金刚石颗粒化学镀Ni-P合金及其性能研究

摘要

由于金刚石与一般金属或合金之间具有很高的界面能，致使金刚石不能被一般的熔焊合金所浸润和焊合，金刚石颗粒仅机械地镶嵌于基体之中，结合强度很低，在使用过程中，金刚石颗粒极易与金属基体分离以及破碎，金刚石的利用率仅为50％～60％左右。另外，金刚石的耐热性不高，高温下易氧化失重或石墨化，会降低工具的使用效率。因此有必要对金刚石表面进行改性。采用化学镀镀覆技术，可以在金刚石表面得到表面致密、结合较好、有一定厚度的化学镀层，以提高与基体的结合强度，改善刀具的表面质量，延长其使用寿命。由于化学镀不需要大型的专用设备和仪器，成本低，对被镀材料无形状限制，因此用化学镀对金刚石颗粒表面镀覆金属是很好的选择。
　　本研究主要运用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等检测方法，对金刚石表面化学镀Ni-P合金镀层的表面形貌、镀层的相结构和成分、相关性能进行了分析。
　　通过实验研究，选择适宜的化学镀预处理工艺，采用称重法计算沉积速度，通过对化学镀Ni-P溶液各成分的浓度对沉积速度的影响的分析，获得了最佳镀覆工艺条件:硫酸镍30g/L，次磷酸钠25g/L，柠檬酸20g/L，硫脲0.22mg/L，主盐与次磷酸钠的最佳摩尔浓度比应控制在0.4～0.5之间，pH值4.8～5.5，温度88±2℃，镀膜时间1.5h。
　　研究结果表明，金刚石经Ni-P化学镀后，表面呈银白色，具有金属光泽，镀层致密而且均匀，结合力好。未经热处理的金刚石表面Ni-P镀层具有非晶态特征;当经过热处理后，Ni-P镀层的结构为晶体结构，镀层物相组成为Ni3P和Ni，还有Ni12P5，由于在空气中进行的热处理，还有NiO相的产生。热处理后，镀层与金刚石基体的结合力大大提高。无镀层的金刚石经高温加热后其表面腐蚀相当严重，说明它的耐热性能很差，化学镀Ni-P合金后，金刚石的耐热性有了很大的提高，由于镀层的保护作用，使金刚石的耐热性增强。镀层的孔隙率很低，说明镀层的致密性良好。
　　金刚石表面化学镀Ni-P合金具有较高的实用价值，增加了金刚石工具的使用寿命、降低了应用成本。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 金刚石的结构、性能及应用

1．1．1 金刚石的结构

1．1．2 金刚石的性能及应用

1．2 金刚石表面镀覆的原理、模型及作用

1．2．1 金刚石表面镀覆的金属化原理

1．2．2 金刚石表面镀覆金属化的模型

1．2．3 金刚石表面镀覆金属化的作用

1．3 化学镀

1．3．1 化学镀的基本原理

1．3．2 化学镀镍的反应机理

1．3．3 化学镀镍的国内外现状与发展

1．3．4 金刚石化学镀的研究现状

1．4 金刚石表面镀覆存在的问题

1．5 本研究的背景和意义

1．6 本研究的主要内容

第2章 实验研究方案

2．1 实验材料及仪器

2．2 实验药品

2．3 金刚石金属化的表征方法

2．3．1 表面形貌及镀层成份分析

2．3．2 X射线衍射分析

2．3．3 镀层耐热性的分析

2．3．4 镀层结合力的测试

第3章 化学镀Ni-P合金工艺研究

3．1 实验工艺

3．1．1 镀液的成分、配制

3．1．2 化学镀镍预处理工艺

3．1．3 化学镀Ni-P

3．1．4 金刚石颗粒的后处理

3．1．5 镀后热处理

3．1．6 沉积速度的测定

3．2 本章小结

第4章 实验结果及其分析

4．1 工艺参数对金刚石化学镀镍的影响

4．1．1 镀液主要成分对化学镀速的影响

4．1．2 温度、pH值对镀液镀速的影响

4．1．3 其它工艺条件的影响

4．2 化学镀工艺的选择

4．3 镀层表面形貌分析

4．3．1 宏观表面形貌观察

4．3．2 微观表面形貌

4．4 化学镀层的生长机理

4．5 镀层组织结构特征

4．5．1 镀层的XRD衍射分析

4．5．2 热处理对镀层组织结构的影响

4．6 非晶态镀层生成机理

4．7 镀层的性能分析

4．7．1 结合力分析

4．7．2 镀层的耐热性

4．7．3 孔隙率

4．8 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