隨著制造業向高端轉型、清潔能源領域的迅速發展以及半導體和光伏行業發展，具備高效能和高精度加工能力的金剛石工具需求日益增長，但人造金剛石微粉作為金剛石工具最重要的原料，存在與基體把持力不強、易提前碳化而造成的工具壽命不長等問題。為解決這些問題，業界普遍采用在金剛石微粉表面鍍覆金屬材料(liao)的(de)技術手(shou)段，來(lai)改善(shan)其表面特性(xing)(xing)，增強耐用性(xing)(xing)，從而(er)提升整體工具的(de)質量(liang)。

       目前金剛石微(wei)粉表面鍍(du)(du)(du)(du)覆方法較多，包括化(hua)(hua)學鍍(du)(du)(du)(du)、電鍍(du)(du)(du)(du)、磁控濺(jian)射鍍(du)(du)(du)(du)、真(zhen)空(kong)微(wei)蒸發鍍(du)(du)(du)(du)、熱爆(bao)反應等(deng)，其中(zhong)化(hua)(hua)學鍍(du)(du)(du)(du)和電鍍(du)(du)(du)(du)憑(ping)借工藝(yi)成熟、鍍(du)(du)(du)(du)層均勻(yun)、可精確控制(zhi)鍍(du)(du)(du)(du)層的成分和厚度、可定制(zhi)化(hua)(hua)鍍(du)(du)(du)(du)層的優勢，成為了產業(ye)界最常用(yong)的兩種技術手段。

       一、化學鍍

       金(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)(du)是將處理過的(de)金(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)放入(ru)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)(du)液中(zhong)，通過化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)(du)液中(zhong)還原(yuan)(yuan)劑作用(yong)將鍍(du)(du)液中(zhong)金(jin)屬(shu)離子催化(hua)(hua)(hua)還原(yuan)(yuan)沉積在金(jin)剛石表(biao)面(mian)，形成致密的(de)金(jin)屬(shu)鍍(du)(du)層。目前金(jin)剛石化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)(du)使用(yong)最為廣泛的(de)是化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)(du)鎳(nie)(nie)-磷(lin)（Ni-P）二元合金(jin)通常稱(cheng)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)(du)鎳(nie)(nie)。

       01化學鍍鎳鍍液成分

       化(hua)學鍍液的組成對其(qi)化(hua)學反應的順利(li)進行(xing)、穩(wen)定性及鍍層質量(liang)有(you)著決定性的影(ying)響(xiang)，通常其(qi)包含(han)主鹽、還原劑(ji)、絡合劑(ji)、緩(huan)沖劑(ji)、穩(wen)定劑(ji)、加(jia)速劑(ji)、表面活性劑(ji)等多種(zhong)(zhong)成分(fen)，每種(zhong)(zhong)成分(fen)的比例需(xu)精心調(diao)整，以(yi)達到最佳的鍍層效果。

       1、主鹽：通常為(wei)硫酸鎳(nie)(nie)、氯化(hua)鎳(nie)(nie)、氨基磺酸鎳(nie)(nie)、碳酸鎳(nie)(nie)等(deng)，其(qi)主要作(zuo)用是(shi)提(ti)供鎳(nie)(nie)源。

       2、還(huan)(huan)原劑：主要提供原子氫，將鍍(du)液(ye)中Ni2+還(huan)(huan)原成Ni并沉積在(zai)金(jin)剛石顆粒表面，是(shi)鍍(du)液(ye)中最(zui)主要成分，工業上主要采(cai)用還(huan)(huan)原能力強、成本低(di)(di)、鍍(du)液(ye)穩定性好的次(ci)磷酸鈉作為還(huan)(huan)原劑，該還(huan)(huan)原體(ti)系在(zai)低(di)(di)溫(wen)和高溫(wen)下(xia)都能實現化(hua)學鍍(du)。

       3、絡(luo)合劑：可以鍍液析出沉淀，增(zeng)強鍍液穩(wen)定性，延長鍍液使用壽命，提高鎳的(de)沉積速度，改善鍍層品質(zhi)，一般采用有(you)丁(ding)二酸(suan)(suan)、檸檬酸(suan)(suan)、乳酸(suan)(suan)等有(you)機酸(suan)(suan)及其鹽類。

