金剛石復(fù)合電鍍就是使金剛石微粒均勻分布在金屬中形成的鍍層。電鍍金剛石鉸刀的制作工藝有外鍍和內(nèi)鍍兩種工藝。內(nèi)鍍工藝的制作過程是:首先根據(jù)鉸刀工作部分的結(jié)構(gòu)及尺寸,設(shè)計并制造相應(yīng)的胎具(胎具的內(nèi)孔和鉸刀工作部分的外表面形狀、尺寸一致)如圖2;然后在胎具內(nèi)孔的孔壁上進行金剛石的復(fù)合電鍍,使金剛石顆粒沿孔壁排列,均勻分布;把鍍層從孔壁轉(zhuǎn)移到刀體的外表面;最后進行開刃、整體精飾,便形成內(nèi)鍍金剛石鉸刀。和外鍍工藝比較,內(nèi)鍍鉸刀表面顆粒排列的等高性好,刀具精度高。
　　由于要在胎具內(nèi)孔進行金剛石顆粒的復(fù)合電鍍,鍍層能否實現(xiàn)、金剛石顆粒的排列質(zhì)量及使用過程中顆粒固結(jié)的牢固程度、鉸刀的制作周期等都和電鍍工藝有關(guān),所以必須處理好內(nèi)鍍工藝過程中的每個環(huán)節(jié),才能得到合格的鉸刀。
　　電鍍工藝過程是:鍍前處理→鍍錫→上砂→卸砂→初步加厚→進一步加厚。
　　1 電鍍裝置
　　由于電鍍時胎具的內(nèi)孔要填滿金剛砂,所以內(nèi)鍍工藝的難度較大。主要表現(xiàn)為液相傳質(zhì)困難,鍍層不易實現(xiàn),允許電流密度小,電鍍時間長。由于傳統(tǒng)的攪拌方式不能解決前面提到的問題,所以改用半封閉回路式鍍液循環(huán)電鍍裝置進行電鍍。其基本原理(圖3所示)是把胎具內(nèi)孔作為回路的一部分,通過磁力泵把電鍍液送到高位。利用高低差,使鍍液以一定的壓力流經(jīng)胎具內(nèi)孔,并在回路中循環(huán)流動。這樣便可以解決鍍液流動性差、液相傳質(zhì)困難的問題。同時電流密度也可得到提高。
　　2 鍍前處理
　　鍍前處理主要包括金剛石顆粒和胎具內(nèi)孔表面的處理。金剛石在電鍍前如果不經(jīng)過仔細的凈化和親水性處理,容易產(chǎn)生上砂困難或使顆粒與金屬鍍層結(jié)合力下降,造成鉸刀使用過程中金剛石顆粒過早脫落。具體處理方法如下:將NaOH和金剛石以重量為2∶1的比例放入坩堝中,在電爐上加熱至680～700℃煮15min倒出冷卻。然后用蒸餾水沖洗至中性,之后,用15%稀硝酸煮沸約30min,冷卻后用蒸餾水沖洗至中性。然后浸泡在鍍液中待用。
　　對胎具鍍前處理的目的是除去表面污物和表面的不良組織,暴露出基體金屬的正常晶格結(jié)構(gòu),便于在活化狀態(tài)下金屬晶體表面實現(xiàn)電沉積。鍍前處理的方法很多,應(yīng)根據(jù)基體金屬材料的性質(zhì)、表面氧化物和油污的情況和粘污程度、基體的形狀和尺寸及產(chǎn)品的質(zhì)量要求等多種因素,綜合考慮而定。下面介紹的是針對45鋼制作的胎具內(nèi)孔表面鍍前處理的工藝流程:粗荒去油→化學除油→熱水洗→冷水洗→冷水洗→強浸蝕(酸洗)→冷水洗→冷水洗→浸稀堿液→冷水洗→不鍍部位的絕緣處理→電解去油→熱水洗→冷水洗→冷水洗→弱浸蝕。下面對其中一些問題予以說明。
　　(1)化學除油。采用堿性溶液。優(yōu)點是無毒、不燃、配方簡單。溶液的組成和用量見表1。除油時溶液的溫度為70～90℃,除油時間以油除盡為止,除油過程中要翻動工件。

