Seiring transformasi manufaktur menuju kelas atas, perkembangan pesat di bidang energi bersih dan industri semikonduktor serta fotovoltaik, permintaan alat berlian meningkat seiring dengan efisiensi tinggi dan kemampuan pemrosesan presisi tinggi. Namun, bubuk berlian buatan sebagai bahan baku terpenting, daerah berlian dan daya rekat matriksnya tidak kuat, sehingga masa pakai alat karbida awal tidak lama. Untuk mengatasi masalah ini, industri umumnya mengadopsi pelapisan permukaan bubuk berlian dengan material logam untuk meningkatkan karakteristik permukaan dan daya tahannya, sehingga meningkatkan kualitas alat secara keseluruhan.
Metode pelapisan permukaan serbuk intan lebih banyak lagi, meliputi pelapisan kimia, pelapisan elektro, pelapisan sputtering magnetron, pelapisan penguapan vakum, reaksi semburan panas, dan lain-lain, meliputi pelapisan kimia dan pelapisan dengan proses matang, pelapisan seragam, dapat secara akurat mengendalikan komposisi dan ketebalan pelapis, keunggulan pelapisan khusus, telah menjadi dua teknologi yang paling umum digunakan dalam industri.
1. pelapisan kimia
Pelapisan kimia serbuk intan dilakukan dengan memasukkan serbuk intan yang telah diolah ke dalam larutan pelapis kimia, dan mengendapkan ion logam ke dalam larutan pelapis melalui aksi agen pereduksi dalam larutan pelapis kimia, sehingga membentuk lapisan logam yang padat. Saat ini, pelapisan kimia intan yang paling banyak digunakan adalah pelapisan nikel kimia-paduan biner fosfor (Ni-P) yang biasa disebut pelapisan nikel kimia.
01 Komposisi larutan pelapisan nikel kimia
Komposisi larutan pelapisan kimia memiliki pengaruh yang menentukan terhadap kelancaran, stabilitas, dan kualitas pelapisan reaksi kimianya. Larutan ini biasanya mengandung garam utama, zat pereduksi, pengompleks, penyangga, penstabil, akselerator, surfaktan, dan komponen lainnya. Proporsi setiap komponen perlu disesuaikan secara cermat untuk mencapai efek pelapisan terbaik.
1, garam utama: biasanya nikel sulfat, nikel klorida, asam nikel amino sulfonat, nikel karbonat, dll., peran utamanya adalah menyediakan sumber nikel.
2. Agen reduktif: terutama menyediakan atom hidrogen, 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 reduktor. Sistem reduksi ini dapat mencapai pelapisan kimia pada suhu rendah dan suhu tinggi.
3, agen kompleks: larutan pelapis dapat mengendapkan presipitasi, meningkatkan stabilitas larutan pelapis, memperpanjang masa pakai larutan pelapisan, meningkatkan kecepatan pengendapan nikel, meningkatkan kualitas lapisan pelapis, umumnya menggunakan asam suksinin, asam sitrat, asam laktat dan asam organik lainnya serta garamnya.
4. Komponen lain: stabilisator dapat menghambat dekomposisi larutan pelapisan, tetapi karena akan mempengaruhi terjadinya reaksi pelapisan kimia, perlu penggunaan sedang; penyangga dapat menghasilkan H + selama reaksi pelapisan nikel kimia untuk memastikan stabilitas pH yang berkelanjutan; surfaktan dapat mengurangi porositas pelapisan.
02 Proses pelapisan nikel kimia
Pelapisan kimia sistem natrium hipofosfat mengharuskan matriks memiliki aktivitas katalitik tertentu, dan permukaan intan itu sendiri tidak memiliki pusat aktivitas katalitik, sehingga perlu dilakukan pra-perlakuan sebelum pelapisan kimia serbuk intan. Metode pra-perlakuan tradisional pelapisan kimia adalah penghilangan minyak, pengasaran, sensitisasi, dan aktivasi.
(1) Penghilangan minyak, pengasaran: Penghilangan minyak terutama bertujuan untuk menghilangkan minyak, noda, dan polutan organik lainnya pada permukaan serbuk intan, untuk memastikan kesesuaian dan kinerja pelapisan selanjutnya yang baik. Pengkasaran dapat membentuk beberapa lubang dan retakan kecil pada permukaan intan, meningkatkan kekasaran permukaan intan, yang tidak hanya mendukung penyerapan ion logam di tempat ini, memfasilitasi pelapisan kimia dan elektroplating selanjutnya, tetapi juga membentuk lapisan-lapisan pada permukaan intan, menyediakan kondisi yang menguntungkan bagi pertumbuhan lapisan deposisi logam pelapisan kimia atau elektroplating.
