專利名稱：采用表面活化處理技術(shù)制作電鍍立方氮化硼工具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立方氮化硼(CBN)工具的制備方法，特別涉及一種采用表面活化處理技術(shù)制作電鍍立方氮化硼工具的方法。
背景技術(shù)：
電鍍CBN工具是指通過金屬電沉積的方法，將CBN固結(jié)在具有特定形狀的工具基體上而制成的一類CBN工具。電鍍CBN工具廣泛的應(yīng)用于黑色金屬加工領(lǐng)域，該領(lǐng)域要求電鍍CBN工具有較高的加工效率和盡可能長的使用壽命。對于電鍍CBN工具，目前多采用鎳或鎳鈷合金作為鍍層金屬，主要起支撐和結(jié)合劑的作用，切削作用靠CBN磨粒來完成。因此，鍍層金屬和磨粒的結(jié)合力必須良好，避免CBN磨粒的過早脫落，使電鍍CBN工具失去切削能力。
現(xiàn)有的電鍍CBN工具制造技術(shù)，主要包括CBN的預(yù)處理，工具基體的預(yù)處理，鍍層與CBN顆粒的電鍍等工藝。目前，CBN的預(yù)處理只經(jīng)過凈化、粗化處理?，F(xiàn)有的CBN預(yù)處理工藝為磁選—酸溶液煮—水洗至中性—鍍液浸泡由于CBN與一般金屬或合金之間有很高的界面能，致使CBN的表面不能在室溫下被一般金屬浸潤。所以，應(yīng)用現(xiàn)有的CBN預(yù)處理工藝制造的電鍍工具，其CBN磨粒僅被機(jī)械的鑲嵌于鍍層中，它與鍍層金屬之間，既沒有化學(xué)類型結(jié)合，也沒有焊接作用。CBN顆粒在工作中受到切削力作用時(shí)，就容易在鍍層中出現(xiàn)松動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，直至脫落，這就會(huì)大大降低CBN工具的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，占CBN工具大部分的孕鑲工具中，CBN的利用率僅為60％～70％，大量昂貴的CBN在加工過程中脫落，流失于廢屑之中。
盡管目前的CBN鍍覆技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)CBN表面的金屬化，如CBN鍍鈦、CBN鍍鎳等，但鍍覆的CBN多用于燒結(jié)類工具的制造，不能應(yīng)用于電鍍制品中，因?yàn)?，鍍覆的CBN表面金屬化，導(dǎo)電良好，如果進(jìn)行CBN工具的電鍍，在埋砂過程中，鍍覆的CBN與鋼機(jī)體和鍍層共同構(gòu)成陰極，則會(huì)出現(xiàn)眾多CBN顆粒相互粘結(jié)在一起、成塊的現(xiàn)象，無法制備出合格的電鍍CBN工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用了活化處理的CBN磨粒制備電鍍工具，在CBN的預(yù)處理過程中加入活化處理工序，使CBN表面形成分散的鈀質(zhì)點(diǎn)，這樣制作出的電鍍工具可以有效的增強(qiáng)CBN與金屬鍍層之間的結(jié)合力，提高電鍍CBN工具的加工效率和使用壽命。
具體技術(shù)方案如下本發(fā)明采用表面活化處理技術(shù)制作電鍍立方氮化硼工具的方法，包括立方氮化硼的預(yù)處理，工具基體的預(yù)處理和電鍍液的配制及CBN工具的電鍍，其特征是將粗化后的CBN進(jìn)行敏化和活化處理，CBN的敏化處理，是采用組分為SnCl2·2H2O20-40g/L
濃度為1.19g/L HCl 40-60mL/L錫粒0.3-1.0g/L的敏化液，CBN在20-30℃條件下浸泡于敏化液中并攪拌5-10分鐘，用蒸餾水清洗敏化后的CBN顆粒，然后，在20-30℃條件下，再將CBN浸泡于組分為PdCl20.2-0.5g/L濃度為1.19g/L HCl4-10mL/L的活化液中，攪拌0.5-1分鐘，用蒸餾水清洗活化后的CBN顆粒，得到表面沉積有分散鈀質(zhì)點(diǎn)的CBN；最后，將CBN浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
本發(fā)明的CBN的磁選顆粒粒度號(hào)范圍40/45～230/270。
所述的上砂電鍍是把CBN顆粒置于預(yù)鍍過的工具基體表面上或它的周圍，將工具基體的預(yù)鍍部位埋入CBN顆粒中，當(dāng)金屬離子電沉積時(shí)，鍍層開始把持住緊靠工具基體表面的一層CBN顆粒，將CBN初步固結(jié)在底鍍層上，采用上砂電流密度為0.5A/dm2～0.8A/dm2，上砂時(shí)間60min～4h。
本發(fā)明在上砂電鍍后，采用卸砂—加厚鍍過程，對已經(jīng)上好砂的鍍件，在卸砂之后進(jìn)行加厚電鍍，電流密度1.5A/dm2，加厚鍍時(shí)間為3-12h。
