Seiring dengan transformasi manufaktur ke tingkat yang lebih tinggi, perkembangan pesat di bidang energi bersih serta industri semikonduktor dan fotovoltaik, dengan kemampuan pemrosesan yang efisien dan presisi tinggi, semakin meningkat permintaan akan alat berlian. Namun, bubuk berlian buatan sebagai bahan baku terpenting, daya rekat berlian dan matriksnya tidak kuat, sehingga masa pakai alat karbida cepat aus dan tidak lama. Untuk mengatasi masalah ini, industri umumnya menggunakan pelapisan permukaan bubuk berlian dengan bahan logam, untuk meningkatkan karakteristik permukaannya, meningkatkan daya tahan, sehingga meningkatkan kualitas alat secara keseluruhan.
Metode pelapisan permukaan serbuk berlian lebih beragam, termasuk pelapisan kimia, pelapisan listrik, pelapisan sputtering magnetron, pelapisan penguapan vakum, reaksi ledakan panas, dll., termasuk pelapisan kimia dan pelapisan dengan proses yang matang, pelapisan seragam, dapat mengontrol komposisi dan ketebalan lapisan secara akurat, keunggulan pelapisan yang disesuaikan, telah menjadi dua teknologi yang paling umum digunakan di industri.
1. pelapisan kimia
Pelapisan kimia bubuk intan adalah proses memasukkan bubuk intan yang telah diolah ke dalam larutan pelapis kimia, dan mengendapkan ion logam dalam larutan pelapis melalui aksi zat pereduksi dalam larutan pelapis kimia, membentuk lapisan logam yang padat. Saat ini, pelapisan kimia intan yang paling banyak digunakan adalah pelapisan kimia nikel-fosfor (Ni-P) yang biasanya disebut pelapisan nikel kimia.
01 Komposisi larutan pelapisan nikel kimia
Komposisi larutan pelapis kimia memiliki pengaruh yang menentukan terhadap kelancaran, stabilitas, dan kualitas pelapisan reaksi kimianya. Biasanya, larutan tersebut mengandung garam utama, zat pereduksi, pengkompleks, penyangga, penstabil, akselerator, surfaktan, dan komponen lainnya. Proporsi setiap komponen perlu disesuaikan dengan cermat untuk mencapai efek pelapisan terbaik.
1. Garam utama: biasanya nikel sulfat, nikel klorida, asam aminosulfonat nikel, nikel karbonat, dll., peran utamanya adalah menyediakan sumber nikel.
2. Agen pereduksi: terutama menyediakan hidrogen atomik, mereduksi Ni2+ dalam larutan pelapisan menjadi Ni dan mendepositkannya pada permukaan partikel intan, yang merupakan komponen terpenting dalam larutan pelapisan. Dalam industri, natrium fosfat sekunder dengan kemampuan reduksi yang kuat, biaya rendah, dan stabilitas pelapisan yang baik terutama digunakan sebagai agen pereduksi. Sistem reduksi dapat mencapai pelapisan kimia pada suhu rendah dan suhu tinggi.
3. Agen kompleks: larutan pelapis dapat mengendapkan endapan, meningkatkan stabilitas larutan pelapis, memperpanjang masa pakai larutan pelapis, meningkatkan kecepatan pengendapan nikel, meningkatkan kualitas lapisan pelapis, umumnya menggunakan asam suksinat, asam sitrat, asam laktat dan asam organik lainnya serta garamnya.
4. Komponen lain: stabilisator dapat menghambat dekomposisi larutan pelapis, tetapi karena akan memengaruhi terjadinya reaksi pelapisan kimia, penggunaannya perlu dibatasi; buffer dapat menghasilkan H+ selama reaksi pelapisan nikel kimia untuk memastikan stabilitas pH yang berkelanjutan; surfaktan dapat mengurangi porositas lapisan.
02 Proses pelapisan nikel secara kimia
Pelapisan kimia sistem natrium hipofosfat membutuhkan matriks yang memiliki aktivitas katalitik tertentu, dan permukaan intan itu sendiri tidak memiliki pusat aktivitas katalitik, sehingga perlu dilakukan pra-perlakuan sebelum pelapisan kimia bubuk intan. Metode pra-perlakuan tradisional untuk pelapisan kimia adalah penghilangan minyak, pengkasaran, sensitisasi, dan aktivasi.
(1) Penghilangan minyak, pengkasaran: penghilangan minyak terutama bertujuan untuk menghilangkan minyak, noda, dan polutan organik lainnya pada permukaan serbuk intan, untuk memastikan kesesuaian yang rapat dan kinerja yang baik dari pelapisan selanjutnya. Pengkasaran dapat membentuk beberapa lubang dan retakan kecil pada permukaan intan, meningkatkan kekasaran permukaan intan, yang tidak hanya bermanfaat untuk adsorpsi ion logam di tempat ini, memfasilitasi pelapisan kimia dan elektroplating selanjutnya, tetapi juga membentuk langkah-langkah pada permukaan intan, memberikan kondisi yang menguntungkan untuk pertumbuhan lapisan pengendapan logam pelapisan kimia atau elektroplating.
