金刚石颗粒化学镀Ni-P合金及其性能研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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