没有金刚钻不揽瓷器活

中图分类号：F426.22

前言：

现在，世界上最坚硬的材料是石墨烯（Graphene ），它是世界上最薄最坚硬的纳米材料，但由于技术和成本的原因还不能广泛的推广应用。

自然界中最坚硬的物质是金刚石（俗称钻石），是一种纯碳矿物。由于金刚石是很坚硬的材料且化学稳定性高，成本相对底些，因此各种人造金刚石或天然金刚石被钎焊/烧结/电镀在工具表面，用于高硬切割/高速钻孔/精细打磨等各种加工工艺。老话说“没有金刚钻，不揽瓷器活”就是指这个。

由于金刚石电镀生产工艺简单，生产设备投入较少，所以电镀金刚石产品易实现规模化生产。电镀金刚石产品中电镀金刚石开孔钻使用的范围很广，以经广泛用于地质、矿产、冶金、军工、航天等行业。也用于各种民用方面，如瓷砖打孔、混凝土打孔、墙面打孔、玻璃打孔等方面。我司现在以经出口很多电镀金刚石开孔钻产品到欧洲、美洲、中东、日本、及东南亚一些国家。

但是，由于在钻头的电镀过程中受到各种因素的制约，使金刚石电镀开孔钻存在这几个主要缺点：1）易出现金刚石掉砂现象。2）易出现金刚石电镀瘤。3）电镀上的金刚石颗粒与基体的结合力强度不够。4）金刚石电镀面易出现脱斑现象。5）使用寿命短。6）外观差。相比较，欧洲的电镀钻头产品外观很漂亮，电镀面上一颗颗金刚石排列整齐，带绿色光泽。

因此，为了确保提高电镀金刚石孔钻的质量，节约资源，环保生产，有必要对金刚石钻头的电镀工艺加以研究。

本论：

一）金刚石钻头的电镀一般的工艺流程如下：

二）电镀金刚石钻头前的预处理

在钻头的金刚石电镀过程中，每一道工艺都与金刚石钻头的质量密切相关，尤其是前面的预处理是决定产品质量的第一道环节，预处理的目的就是清洗去掉基体上的油污、铁锈和其它杂质，然而预处理的效果直接影响到钻头的锋利度、耐磨性、是否掉金刚砂、镀液的化学稳定性等。前面预处理中最重要的工序就是对钻头基体的清洗。与其它的一般金属电镀相比，钻头的非电镀表面也较多、外形较复杂。对非电镀表面要进行贴纸装夹具进行表面屏蔽，常规做法就是先用贴纸装夹具，然后还要进行包扎，因此给酸洗带来较大困难，操作过程中往往见到钻头基体表面会吸附好多小汽泡，这会影响金刚石的分布和电镀，钻头的顶尖处和屏蔽边缘处会出现金刚石颗粒电镀集中现象或电镀后掉砂现象。电镀槽的底部在电镀工作完成后会发现一层淡黄色固体，成品金刚石钻头的尖部和屏蔽边线上也会有淡黄色固体。这些情况都可确定为清洗和酸洗不干净。因此对钻头的第一道清洗工序特别重要。

三）电镀液的温度在金刚石钻头电镀中的影响

金刚石钻头的电镀过程中，采用较底的镀液温度，这样方便操作，钻头表面结晶体外观整齐漂亮，但生长周期长。而较高的温度生产时，电流密度增强，生产时间缩短，同时电流密度增高会加强金刚石与基体的结合力减少金刚石掉砂现象，但温度提高也会出现不利的一面，易产生电镀瘤。下面图表是我们的测试情况，横坐标是表示电镀时间，纵坐标是表示镀液温度。曲线情况是产品成品的实际上的使用寿命。综合试验比较下来，电镀液温度在50至55度，电镀时间在10个小时，产品的外观和电镀效果是最好的。

四）电镀液PH值的数据控制

对于电镀金刚石钻头，建议使用较底的PH值，较底的PH值、在恰当的温度点、较高的电镀液浓度，能使开孔钻在电镀时沉积的速率加快，就能提高生产率。同时提高传导性，避免产生针孔现象和电镀层烧焦现象。但如过PH值过底，漏镀现象和针孔现象会非常明显。PH值过高，会使氢氧化合物沉淀，并且沉淀物易被夹在电镀层中引起电镀质量问题。且PH值过高，也易使电镀表面粗糙。PH值过高，还能引起电流偏高出现烧焦电镀层现象。因此，一定要把PH值控制在合理的范围内，以保证金刚石生产的正常电镀。

五）电镀开孔钻的上砂

电镀金刚石开孔钻表面的金刚石分布的均匀和浓度对成品的使用质量和寿命很重要，这些全要靠上砂这道工序来保证。上砂一般有二种上砂法，埋砂法和撒砂法。埋砂法就是把孔钻基体全部或被电镀面埋在金刚石中，这样砂层较厚，只采用电流密度小的方式上砂，这样电镀面的多个面和棱角处可以均匀布砂，但缺点是易造成砂层厚。撒砂法主要是用胶头滴管工具等将金刚石均匀地撒到被电镀面上。优点是砂层较薄较合理，可用较大电流密度，缺点是不能对复杂形状、多型面进次一次性的布砂。现在在电镀金刚石钻头的生产过程中一般采用撒砂法，分别对钻头底部和内外径的电镀面进行撒砂，之前要先对钻头的棱角进行造当倒角，并对其进行金刚石的补砂，避免金刚石分布不均，导致电镀瘤或掉砂的现象产生。

六）外模具在上砂工序中的重要性

模具的主要作用就是严格控制钻头的尺寸，以及保证金刚石不会漏砂，在钻头预电镀后再套上外模具，提升电流密度，这样生产时间缩短，同时能提高钻头基体与金刚石的结合力，以提高成品的使用寿命。

七）新技术在电镀金刚上钻头工艺上的运用。

随着人类社会科学技术的突飞猛进，现在国内外产生了好些新的金刚石电镀工艺探索。复合电镀、超声波条件下电镀、稀土元素加入、纳米金刚石、纳米晶镀层、细化添加剂、等等全部被引入到金刚石电镀工艺中了。

八）务必保证在电镀金刚石生产过程中的环境保护.

务必要对电镀方面进行环境污染整改，要对生产车间进行“铜墙铁壁”式改造，保证没有任何污染物“跑、冒、滴、漏”出来。压缩电镀中用水量，进行污水处理，处理过的污水要达到镍离子0.1的标准，从而将工业污水处理到生活用水，做到“零排放”，达到循环利用的目标。

结尾：

目前，我国金刚石电镀钻头以经过了近二十年的研究、探索、生产和总结。基本上确定了一整套科学的生产工艺和方法，确定了合理的工艺参数：温度、PH值、电流、配方等，本文通过对其中的生产工艺要点，结合自己平时工作中的经验加以再论述，确保能生产出高质量、高寿命的电镀开孔钻。

主要参考文艺献：

（1）：陈学定，韩文政，《表面涂层技术》，北京机械工业出版社，1994。

（2）：王少龙，等。《喷射电沉积技术的研究现状》，电镀与环保出版社，2003

（3）：胡立，等，《电镀金刚石钻头工艺的研究》，电镀与环保出版社，2009

（4）：祝庆华，等《国内电铸人造金刚石钻头试制服评述》，贵州工学院报，2010

（5）：李大佛，等《中国电镀金刚石钻头的研究与应用》，探矿工程，1996