Biasanya, tahap penghilangan minyak menggunakan NaOH dan larutan alkali lainnya sebagai larutan penghilang minyak, dan untuk tahap pengkasaran, asam nitrat dan larutan asam lainnya digunakan sebagai larutan kimia mentah untuk mengikis permukaan berlian. Selain itu, kedua tahapan ini harus digunakan dengan mesin pembersih ultrasonik, yang bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi penghilangan minyak dan pengkasaran bubuk berlian, menghemat waktu dalam proses penghilangan minyak dan pengkasaran, dan memastikan efek penghilangan minyak dan pengkasaran.
(2) Sensitisasi dan aktivasi: Proses sensitisasi dan aktivasi merupakan langkah paling penting dalam keseluruhan proses pelapisan kimia, yang secara langsung berkaitan dengan apakah pelapisan kimia dapat dilakukan. Sensitisasi adalah proses adsorpsi zat-zat yang mudah teroksidasi pada permukaan serbuk intan yang tidak memiliki kemampuan autokatalitik. Aktivasi adalah proses adsorpsi oksidasi asam hipofosforat dan ion logam aktif katalitik (seperti logam paladium) pada reduksi partikel nikel, sehingga mempercepat laju pengendapan lapisan pada permukaan serbuk intan.
Secara umum, jika waktu perawatan sensitisasi dan aktivasi terlalu singkat, pembentukan titik logam paladium pada permukaan berlian akan kurang, adsorpsi lapisan tidak mencukupi, lapisan pelapis mudah terlepas atau sulit membentuk lapisan yang lengkap, dan jika waktu perawatan terlalu lama, akan menyebabkan pemborosan titik paladium. Oleh karena itu, waktu terbaik untuk perawatan sensitisasi dan aktivasi adalah 20-30 menit.
(3) Pelapisan nikel kimia: Proses pelapisan nikel kimia tidak hanya dipengaruhi oleh komposisi larutan pelapis, tetapi juga dipengaruhi oleh suhu larutan pelapis dan nilai pH. Pelapisan nikel kimia suhu tinggi tradisional, suhu umumnya berada di kisaran 80~85℃, di atas 85℃ mudah menyebabkan dekomposisi larutan pelapis, dan pada suhu di bawah 85℃, laju reaksi lebih cepat. Pada nilai pH, seiring peningkatan pH, laju pengendapan lapisan akan meningkat, tetapi pH juga akan menyebabkan pembentukan endapan garam nikel yang menghambat laju reaksi kimia, sehingga dalam proses pelapisan nikel kimia dengan mengoptimalkan komposisi dan rasio larutan pelapis kimia, kondisi proses pelapisan kimia, mengontrol laju pengendapan lapisan kimia, kepadatan lapisan, ketahanan korosi lapisan, metode kepadatan lapisan, bubuk berlian lapisan untuk memenuhi tuntutan pengembangan industri.
Selain itu, pelapisan tunggal mungkin tidak mencapai ketebalan pelapisan yang ideal, dan mungkin terdapat gelembung, lubang kecil, dan cacat lainnya, sehingga pelapisan ganda dapat dilakukan untuk meningkatkan kualitas pelapisan dan meningkatkan dispersi bubuk berlian yang dilapisi.
2. pelapisan nikel secara elektrokimia
Karena adanya fosfor dalam lapisan pelapis setelah pelapisan nikel kimia dengan intan, hal ini menyebabkan konduktivitas listrik yang buruk, yang memengaruhi proses pemuatan pasir pada alat intan (proses penempelan partikel intan pada permukaan matriks), sehingga lapisan pelapis tanpa fosfor dapat digunakan dalam proses pelapisan nikel. Operasi spesifiknya adalah dengan memasukkan bubuk intan ke dalam larutan pelapis yang mengandung ion nikel, partikel intan bersentuhan dengan elektroda negatif daya sebagai katoda, blok logam nikel direndam dalam larutan pelapis dan dihubungkan dengan elektroda positif daya untuk menjadi anoda, melalui aksi elektrolitik, ion nikel bebas dalam larutan pelapis direduksi menjadi atom pada permukaan intan, dan atom-atom tersebut tumbuh menjadi lapisan pelapis.
01 Komposisi larutan pelapis
Seperti halnya larutan pelapisan kimia, larutan pelapisan listrik terutama menyediakan ion logam yang diperlukan untuk proses pelapisan listrik, dan mengontrol proses pengendapan nikel untuk mendapatkan lapisan logam yang dibutuhkan. Komponen utamanya meliputi garam utama, zat aktif anoda, zat penyangga, aditif, dan sebagainya.
(1) Garam utama: terutama menggunakan nikel sulfat, nikel aminosulfonat, dll. Umumnya, semakin tinggi konsentrasi garam utama, semakin cepat difusi dalam larutan pelapisan, semakin tinggi efisiensi arus, laju pengendapan logam, tetapi butiran lapisan akan menjadi kasar, dan penurunan konsentrasi garam utama, konduktivitas lapisan semakin buruk, dan sulit dikendalikan.