下面再具體的對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述制造CBN電鍍工具包括CBN的預(yù)處理，工具基體的預(yù)處理和電鍍液的配制及電鍍工藝的實(shí)施。所述的預(yù)處理過程包括磁選—凈化、粗化—敏化—活化。
所述的工具基體預(yù)處理過程包括工具基體修磨—除油—浸蝕—連接導(dǎo)線—絕緣處理—裝夾具—除油—弱浸蝕。所述的鎳鈷合金電鍍液主要由NiSO4·7H2OCoSO4·7H2ONiCl2·6H2OH3BO4C12H25SO4NaC6H4COSO2NH組成。電鍍工藝為鍍底層—上砂鍍—加厚鍍—清洗，最后，將CBN浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
本試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于，在CBN顆粒預(yù)處理工藝過程中，CBN采用表面活性化處理技術(shù)，提高了CBN顆粒的表面活性化狀態(tài)，在CBN表面形成分散的鈀質(zhì)點(diǎn)如圖1所示，從而形成鍍層與CBN顆粒之間的化學(xué)型結(jié)合，提高電鍍CBN工具中鍍層金屬與CBN顆粒間的結(jié)合力，如圖2所示。采用活化處理的CBN制作電鍍CBN工具時(shí)，當(dāng)電鍍層與鈀質(zhì)點(diǎn)接觸時(shí)，鈀質(zhì)點(diǎn)與鋼基體和鍍層一起構(gòu)成了陰極，在鈀質(zhì)點(diǎn)表面產(chǎn)生鎳或鎳鈷的電沉積，鎳或鎳鈷與鈀經(jīng)電結(jié)晶形成金屬鍵連接。而未與鋼基體和鍍層接觸的鈀質(zhì)點(diǎn)，構(gòu)不成陰極，不參與電結(jié)晶過程，因此，上砂過程中的CBN顆粒不會(huì)相互粘結(jié)，成塊。應(yīng)用采用表面活化處理技術(shù)制造的電鍍CBN工具，可以增加鍍層與CBN的結(jié)合力，與未活化CBN制作的電鍍工具相比，磨削比大大增加，如圖3所示，顯著提高電鍍CBN工具的使用壽命，如圖4所示，可節(jié)省大量昂貴的CBN，而且節(jié)約電力能源等消耗，又顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1活化處理后的CBN表面沉積鈀質(zhì)點(diǎn)的示意圖。圖中1為CBN，2為鈀質(zhì)點(diǎn)。
圖2鈀質(zhì)點(diǎn)的CBN與鍍層的結(jié)合示意圖。圖中1為CBN，2為鈀質(zhì)點(diǎn)，3為鍍層，4為工具基體。
圖3分別采用活化處理的CBN和未經(jīng)活化處理的CBN制造的電鍍CBN磨頭的磨削比的對比圖。
圖4分別采用活化處理的CBN和未經(jīng)活化處理的CBN制造的電鍍CBN磨頭的耐用度的對比圖。
圖5用未活化處理CBN顆粒制備的電鍍CBN工具的電子顯微鏡照片。
圖6用活化處理后的從顆粒制備的電鍍CBN工具的電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(1)CBN的預(yù)處理工藝a)磁選處理用磁鐵除去磁感較大的CBN顆粒，CBN顆粒的粒度號(hào)范圍40/45～230/270。
b)凈化、粗化處理將20gCBN顆粒浸泡于300mL 10％HCl溶液中，在不斷攪拌下煮沸30min，冷卻后用蒸餾水沖洗至中性。
c)敏化處理將6g的SnCl2·2H2O溶于20mL濃度為1.19g/L的鹽酸中，全部融解后加蒸餾水稀釋至500mL，并在敏化液中加入0.5g錫粒，備用。在25℃條件下，將凈化、粗化處理后的CBN浸入100mL敏化液中攪拌2min，然后用蒸餾水清洗敏化后的CBN顆粒。
d)活化處理將0.1g PdCl2溶于1-2mL濃度為1.19g/L的鹽酸中，全部融解后加蒸餾水稀釋至500mL，備用。在25℃條件下，將敏化后的CBN放入100mL活化液中，攪拌1min，用蒸餾水重復(fù)沖洗活化后的CBN顆粒。
e)將活化的CBN顆粒浸泡在與電鍍液配方一致的100mL電鍍?nèi)芤褐小?br> (2)工具基體的預(yù)處理所制作的工具基體材料為35鋼，CBN粒度號(hào)為120/140，其粒徑范圍0.125mm～0.106mm，采用鎳鈷合金電鍍液配方。
工具基體的預(yù)處理工藝流程如下基體修磨—除油(金屬清洗劑，50℃)—清水沖洗—連接導(dǎo)線—局部絕緣處理—裝夾具—清水沖洗—蒸餾水洗—浸蝕(40％HCl，20-30℃)—蒸餾水洗—除油(電化學(xué)除油，堿液70℃，電流密度5A/dm2，1.5min)—蒸餾水洗—弱浸蝕(10％HCl，50℃，0.5min)。
(3)電鍍工藝條件a)鍍液的配方及工藝條件