       4、其他(ta)成分(fen)：穩(wen)定劑(ji)可(ke)以抑(yi)制鍍液分(fen)解，但由于會影響化學鍍反應(ying)的(de)發生(sheng)(sheng)，需要適量使用；緩沖(chong)劑(ji)在化學鍍鎳反應(ying)過程中可(ke)以產生(sheng)(sheng)H+，確保pH值的(de)持續穩(wen)定；表面活性劑(ji)能(neng)夠降(jiang)低鍍層(ceng)孔隙率。

       02化學鍍鎳過程

       次磷(lin)酸鈉體系化(hua)(hua)學鍍要(yao)求基體必須具(ju)備一(yi)定(ding)的催(cui)化(hua)(hua)活(huo)性，而(er)金(jin)剛石表面本身不(bu)具(ju)有催(cui)化(hua)(hua)活(huo)性中心，因此(ci)，在(zai)對金(jin)剛石微粉(fen)化(hua)(hua)學鍍前需要(yao)對其(qi)進行預處理。化(hua)(hua)學鍍傳統的預處理方式依(yi)次為除油、粗化(hua)(hua)、敏化(hua)(hua)、活(huo)化(hua)(hua)。

       （1）除(chu)油、粗(cu)(cu)化：除(chu)油主要是為了(le)清除(chu)金(jin)(jin)剛石(shi)微(wei)粉表(biao)(biao)面的(de)(de)油脂、污漬(zi)和(he)其他有(you)機(ji)污染物，保(bao)證后(hou)續(xu)鍍(du)層(ceng)的(de)(de)緊密貼合與良好(hao)性能。而粗(cu)(cu)化可以讓金(jin)(jin)剛石(shi)表(biao)(biao)面形成一些(xie)微(wei)小凹坑和(he)裂隙，增加金(jin)(jin)剛石(shi)的(de)(de)表(biao)(biao)面粗(cu)(cu)糙(cao)度，既有(you)利(li)于金(jin)(jin)屬離子在該(gai)處的(de)(de)吸附，便于后(hou)續(xu)化學鍍(du)及(ji)電(dian)鍍(du)的(de)(de)進行，也可在金(jin)(jin)剛石(shi)表(biao)(biao)面形成臺階，為化學鍍(du)或電(dian)鍍(du)金(jin)(jin)屬沉積層(ceng)的(de)(de)生長提供了(le)有(you)利(li)條(tiao)件。

       通常，除油(you)步驟(zou)通常采取NaOH等堿(jian)性溶液(ye)作(zuo)為(wei)除油(you)液(ye)，粗化(hua)(hua)(hua)則(ze)采用(yong)硝酸等酸性溶液(ye)作(zuo)為(wei)粗化(hua)(hua)(hua)液(ye)對金(jin)剛石表面進行蝕(shi)刻。另外，這兩個(ge)環(huan)節(jie)都宜配合超聲波清洗機使用(yong)，有利于提高金(jin)剛石微(wei)粉(fen)的(de)除油(you)及粗化(hua)(hua)(hua)的(de)效率，節(jie)省在除油(you)及粗化(hua)(hua)(hua)過程的(de)時間，并保障除油(you)及粗話的(de)效果，

       （2）敏(min)化(hua)、活(huo)化(hua)：敏(min)化(hua)和活(huo)化(hua)工藝(yi)是(shi)整(zheng)個化(hua)學(xue)鍍(du)(du)過程中(zhong)最為(wei)(wei)關鍵的一步，它直接(jie)關系到化(hua)學(xue)鍍(du)(du)能否進行。其(qi)中(zhong)敏(min)化(hua)是(shi)為(wei)(wei)了在(zai)本(ben)身并(bing)不具備(bei)自催化(hua)能力(li)的金剛(gang)石(shi)微粉表面(mian)吸附(fu)易氧(yang)化(hua)的物質(zhi)。而活(huo)化(hua)是(shi)為(wei)(wei)了在(zai)金剛(gang)石(shi)微粉顆粒表面(mian)吸附(fu)對次磷酸的氧(yang)化(hua)和鎳粒子(zi)的還原具有催化(hua)活(huo)性的金屬離(li)子(zi)（如金屬鈀），以加速(su)鍍(du)(du)層(ceng)在(zai)金剛(gang)石(shi)微粉表面(mian)沉積(ji)速(su)率。