(2) Agen aktif anoda: karena anoda mudah mengalami pasivasi, mudah mengalami konduktivitas yang buruk, mempengaruhi keseragaman distribusi arus, maka perlu ditambahkan nikel klorida, natrium klorida dan agen lainnya sebagai aktivator anoda untuk meningkatkan aktivasi anoda, meningkatkan kerapatan arus pasivasi anoda.
(3) Agen penyangga: seperti larutan pelapis kimia, agen penyangga dapat menjaga stabilitas relatif larutan pelapis dan pH katoda, sehingga dapat berfluktuasi dalam kisaran yang diizinkan dalam proses elektroplating. Agen penyangga umum meliputi asam borat, asam asetat, natrium bikarbonat, dan sebagainya.
(4) Aditif lainnya: sesuai dengan persyaratan pelapis, tambahkan sejumlah zat pengkilap, zat perata, zat pembasah, dan zat tambahan lainnya untuk meningkatkan kualitas pelapis.
02 Aliran nikel berlapis berlian
1. Pra-perlakuan sebelum pelapisan: intan seringkali tidak konduktif, dan perlu dilapisi dengan lapisan logam melalui proses pelapisan lainnya. Metode pelapisan kimia sering digunakan untuk melapisi terlebih dahulu lapisan logam dan menebalnya, sehingga kualitas lapisan kimia akan memengaruhi kualitas lapisan pelapisan sampai batas tertentu. Secara umum, kandungan fosfor dalam lapisan setelah pelapisan kimia sangat berpengaruh pada kualitas lapisan, dan lapisan fosfor tinggi memiliki ketahanan korosi yang relatif lebih baik dalam lingkungan asam, permukaan lapisan memiliki lebih banyak tonjolan, kekasaran permukaan yang besar dan tidak memiliki sifat magnetik; lapisan fosfor sedang memiliki ketahanan korosi dan ketahanan aus; lapisan fosfor rendah memiliki konduktivitas yang relatif lebih baik.
Selain itu, semakin kecil ukuran partikel serbuk intan, semakin besar luas permukaan spesifiknya. Saat pelapisan, serbuk intan mudah mengapung dalam larutan pelapisan, sehingga akan menyebabkan kebocoran, pelapisan, dan lapisan yang terkelupas. Sebelum pelapisan, perlu mengontrol kandungan P dan kualitas pelapisan, serta mengontrol konduktivitas dan kepadatan serbuk intan untuk meningkatkan ketahanan serbuk yang mudah mengapung.
2. Pelapisan nikel: Saat ini, pelapisan bubuk intan sering menggunakan metode pelapisan bergulir, yaitu, sejumlah larutan pelapisan listrik ditambahkan ke dalam botol, sejumlah bubuk intan buatan dimasukkan ke dalam larutan pelapisan listrik, melalui putaran botol, mendorong bubuk intan di dalam botol untuk bergulir. Pada saat yang sama, elektroda positif dihubungkan dengan blok nikel, dan elektroda negatif dihubungkan dengan bubuk intan buatan. Di bawah pengaruh medan listrik, ion nikel bebas dalam larutan pelapisan membentuk logam nikel pada permukaan bubuk intan buatan. Namun, metode ini memiliki masalah efisiensi pelapisan yang rendah dan pelapisan yang tidak merata, sehingga metode elektroda berputar muncul.
Metode elektroda berputar adalah dengan memutar katoda dalam pelapisan bubuk intan. Cara ini dapat meningkatkan area kontak antara elektroda dan partikel intan, meningkatkan konduktivitas seragam antar partikel, memperbaiki fenomena pelapisan yang tidak merata, dan meningkatkan efisiensi produksi pelapisan nikel intan.
ringkasan singkat
Sebagai bahan baku utama perkakas intan, modifikasi permukaan serbuk mikro intan merupakan cara penting untuk meningkatkan kekuatan kontrol matriks dan memperpanjang umur pakai perkakas. Untuk meningkatkan laju pemuatan pasir pada perkakas intan, lapisan nikel dan fosfor biasanya dapat dilapisi pada permukaan serbuk mikro intan untuk mendapatkan konduktivitas tertentu, kemudian lapisan pelapis tersebut dipertebal dengan pelapisan nikel, dan konduktivitasnya ditingkatkan. Namun, perlu dicatat bahwa permukaan intan itu sendiri tidak memiliki pusat aktif katalitik, sehingga perlu dilakukan pra-perlakuan sebelum pelapisan kimia.
Dokumentasi referensi:
Liu Han. Studi tentang teknologi pelapisan permukaan dan kualitas bubuk mikro berlian buatan [D]. Institut Teknologi Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun, dan Yuan Guangsheng. Studi tentang proses praperlakuan pelapisan permukaan berlian [J]. Standardisasi ruang angkasa.
Li Jinghua. Penelitian tentang modifikasi permukaan dan aplikasi bubuk mikro berlian buatan yang digunakan untuk gergaji kawat [D]. Institut Teknologi Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei, dkk. Proses pelapisan nikel kimia pada permukaan berlian buatan [J]. Jurnal IOL.
Artikel ini dicetak ulang di jaringan material superkeras.
Waktu posting: 13 Maret 2025