Umumnya, langkah penghilangan minyak menggunakan NaOH dan larutan alkali lainnya sebagai larutan penghilang minyak, sedangkan untuk langkah pengkasaran, larutan asam nitrat dan asam lainnya digunakan sebagai larutan kimia mentah untuk mengetsa permukaan berlian. Selain itu, kedua komponen ini sebaiknya digunakan dengan mesin pembersih ultrasonik, yang dapat meningkatkan efisiensi penghilangan minyak dan pengkasaran bubuk berlian, menghemat waktu dalam proses penghilangan minyak dan pengkasaran, serta memastikan efektivitas penghilangan minyak dan pengkasaran.
(2) Sensitisasi dan aktivasi: Proses sensitisasi dan aktivasi merupakan langkah paling krusial dalam keseluruhan proses pelapisan kimia, yang berkaitan langsung dengan keberhasilan pelapisan kimia. Sensitisasi bertujuan untuk mengadsorpsi zat-zat yang mudah teroksidasi pada permukaan serbuk intan yang tidak memiliki kemampuan autokatalitik. Aktivasi bertujuan untuk mengadsorpsi oksidasi asam hipofosfat dan ion logam yang aktif secara katalitik (seperti logam paladium) pada reduksi partikel nikel, sehingga mempercepat laju deposisi lapisan pada permukaan serbuk intan.
Secara umum, waktu perawatan sensitisasi dan aktivasi terlalu singkat, pembentukan titik paladium pada permukaan logam intan lebih sedikit, penyerapan lapisan tidak mencukupi, lapisan pelapis mudah terkelupas atau sulit membentuk lapisan lengkap, dan 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 oleh suhu dan nilai pH larutan pelapis. Pelapisan nikel kimia suhu tinggi tradisional umumnya berkisar antara 80 hingga 85℃. Lebih dari 85℃ akan menyebabkan dekomposisi larutan pelapis. Semakin rendah suhu di bawah 85℃, laju reaksi akan semakin cepat. Pada nilai pH, laju deposisi lapisan akan meningkat seiring peningkatan pH, tetapi pH juga akan menyebabkan pembentukan endapan garam nikel yang menghambat laju reaksi kimia. Oleh karena itu, dalam proses pelapisan nikel kimia, dengan mengoptimalkan komposisi dan rasio larutan pelapis kimia, kondisi proses pelapisan kimia, laju deposisi lapisan kimia, kerapatan lapisan, ketahanan korosi lapisan, metode kerapatan lapisan, dan penggunaan bubuk berlian sebagai pelapis dapat memenuhi permintaan perkembangan industri.
Selain itu, pelapisan tunggal mungkin tidak mencapai ketebalan pelapisan ideal, dan mungkin terdapat gelembung, lubang jarum dan cacat lainnya, sehingga pelapisan ganda dapat dilakukan untuk meningkatkan kualitas pelapisan dan meningkatkan penyebaran bubuk berlian berlapis.
2. elektro nikel
Karena adanya fosfor pada lapisan pelapis setelah pelapisan nikel kimia berlian, hal ini menyebabkan konduktivitas listrik yang buruk, yang memengaruhi proses pemuatan pasir pada alat berlian (proses pengikatan partikel berlian pada permukaan matriks). Oleh karena itu, lapisan pelapisan tanpa fosfor dapat digunakan untuk pelapisan nikel. Operasi spesifiknya adalah memasukkan bubuk berlian ke dalam larutan pelapis yang mengandung ion nikel. Partikel berlian bersentuhan dengan elektroda negatif daya menuju katoda. Blok logam nikel yang terendam dalam larutan pelapisan dan terhubung dengan elektroda positif daya menjadi anoda. Melalui aksi elektrolitik, ion nikel bebas dalam larutan pelapis direduksi menjadi atom-atom pada permukaan berlian, dan atom-atom tersebut berkembang menjadi lapisan.
01 Komposisi larutan pelapisan
Layaknya larutan pelapisan kimia, larutan elektroplating terutama menyediakan ion logam yang diperlukan untuk proses elektroplating, dan mengendalikan proses deposisi nikel untuk mendapatkan lapisan logam yang diinginkan. Komponen utamanya meliputi garam utama, zat aktif anoda, zat penyangga, aditif, dan sebagainya.
(1) Garam utama: terutama menggunakan nikel sulfat, nikel amino sulfonat, dll. Umumnya, semakin tinggi konsentrasi garam utama, semakin cepat difusi dalam larutan pelapisan, semakin tinggi efisiensi arus, laju pengendapan logam, tetapi butiran pelapis akan menjadi kasar, dan penurunan konsentrasi garam utama, konduktivitas pelapis yang lebih buruk, dan sulit dikendalikan.