       一般來說(shuo)，敏化(hua)(hua)和活化(hua)(hua)處理(li)時間過短，金剛石表面金屬鈀(ba)質(zhi)點(dian)(dian)形(xing)成(cheng)的(de)(de)比較少(shao)，對鍍層的(de)(de)吸附力不足，形(xing)成(cheng)的(de)(de)鍍層容易脫落(luo)或難以(yi)形(xing)成(cheng)完整的(de)(de)鍍覆(fu)層，而處理(li)時間過長(chang)，則會造成(cheng)鈀(ba)質(zhi)點(dian)(dian)浪費，因(yin)此，敏化(hua)(hua)和活化(hua)(hua)處理(li)最佳時間為20～30min。

       （3）化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)鎳(nie)：化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)鎳(nie)過(guo)程除(chu)了受(shou)(shou)到鍍(du)(du)(du)液(ye)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)影響，也受(shou)(shou)到鍍(du)(du)(du)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)(du)和PH值的(de)(de)影響。傳(chuan)統的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)鎳(nie)，一般溫(wen)(wen)度(du)(du)會(hui)在(zai)80～85℃，超過(guo)85℃容易造成(cheng)鍍(du)(du)(du)液(ye)分(fen)(fen)解，而在(zai)低于85℃時溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)高(gao)，反應速(su)(su)率越(yue)快(kuai)。而在(zai)PH值上，隨(sui)著pH值升高(gao)鍍(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)沉(chen)(chen)積速(su)(su)率會(hui)升高(gao)，但(dan)pH值升高(gao)同(tong)樣會(hui)造成(cheng)鎳(nie)鹽沉(chen)(chen)淀物生成(cheng)抑制化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)反應速(su)(su)率，因此(ci)在(zai)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)鎳(nie)過(guo)程中需(xu)(xu)要通(tong)過(guo)優化(hua)(hua)(hua)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)鍍(du)(du)(du)液(ye)成(cheng)分(fen)(fen)及配(pei)比、化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)工藝條件，掌控提(ti)升化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)鍍(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)沉(chen)(chen)積速(su)(su)率、鍍(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)密(mi)度(du)(du)、鍍(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)耐腐蝕性、鍍(du)(du)(du)層(ceng)(ceng)致密(mi)度(du)(du)的(de)(de)方法，從(cong)而鍍(du)(du)(du)覆出滿(man)足(zu)工業發展需(xu)(xu)求的(de)(de)金剛(gang)石(shi)微粉。

       此(ci)外，單次鍍(du)覆可能(neng)無法達到理想的鍍(du)層厚度，且可能(neng)會出現氣泡、針孔等缺陷，因(yin)此(ci)可采取(qu)多次鍍(du)覆來(lai)提升鍍(du)層質量和增加鍍(du)覆金剛(gang)石微粉的分散(san)性(xing)。

       二、電鍍鎳

       由于(yu)金剛(gang)石(shi)(shi)化(hua)學(xue)鍍(du)鎳后，鍍(du)層(ceng)中存在磷(lin)，導致導電性能較(jiao)差，影響金剛(gang)石(shi)(shi)工(gong)具的(de)(de)上(shang)砂工(gong)藝（將金剛(gang)石(shi)(shi)顆粒固定于(yu)基體(ti)(ti)表面的(de)(de)過程(cheng)），因(yin)此可采用電鍍(du)鎳的(de)(de)方式鍍(du)上(shang)一層(ceng)不含(han)(han)磷(lin)的(de)(de)鍍(du)層(ceng)。具體(ti)(ti)操作是將金剛(gang)石(shi)(shi)微粉放入含(han)(han)有鎳離(li)子(zi)的(de)(de)鍍(du)液(ye)中，金剛(gang)石(shi)(shi)顆粒與電源(yuan)(yuan)負極(ji)接觸成(cheng)為陰極(ji)，鎳金屬塊體(ti)(ti)浸入鍍(du)液(ye)中且(qie)與電源(yuan)(yuan)正(zheng)極(ji)相連成(cheng)為陽極(ji)，通過電解作用，使鍍(du)液(ye)中游離(li)的(de)(de)鎳離(li)子(zi)在金剛(gang)石(shi)(shi)表面被還(huan)原(yuan)成(cheng)原(yuan)子(zi)，原(yuan)子(zi)生長為鍍(du)層(ceng)。

