波條件下的上砂過程中dk=1.0～6.0a·dm-2,在無超聲波條件下的上砂過程中dk=0.8a·dm-2,t=1h,金剛石粒度100/120,ph=4.4～4.6。加厚過程中的dk=1.0a·dm-2,ph=4.4～4.6。先在無超聲波條件下加厚一段時(shí)間,然后再用超聲波繼續(xù)加厚一段時(shí)間。1.4 測(cè)試方法用xq-2型金相鑲嵌機(jī)鑲嵌切割后的試件,在pgi型金相試樣拋光機(jī)上獲得金相表面,用hx-i型顯微硬度計(jì)測(cè)量其硬度。用xtl-ii型照像體視顯微鏡觀察相同放大倍數(shù)視距下的金剛石顆粒數(shù)。2 結(jié)果與討論2.1 超聲波對(duì)鍍層的影響從外觀上看,鍍層光亮度由于超聲波的加入而顯著提高。使用超聲波能在普通鍍鎳溶液中獲得光亮鍍層。其原因在于,當(dāng)陰極電流密度高到一定值時(shí),陰極極化急劇增加,導(dǎo)致析氫加劇,ph值上升,陰極出現(xiàn)氫氧化鎳溶液;而超聲波的空化現(xiàn)象又對(duì)這種溶膠起著細(xì)化和分散作用以及穩(wěn)定作用,防止溶膠凝聚和沉淀。在這種情況下,高分散狀態(tài)的細(xì)溶膠可以起到類光亮劑的作用[1]。超聲波的空化作用提高了鍍層表面平整性,超聲波增強(qiáng),電鍍厚度降低,但孔隙率下降[2]。超聲波電鍍減少鍍層孔隙的原因是:空化現(xiàn)象引起強(qiáng)烈的乳化作用,在這種強(qiáng)烈的乳化作用下,氫氣泡很難在電極表面上停留和長(zhǎng)大[3]。試件在無超聲波條件下加厚,測(cè)得鍍層厚度339μm,同樣試件用超聲功率200w加厚時(shí),測(cè)得鍍層厚度210μm。在有超聲波條件下,使用高電流密度進(jìn)行電鍍,與常規(guī)電鍍相比,可以使鍍層較為細(xì)致緊密、平整光滑、厚度均勻、無孔隙、與基體結(jié)合良好,并且具有較高的強(qiáng)度和硬度[4]。圖1為鍍層硬度與超聲功率的關(guān)系圖,由圖1可知,超聲波的功率越強(qiáng),鍍層的硬度越高。2.2 超聲波對(duì)上砂過程的影響經(jīng)過預(yù)鍍后,在有超聲的條件下,進(jìn)行上砂過程。當(dāng)dk=1～2a·dm-2時(shí),在工具基體上未觀察到粘著的金剛石磨粒。當(dāng)dk=4～6a·dm-2時(shí),在工具基體上可觀察到粘著的少量的金剛石磨粒,鎳層發(fā)黑,金剛石與鍍層的結(jié)合力差。當(dāng)電流密度小于2a·dm-2時(shí),超聲波的振動(dòng)和空化作用使得金剛石磨粒不停振動(dòng),無法保證磨粒與工具基體的穩(wěn)定接觸狀態(tài),使得工具基體上無砂。而在電流密度大于2a·dm-2時(shí),能少量上砂,但鍍層結(jié)合力差。因此,超聲波不宜用于電鍍金剛石工具的上砂過程。
2.3 超聲波對(duì)加厚過程的影響
為了分析超聲波對(duì)金剛石工具加厚過程的影響,設(shè)置4種實(shí)驗(yàn)條件,在不同的磨粒埋入深度條件下,進(jìn)行超聲波電鍍。具體實(shí)驗(yàn)條件見表1。
結(jié)果如圖2所示,在實(shí)驗(yàn)條件1下,正常上砂后的金剛石工具上的金剛石磨粒大部分被震落,但仍有磨粒保留,工具鍍層表面可觀察到若干凹坑,這是被震落的金剛石磨粒留下的痕跡;在實(shí)驗(yàn)條件2下,可觀察到工具鍍層表面粘著較多金剛石磨粒,但仍有磨粒脫落;在實(shí)驗(yàn)條件3下,工具鍍層表面粘著較多金剛石磨粒;在實(shí)驗(yàn)條件4下,可觀察到工具鍍層表面粘著金剛石磨粒,鍍層表面未有磨粒脫落,上砂密度較大。
由圖2和表1可知,上砂后的工具以無超聲加厚1.5h后,再以同樣電流密度超聲加厚1h,工具鍍層上砂密度,可觀察到金剛石磨粒幾乎全部粘著在鍍層上。由此可知,在加厚初期只要無超聲波加厚的時(shí)間合適,即只要金剛石被埋入鍍層的厚度合適,則超聲波的加入就不會(huì)將已鍍上的金剛石震落,只會(huì)震落浮砂,因而就不會(huì)影響金剛石工具的上砂數(shù)目。選擇合適的條件,超聲波是可以用于金剛石工具的加厚過程。
3 結(jié)束語
超聲波的加入使鍍層的硬度增加,鍍層致密光亮,孔隙率下降。超聲波不宜用于金剛石上砂的全過程。只要加厚初期無超聲波加厚的時(shí)間合適,即金剛石磨粒埋入鍍層的厚度合適,用超聲波加厚時(shí),金剛石磨粒不會(huì)被震落,就不會(huì)影響金剛石工具的上砂數(shù)目。在金剛石工具加厚過程中,合理應(yīng)用超聲波,可選用較大的電流密度,有效提高電鍍效率。
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