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【簡介】
提出了一種能很好地適應(yīng)電鍍金剛石工具要求的新型鍍層即鎳鈷錳三元合金鍍層，給出了新鍍層的鍍液配方，對比測量了鎳鈷錳鍍層與目前廣為采用的鎳鈷和鎳錳鍍層的硬度與韌性。結(jié)果表明，鎳鈷錳三元合金鍍層具有比鎳鈷或鎳錳鍍層更高的綜合機械性能和低得多的鈷含量，更適合于制造電鍍金剛石工具，是一種有發(fā)展前途的更新?lián)Q代鍍層。
[關(guān)鍵詞] 鎳鈷錳鍍層;金剛石工具;硬度;延伸率
[中圖分類號] TQ153.2
[文獻標識碼] A
[文章編號] 1001—1560(2002)12—0031—02
1 前言
金剛石具有極高的硬度，被用來制作工具時非常適宜于加工硬而脆的難加工材料。電鍍法制備金剛石工具是通過金屬的電沉積，將松散的金剛石顆粒固結(jié)在電鍍層中，使金剛石顆粒具有切削能力。采用電鍍法制備金剛石工具具有很多優(yōu)點：可以得到各種復雜形狀、精度很高的工具;制造溫度低，避免了對金剛石的熱損失;工藝簡便，設(shè)備投資少，制造周期短，成型方便以及可以修復等等。目前，電鍍金剛石制品已有各種砂輪、磨頭、什錦銼、掏料刀、修正滾輪、地質(zhì)鉆頭、擴孔器、內(nèi)外圓切割片、絞刀、線鋸等專用工具，在機械、電子、建筑、鉆探、光學玻璃加工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用|。
電鍍金剛石工具中，鍍層對金剛石起支撐和結(jié)合作用，被稱為胎體或基質(zhì)金屬，它決定著金剛石顆粒能否充分發(fā)揮切削作用，因此必須滿足特殊的性能要求。首先，要有高的硬度和耐磨性作保證，否則胎體會因磨損過度而失去對金剛石的把持。其次，還應(yīng)有較高的韌性，適應(yīng)使用時的較大壓力和不時發(fā)生的沖擊作用。
最初用作電鍍金剛石工具胎體的為純鎳鍍層，它韌性較好，但硬度及耐磨性低，使用中易發(fā)生變形和蠕動。目前被廣為采用的是Ni—co合金鍍層，其硬度、耐磨性、耐腐蝕性及耐高溫性都有明顯提高，可滿足許多場合的求。不足的是硬度及耐磨性仍然有限，而且，鍍層只有在含鈷量達到30% 時，才能保證較高的硬度及耐磨性，大量昂貴的金屬鈷，無疑增加了成本。有時也使用Ni—Mn合金鍍層[ ]，錳比鈷價格低得多，而且更能提高鍍層硬度、強度及耐磨性，很低含量的錳，可對胎體的性能有很大影響。但這類鍍層脆性較高，易開裂。
研究發(fā)現(xiàn)，采用鎳鈷錳三元合金取代現(xiàn)有的鎳鈷和鎳錳合金鍍層，可達到取長補短的效果l6 J。本研究對比測量了鎳鈷錳鍍層與目前廣為采用的鎳鈷和鎳錳鍍層的硬度與韌性，給出了三元合金鍍層的電鍍液配方。
2 實驗
鍍層的耐磨性和塑性指標分別通過鍍層的硬度和延伸率來表征。通過電鑄方法制備25.0 mmX 200.0 mmX 0.1mm的合金鍍片，剪切成10 mm1×190 mm，用于測量硬度和延伸率。鍍層顯微硬度的測量采用國產(chǎn)71型顯微硬度計，載荷1.5 N，時間15 s，在鍍層不同部位測4點取平均值。鍍層延伸率的測定采用拉力機通過拉伸試驗來確定。
所有電鑄實驗用試劑均為分析純，鍍槽為采用聚氯乙烯塑料自行焊制的1 L小鍍槽，電熱水浴保溫于40℃ ，鎳板作為陽極，陰極電流密度固定為3 A/dim2，鍍液pH值調(diào)整為5.0，每制作一個樣品均要更換新鍍液。采用化學分析測定鍍層中金屬離子的含量L8 。所有鍍液的組成均可分為兩部分，第一部分為成分相同的基礎(chǔ)溶液，第二部分則各自不同。基礎(chǔ)鍍液配方為：NiSO4·7H20250 g/L，H3B03 35 g/L，NiC12’6H20 40 g/L，糖精1.0 g/L，十二烷基硫酸鈉0.05 g/L。鎳鈷鍍層電鍍液組成為基礎(chǔ)鍍液添加COS04’7H20 0—20 g/L，1，4-丁炔二醇0.7 g/L，MnS04·H20 02 g/L：鎳鈷錳鍍液為基礎(chǔ)鍍液添加CoSO4’7H20 8 g/L，1，4-T炔二醇0.7 eVE，~ SO4·H20 1 eVE，韌化劑0—50 eVE。
3 結(jié)果與討論
3.1 鎳鈷合金鍍層性能與鍍層中含鈷量的關(guān)系
鎳鈷合金鍍層顯微硬度與鍍層中含鈷量的關(guān)系見圖1： 由圖1可見，鎳鈷鍍層的硬度隨鍍層中鈷含量的升高而明顯升高。鈷含量超過40% 時，鍍層硬度趨于穩(wěn)定。繼續(xù)增加鈷含量鍍層硬度不再明顯變化 實際生產(chǎn)中，為了得到足夠硬度的鍍層，鈷含量均控制在30%左右。如果鍍層中鈷含量超過30% ，硬度提高幅度不大，而耗鈷量過多，且鍍層脆性升高容易發(fā)生龜裂。鈷含量也不能過低，否則提高硬度和耐磨性的作用不明顯。經(jīng)測量鈷含量30%左右時，鍍層硬度和延伸率可保持在5 000—5 500N/nm 和2.5% 3.0%左右，具有較高的硬度和韌性配合，可滿足許多場合下的使用，這也是鎳鈷鍍層被廣為使用的原因。