       01電鍍液(ye)成分

 ;      與化(hua)學鍍液一樣，電鍍液主要為電鍍過(guo)程提(ti)供必要的金屬離(li)子，控(kong)制鎳沉積(ji)過(guo)程以獲得所需的金屬涂層，其(qi)主要成(cheng)分(fen)包括主鹽、陽極活性劑、緩(huan)沖劑、添加劑等。

       （1）主(zhu)鹽：主(zhu)要(yao)采用硫酸(suan)鎳(nie)、氨基磺酸(suan)鎳(nie)等(deng)。通常，主(zhu)鹽濃度(du)越高(gao)，在鍍(du)液(ye)中(zhong)擴散越快，電(dian)流效率越高(gao)，金屬沉(chen)積速(su)率加(jia)快，但鍍(du)層(ceng)晶粒會變得(de)粗大(da)，鍍(du)層(ceng)分散能力(li)下(xia)降(jiang)；而主(zhu)鹽濃度(du)過低，鍍(du)液(ye)的導電(dian)性(xing)會越差，鍍(du)液(ye)溫度(du)升高(gao)快，不易控制。

       （2）陽(yang)極(ji)活性(xing)劑：由于(yu)陽(yang)極(ji)易鈍化，容易導電(dian)不良(liang)，影響電(dian)流分布的(de)均勻性(xing)，因(yin)此需要加入(ru)氯(lv)(lv)化鎳(nie)、氯(lv)(lv)化鈉等作(zuo)為陽(yang)極(ji)活化劑促(cu)進陽(yang)極(ji)活化，提高陽(yang)極(ji)開始(shi)鈍化的(de)電(dian)流密(mi)度。

       （3）緩沖(chong)劑(ji)：與化(hua)學鍍液(ye)一樣，緩沖(chong)劑(ji)能維持鍍液(ye)和陰(yin)極pH相對穩定，使(shi)其(qi)在(zai)電(dian)鍍工(gong)藝允許的范圍內波動。常(chang)見的緩沖(chong)劑(ji)有(you)硼酸、醋酸、碳酸氫鈉等。

       （4）其他添加劑：電鍍液中還可(ke)根據鍍層(ceng)的需(xu)求(qiu)，加入(ru)適量光(guang)亮劑、整平(ping)劑、濕潤劑和除雜(za)劑等添加劑改善鍍層(ceng)品質。

       02金(jin)剛石(shi)電鍍鎳流程

       1、電鍍(du)(du)前預(yu)處理(li)：金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)往(wang)往(wang)不導電，需要通(tong)過其他(ta)鍍(du)(du)覆(fu)工(gong)藝(yi)在(zai)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)上鍍(du)(du)覆(fu)一(yi)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬后進行電鍍(du)(du)，常使用(yong)化學(xue)鍍(du)(du)方法預(yu)鍍(du)(du)一(yi)層(ceng)(ceng)金(jin)(jin)屬再電鍍(du)(du)加厚，因此化學(xue)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)的品質在(zai)一(yi)定程度會影響電鍍(du)(du)鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)的品質。一(yi)般來說，化學(xue)鍍(du)(du)后鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)中(zhong)磷含(han)量對鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)品質影響較大，高磷鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)在(zai)酸性環境(jing)下耐蝕(shi)性相對更好，鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)表面(mian)瘤狀凸起較多，表面(mian)粗糙度大，沒有磁性；中(zhong)磷鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)既(ji)耐腐(fu)蝕(shi)又耐磨；低磷鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)則(ze)導電性相對更好。

       除此之外，粒度越(yue)小(xiao)的金剛石微粉(fen)(fen)其比(bi)表(biao)面積越(yue)大，在(zai)進行鍍(du)(du)覆(fu)時，在(zai)鍍(du)(du)液中易漂(piao)浮，會產(chan)生(sheng)漏鍍(du)(du)、退(tui)鍍(du)(du)、鍍(du)(du)層疏松等現象，在(zai)電鍍(du)(du)前，需要通過(guo)化(hua)學鍍(du)(du)控(kong)制鎳磷層中P含量(liang)和鍍(du)(du)層質量(liang)，來(lai)控(kong)制金剛石微粉(fen)(fen)的導電性(xing)和密(mi)度來(lai)改善微粉(fen)(fen)易漂(piao)浮的問(wen)題。