　　(2)強浸蝕。黑色金屬強浸蝕常用硫酸、鹽酸,有時還用硝酸或混酸。考慮硝酸揮發(fā)時會放出大量的有害氣體;硫酸在常溫下對鐵的氧化物浸蝕能力較低;鹽酸在常溫下浸蝕能力較強,而且基體溶解較慢,不易發(fā)生過腐蝕和氫脆現(xiàn)象。為了盡量減少由于鐵的溶解和氫的析出導(dǎo)致的胎具內(nèi)孔尺寸變化,所以浸蝕胎具時選用鹽酸進行。但當鹽酸的濃度達20%以上時,基體比氧化物的溶解速度提高得更快,同時考慮盡量減少鹽酸揮發(fā)損失,所以,采用濃度為15%的鹽酸,在室溫下操作,時間小于5min(隨時觀察)。
　　(3)稀堿液浸泡。其目的是中和基體表面殘存的酸,防止酸對基體產(chǎn)生腐蝕。清洗后要對不鍍部位進行絕緣處理。
　　(4)電解去油。電解除油實際是電解水的過程,以達到進一步除油的效果。
　　(5)弱浸蝕。弱浸蝕的目的是在臨電鍍前除去被鍍表面上極薄的一層氧化膜,暴露出基體的金相組織,以便于被鍍金屬離子直接在上面沉積。弱浸蝕采用3%～5%的硫酸溶液,在室溫進行,浸蝕時間為30～40s。弱浸蝕后可以不經(jīng)清洗,直接電鍍。
　　安排鍍前處理時還應(yīng)注意以下幾個問題:
　　(1)當基體油污和銹蝕嚴重時,必須先進行粗荒去油,然后進行強浸蝕。否則,基體浸蝕不好,還會造成局部過浸蝕;
　　(2)每次除油后要充分洗滌,先熱水洗,后冷水洗;
　　(3)強浸蝕后,不允許用熱水洗,但至少要用冷水漂洗兩遍;
　　(4)弱浸蝕后如果不能馬上電鍍,工件應(yīng)存放在稀碳酸鈉溶液中。臨鍍前,要重新進行弱浸蝕;
　　(5)如果胎具加工出來的時間不長,涂油保護較好。可以不進行強浸蝕,或酌情降低酸的濃度和減少腐蝕的時間。
　　3電鍍過程
　　電鍍過程如下所述
　　第一步:鍍錫。為了實現(xiàn)鍍層脫模,先在胎具內(nèi)孔鍍一層低熔點金屬錫,脫模時加熱,讓錫熔化,便可以使胎具和鍍層分離。在能滿足順利脫模要求前提下該鍍層盡量薄,以保證鉸刀最終的尺寸和形狀精度。酸性光亮鍍錫溶液陰極電流效率高,沉積速度快,整平性能好,故采用之。鍍液的組成見表2,工藝規(guī)范見表3。

　　第二步:上砂。這個階段的主要任務(wù)是使金剛石顆粒均勻、單層、較牢固的以孔壁為基準排列好。由于是在內(nèi)孔進行金剛石顆粒的復(fù)合電鍍,所以采用埋砂法。
　　上砂鍍層用金屬錫,這樣可不用更換鍍液和進行清洗。另外,用錫鍍層上砂對后面的脫模非常有利。該層金屬在開刃階段還要去掉,所以鍍層質(zhì)量對于刀具的使用性能沒有影響。
　　上砂時錫鍍層厚度要很好控制。鍍層太厚,固結(jié)金剛石顆粒太多,易發(fā)生結(jié)團、結(jié)瘤現(xiàn)象,不但造成浪費,而且還使后續(xù)電鍍層表面平整度下降,給鍍層和刀桿粘接時準確確定刀桿粘接部位的尺寸帶來困難。經(jīng)過一系列的試驗得出:上砂厚度為金剛石平均粒徑的12%～15%效果最佳。這樣能保證卸砂后用略硬毛刷從孔中來回刷洗,去掉浮砂后孔壁仍均勻分布有一層砂粒,用手輕撮,砂粒不會脫落。
　　第三步:卸砂。上砂完成后,要把胎具孔中多余的砂子去掉。一是為了節(jié)省金剛砂,同時也是為了利于后面進一步電鍍加厚。之后要更換鍍液,徹底清洗電鍍裝置。
　　第四步:初步加厚。為了讓金剛石顆粒牢固地被鍍層金屬包裹,應(yīng)在前面鍍層的基礎(chǔ)上進行加厚。鍍層的厚度取決于金剛石顆粒的大小,以把金剛石顆粒全部包裹起來為準。鉸刀工作時,該層金屬是刀具的工作層,其物理機械性能及與金剛石顆粒的融合程度對刀具的使用性能有著決定性的影響。和鎳鍍層相比,鎳鈷合金具有良好的硬度和耐磨性,而且硫酸鹽溶液中鍍出的含鈷30%的合金,是硬度最高的鎳鈷合金(41～42HRC),所以用它作為鉸刀的工作層對提高鉸刀的使用性能有利。電鍍鎳鈷合金的組成見表4,工藝規(guī)范見表5。由于金剛石顆粒的影響,該階段的電流密度不宜取得太大,否則鍍層結(jié)晶不規(guī)則,不能很好地連著原來鍍層的晶格做外延生長,內(nèi)應(yīng)力大。經(jīng)過試驗,Ic取1～1 5A/dm2較為理想。鍍液中鈷離子的補充采用連續(xù)滴加鈷鹽溶液的辦法。

　　第五步:進一步加厚。為了保證鍍層和刀桿的連接質(zhì)量,鍍層還應(yīng)進一步加厚約0 8～1mm。這個階段的鍍層對耐磨性、硬度要求降低,而更希望減小應(yīng)力、提高延展性、提高沉積速度。基于以上考慮,該階段采用瓦特型鍍鎳液,加厚鍍液的組成見表6,工藝規(guī)范見表7。由于沒有金剛石顆粒的影響,此時電流密度可以加大到5A/dm2甚至更高些,以減少電鍍時間。由于前一步的加厚鍍液對本工序的電鍍液沒有不良影響,所以更換鍍液后不用清洗系統(tǒng)。當鍍層厚度達到要求后,便可關(guān)閉直流電源,卸下胎具,并進行清洗。至此,整個電鍍工藝過程便告結(jié)束。

　　4 結(jié)語
　　試驗證明,通過上述的設(shè)備和工藝方案,在電鍍過程中仔細操作,隨時觀察,嚴格遵守工藝規(guī)范,完全可以得到質(zhì)量合格、滿足使用要求的金剛石復(fù)合鍍層。