NiSO4·7H2O250g/LCoSO4·7H2O10g/LNiCl2·6H2O15g/LH3BO435g/LC12H25SO4NaC6H4COSO2NH 0.10g/LPH值 4.4-4.6溫度 42℃b)鍍底層工具基體經(jīng)過表面預(yù)處理的最后一道工序(弱浸蝕)之后，帶電入鍍槽，電流密度為1.0A/dm2，時(shí)間20min，在基體表面上電鍍除一層薄金屬鍍層。
c)埋砂法上砂根據(jù)夾具的形狀與布置，用吸管或小勺把CBN顆粒置于預(yù)鍍過的工具基體表面上或它的周圍，將工具基體的預(yù)鍍部位埋入CBN顆粒中。當(dāng)金屬離子電沉積時(shí)，鍍層開始把持住緊靠工具基體表面的一層CBN顆粒，將CBN初步固結(jié)在底鍍層上。對于粒度120/140的CBN顆粒，采用上砂電流密度為0.8A/dm2，上砂時(shí)間60min。
d)卸砂除去沒有與工具基體固結(jié)的其它CBN顆粒。
e)加厚鍍對已經(jīng)上好砂的鍍件，在卸砂之后進(jìn)行加厚電鍍。對于粒度120/140的CBN顆粒，電流密度1.5A/dm2，加厚時(shí)間為3-4h，使CBN顆粒備鍍層的埋入深度占CBN粒徑的2/3。對于含多層磨料的電鍍CBN工具，可重復(fù)上砂—卸砂—加厚鍍過程。
f)用凈水清洗，100～200℃烘干。
(4)電子掃描顯微鏡觀察電鍍效果與未活化CBN制作的刀具掃描照片圖5相比，中間部分為CBN顆粒，周圍為金屬鍍層，應(yīng)用本方法制作的電鍍工具，在CBN顆粒與鍍層的結(jié)合上明顯得到了加強(qiáng)，如圖6所示，圖中右下部分為CBN顆粒，其余部分為金屬鍍層。
實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，所不同的是是采用組分為SnCl2·2H2O20g/L濃度為1.19g/L HCl 40mL/L錫粒 0.3g/L的敏化液，CBN在20℃條件下浸泡于敏化液中并攪拌5分鐘，用蒸餾水清洗敏化后的CBN顆粒，然后，在20℃條件下，再將CBN浸泡于組分為PdCl20.2g/L濃度為1.19g/L HCl 4-/L的活化液中，攪拌0.5分鐘，用蒸餾水清洗活化后的CBN顆粒，得到表面沉積有分散鈀質(zhì)點(diǎn)的CBN
最后，將CBN浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，所不同的是SnCl2·2H2O40g/L濃度為1.19g/L HCl 60mL/L錫粒 1.0g/L的敏化液，CBN在30℃條件下浸泡于敏化液中并攪拌10分鐘，用蒸餾水清洗敏化后的CBN顆粒，然后，在30℃條件下，再將CBN浸泡于組分為PdCl20.5g/L濃度為1.19g/L HCl 10mL/L的活化液中，攪拌1分鐘，用蒸餾水清洗活化后的CBN顆粒，得到表面沉積有分散鈀質(zhì)點(diǎn)的CBN。
最后，將CBN浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
權(quán)利要求
1.一種采用表面活化處理技術(shù)制作電鍍立方氮化硼工具的方法，包括立方氮化硼(以下用CBN表示)的預(yù)處理，工具基體的預(yù)處理和電鍍液的配制及CBN工具的電鍍，其特征是將粗化后的CBN進(jìn)行敏化和活化處理，CBN的敏化處理，是采用組分為SnCl2·2H2O 20-40g/L濃度為1.19g/L HCl 40-60mL/L錫粒0.3-1.0g/L的敏化液，CBN在20-30℃條件下浸泡于敏化液中并攪拌5-10分鐘，用蒸餾水清洗敏化后的CBN顆粒，然后，在20-30℃條件下，再將CBN浸泡于組分為PdCl20.2-0.5g/L濃度為1.19g/L HCl 4-10mL/L的活化液中，攪拌0.5-1分鐘，用蒸餾水清洗活化后的CBN顆粒，得到表面沉積有分散鈀質(zhì)點(diǎn)的CBN；最后，將CBN浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用表面活化處理技術(shù)制作電鍍立方氮化硼工具的方法，該方法包括立方氮化硼的預(yù)處理，工具基體的預(yù)處理和電鍍液的配制及CBN工具的電鍍，CBN的預(yù)處理采用了敏化和活化處理，最后，將CBN浸泡在電鍍液中，用于上砂電鍍。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在CBN的預(yù)處理工序中提高了CBN顆粒的表面活性化狀態(tài)，在CBN表面形成分散的鈀質(zhì)點(diǎn)，增強(qiáng)CBN與鍍層之間的結(jié)合力，提高電鍍CBN工具的加工效率和使用壽命，可節(jié)省大量昂貴的CBN。
文檔編號(hào)C25D5/54GK1786289SQ20051001603
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者陳思夫, 于愛兵, 王鳳岐, 張連洪, 孔祥中 申請人:天津大學(xué)