隨著金剛石鍍覆技術逐漸成熟，其產品在復合材料中的地位也日益重要。金剛石表面鍍覆可以改善金剛石與某些金屬的不浸潤現象，明顯地增加金剛石在復合鍍層中的結合性能。而且可以使金剛石具有導體特性，這在電鍍復合材料中將起到重要作用。比如在光伏行業所使用的新型電鍍金剛石線鋸的制作過程中，需要將金剛石快速的包覆進鍍層，從而縮短生產周期，降低生產成本。本實驗根據電鍍金剛石線鋸的上砂過程，對鍍鎳和未鍍鎳金剛石的上砂機理進行了分析，提出了兩類金剛石上砂的理論模型。

       鍍鎳和未鍍鎳兩類金剛石的上砂影響因素

       關于復合電鍍，通常關注兩個方面，一是加入鍍液中的微粒，另外就是鍍液。微粒可以分為導體和絕緣休，而鍍液作為液體，鍍液的流動情況將影響到微粒在其中的分布。因此，流液的運動將是一個重要的影響因素，這在未鍍覆金剛石研究中已經得到了充分的證明。所以，對其上砂機理的分析將包括以下幾個因素：

       （1）微粒的導電性；

      （2）微粒的重力；

       （3）微粒在電沉積過程中結晶受到的壓力，這種壓力可達到106 Pa。它們有將局外物體擠出的能力，只有微粒在電極上的附著力遠大于結晶壓力，才能使微粒穩定地停留在陰極表面；

       （4）液流所產生的沖刷力（可以是阻力也可以是推動力）；

       （5）微粒在液體中所受到的浮力；

       （6）除以上所說的幾種受力之外的其它力，比如靜電力、分子間力、結構力、憎水作用力、滲透力，化學吸附力等，也包括微粒在液體中由于界面雙電層所受到的電場力與磁場力（即形成的弱吸附或者強吸附力）。為了研究簡單，將這些力統稱在一起，形成一個合力，稱為吸附合力；

       （7）電鍍金屬的沉積速度。

      鍍鎳和未鍍鎳兩類金剛石復合電沉積過程理論分析模型與實例

      圖1是鍍鎳和未鍍鎳金剛石在復合電鍍過程中的受力分析。這兩個模型的唯一不同點就是圖1a中的微粒為絕緣體，圖1b中的微粒通過表面鍍覆成為導體。假設兩模型中顆粒的大小相等，液流情況相同，可以認為兩模型中的力F2、F3、F5大小均相等，僅需要分析F1、F4的受力情況即可。

       通常認為，微粒是在液流沖刷力以及重力、浮力、吸附力等相關作用力的合力情況下輸送到電極表面，初始時靠這些合力形成弱吸附，它是微粒能夠穩定停留在電極表面形成強吸附的前提條件，在兩模型中都存在這一初始步驟。

      在圖1a模型中，由于微粒不導電，微粒受到的結晶壓力F1方向將如圖所示，這種力具有使金剛石被擠出的能力，其大小為106  Pa乘以顆粒與鍍層接觸的面積，因此微粒越小這個力就越小，所以對于小微粒（一般小于10μm）來說，其他幾個力所形成的吸附合力比較容易達到此量級，并與之抗衡。但對于較大（40μm以上）的微粒，要克服自身的重力已經相當困難，如果再考慮結晶壓力的作用就更加難以被吸附。同時，由于液流沖刷所形成的力方向不確定，一旦其與結晶壓力方向一致，就更易脫離界面。

       在圖1b模型中：

       （1）由于采用鍍覆金剛石，使微粒表面特性被改變，給整個復合電鍍過程帶來非常大的影響。本模型認為這種特性改變會使力F4的方向不變，但其大小要遠遠大于圖1a模型中的力。

       （2）微粒在電沉積過程中受到的結晶壓力與圖1a模型的方向相反。因為電沉積會發生在整個微粒的表面上，在之后的沉積過程中，這種結晶壓力F1會始終將微粒牢牢地壓向鍍層里，使其不會有圖1a模型中往外擠的趨勢。

       （3）夾角處的沉積速度將比圖1a模型夾角處沉積速度快，因為微粒表面和電極表面同時進行沉積。而且它們之間將形成金屬鍵，鍵合十分牢固，所以只需要夾角處金屬形成新的鍵合力，能夠克服其他如F1、F2、F3、F5的合力，即被認為嵌人鍍層。此過程一般只需要極短的時間就可實現。

      圖2是與圖1a模型對應的在復合電鍍過程中出現的實例。其中圖2a處在復合電鍍的初始階段，沉積時問較短，雖然在基體表面有很多金剛石到達，但都在停留了很短時間后脫離基體，只形成了一些不明顯的淺凹痕。圖2b處在沉積了較長時間后，只有少量的金剛石被嵌入鍍層，而留下了非常多的鑲嵌凹坑。這主要是由于金剛石微粒受到了起阻礙上砂的力F1、F2、F3共同作用所致。另外由于在圖1a模型中，微粒為絕緣體，微粒與基質金屬都是獨立的相，它們只是簡單的機械混合，吸附力F4較弱，而且如果復合兩相界面之間的浸潤性不好，那么微粒就更加易于脫落。圖2c是在考慮到重力的作用，故而將基體水平放置得到了較多的金剛石微粒。重力豎直作用于水平基體面上，增加了微粒對于結晶壓力的抵抗能力，但仍然有少部分微粒被結晶壓力F1擠出，最后留下較深的凹坑。通過幾種情況，說明在圖1a模型中，F1和F3的作用力影響較大。這兩種力會對金剛石在基體上附著造成較大的阻礙作用。

      圖3就是與圖1b模型對應的采用100μm的鍍鎳金剛石進行的特例實驗。可以看出鍍覆金剛石顆粒能夠被輕易地固定在鋼絲表面，而且由放大圖可以看出，夾角處已經被鎳金屬層填滿。

       注：本文節錄自論文《鍍鎳和未鍍鎳金剛石在制作電鍍金剛石線鋸中的上砂機理和電化學分析》，作者：張曉杰，張迎九