(2) Agen aktif anoda: karena anoda mudah pasif, konduktivitasnya mudah buruk, mempengaruhi keseragaman distribusi arus, sehingga perlu menambahkan nikel klorida, natrium klorida dan agen lain sebagai aktivator anoda untuk meningkatkan aktivasi anoda, meningkatkan kerapatan arus pasivasi anoda.
(3) Agen penyangga: Seperti halnya larutan pelapisan kimia, agen penyangga dapat menjaga stabilitas relatif larutan pelapisan dan pH katoda, sehingga dapat berfluktuasi dalam rentang yang diizinkan selama proses elektroplating. Agen penyangga yang umum digunakan antara lain asam borat, asam asetat, natrium bikarbonat, dan sebagainya.
(4) Aditif lainnya: sesuai dengan kebutuhan pelapisan, tambahkan jumlah yang tepat dari agen cerah, agen perata, agen pembasah dan agen lain-lain dan aditif lainnya untuk meningkatkan kualitas pelapisan.
02 Aliran nikel berlapis berlian
1. Perlakuan pendahuluan sebelum pelapisan: berlian seringkali tidak konduktif, sehingga perlu dilapisi dengan lapisan logam melalui proses pelapisan lainnya. Metode pelapisan kimia seringkali digunakan untuk melapisi lapisan logam terlebih dahulu dan mengentalkannya, sehingga kualitas pelapisan kimia akan memengaruhi kualitas lapisan pelapisan sampai batas tertentu. Secara umum, kandungan fosfor dalam lapisan setelah pelapisan kimia memiliki dampak yang besar terhadap kualitas lapisan, dan lapisan dengan fosfor tinggi memiliki ketahanan korosi yang relatif lebih baik dalam lingkungan asam, permukaan lapisan memiliki lebih banyak tonjolan tumor, kekasaran permukaan yang besar, dan tidak memiliki sifat magnetik; lapisan dengan fosfor sedang memiliki ketahanan korosi dan ketahanan aus; lapisan dengan fosfor rendah memiliki konduktivitas yang relatif lebih baik.
Selain itu, makin kecil ukuran partikel serbuk intan, makin besar pula luas permukaan spesifiknya. Bila dilakukan pelapisan, akan mudah mengapung dalam larutan pelapisan. Akan terjadi kebocoran, pelapisan, dan terbentuklah fenomena lapisan lepas pada lapisan intan. Sebelum pelapisan, kandungan P dan kualitas pelapisan perlu dikontrol, untuk mengontrol konduktivitas dan densitas serbuk intan, agar serbuk mudah mengapung.
2. Pelapisan nikel: Saat ini, pelapisan bubuk intan sering menggunakan metode pelapisan rol. Larutan elektroplating ditambahkan ke dalam botol dengan jumlah tertentu, kemudian bubuk intan buatan dimasukkan ke dalam larutan elektroplating. Putaran botol mendorong bubuk intan di dalam botol untuk menggulung. Elektroda positif terhubung dengan blok nikel, dan elektroda negatif terhubung dengan bubuk intan buatan. Di bawah pengaruh medan listrik, ion nikel yang bebas dalam larutan pelapis membentuk nikel logam pada permukaan bubuk intan buatan. Namun, metode ini memiliki masalah efisiensi pelapisan yang rendah dan lapisan yang tidak merata, sehingga muncullah metode elektroda putar.
Metode elektroda putar adalah memutar katoda dalam pelapisan serbuk intan. Metode ini dapat meningkatkan luas kontak antara elektroda dan partikel intan, meningkatkan konduktivitas seragam antar partikel, memperbaiki fenomena ketidakrataan lapisan, 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 gaya kontrol matriks dan memperpanjang masa pakai perkakas. Untuk meningkatkan laju pemuatan pasir perkakas intan, lapisan nikel dan fosfor biasanya dapat dilapiskan pada permukaan serbuk mikro intan untuk mendapatkan konduktivitas tertentu, kemudian lapisan pelapisan tersebut dikentalkan 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 teknologi pelapisan permukaan dan kualitas bubuk mikro berlian buatan [D]. Institut Teknologi Zhongyuan.
Yang Biao, Yang Jun, dan Yuan Guangsheng. Studi proses pra-perlakuan pelapisan permukaan berlian [J]. Standardisasi ruang angkasa.
Li Jinghua. Penelitian tentang modifikasi permukaan dan aplikasi serbuk mikro berlian buatan 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-Mar-2025