       2、電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)鎳(nie)：目(mu)前金(jin)(jin)(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)(fen)電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)常采用(yong)滾鍍(du)(du)(du)(du)法(fa)，即(ji)在(zai)鍍(du)(du)(du)(du)瓶中加入適量的(de)電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)液，將(jiang)一(yi)定量的(de)人造金(jin)(jin)(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)(fen)加入電(dian)(dian)(dian)鍍(du)(du)(du)(du)液中，通過(guo)鍍(du)(du)(du)(du)瓶的(de)轉動(dong)，帶動(dong)鍍(du)(du)(du)(du)瓶中金(jin)(jin)(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)(fen)滾動(dong)。同時，將(jiang)正電(dian)(dian)(dian)極(ji)與鎳(nie)塊相(xiang)連(lian)，負(fu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)與人造金(jin)(jin)(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)(fen)相(xiang)連(lian)，在(zai)電(dian)(dian)(dian)場的(de)作用(yong)下，游離在(zai)鍍(du)(du)(du)(du)液中的(de)鎳(nie)離子(zi)在(zai)人造金(jin)(jin)(jin)剛石微(wei)(wei)粉(fen)(fen)表面形成金(jin)(jin)(jin)屬鎳(nie)。不過(guo)該種方(fang)法(fa)存(cun)在(zai)鍍(du)(du)(du)(du)覆效率低(di)、鍍(du)(du)(du)(du)層(ceng)不均(jun)勻(yun)的(de)問(wen)題(ti)，因(yin)此旋轉電(dian)(dian)(dian)極(ji)法(fa)應運(yun)而(er)生。

       旋轉電(dian)極法是(shi)在金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)微粉電(dian)鍍(du)時使陰極旋轉，這種方式可以增(zeng)加電(dian)極與金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)顆粒(li)(li)的接觸面積，增(zeng)加顆粒(li)(li)間的均勻(yun)導通率，改(gai)善鍍(du)層(ceng)不均勻(yun)現象(xiang)，提高金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi) 鍍(du)鎳的生產效率。

       小結

       作為金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具的(de)(de)(de)主要原料，金剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉的(de)(de)(de)表(biao)面改性(xing)(xing)是增強(qiang)(qiang)與基體把持力，提(ti)升工(gong)具使用(yong)壽命的(de)(de)(de)重要手段。為提(ti)高金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具的(de)(de)(de)上(shang)(shang)砂速(su)率(lv)，通(tong)(tong)常可采用(yong)化(hua)學(xue)鍍(du)的(de)(de)(de)方式在(zai)金剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉表(biao)面鍍(du)上(shang)(shang)一(yi)層鎳(nie)磷(lin)層使其具備(bei)一(yi)定導電性(xing)(xing)，再通(tong)(tong)過電鍍(du)鎳(nie)的(de)(de)(de)方式加厚鍍(du)層，并增強(qiang)(qiang)導電性(xing)(xing)。不過需要注意(yi)的(de)(de)(de)是，有金剛(gang)(gang)石(shi)表(biao)面本身不具有催(cui)化(hua)活性(xing)(xing)中心(xin)，因(yin)此，在(zai)對(dui)(dui)金剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉化(hua)學(xue)鍍(du)前還(huan)需要對(dui)(dui)其進行(xing)預(yu)處理(li)。

       參考文(wen)獻：

       劉(liu)韓(han).人(ren)造金(jin)剛石微粉表(biao)面鍍覆工(gong)藝及品質(zhi)研(yan)究(jiu)[D].中(zhong)原(yuan)工(gong)學院.

       楊(yang)彪,楊(yang)軍,袁光生.金(jin)剛石表面鍍覆前處理工藝研究[J].航天標準(zhun)化.

       李靖華.線鋸用(yong)人(ren)造(zao)金剛石微粉(fen)表面改性(xing)及(ji)應用(yong)研究[D].中(zhong)原工學(xue)院.

       方莉俐,鄭蓮,吳艷飛,等.人造金剛石表面化學(xue)鍍鎳(nie)工藝[J].人工晶體學(xue)報.