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浅议电镀金刚石工具胎体材料改进方法

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论文导读：电镀金刚石工具中，镀层对金刚石起支撑和结合作用，被称为胎体或基质金属，它决定着金刚石颗粒能否充分发挥切削作用，一般要求它满足高硬度、高耐磨性和较高的韧性等性能要求，所以人们首先考虑到采用提高胎体材料的性能方法，改进金刚石工具。钴不仅能提高镍金属的强度（镍钴合金的胎体抗压强度为1600MPa），而且能提高胎体金属的抗热性能，在800℃时的Ni-Co二元合金胎体金属强度极限为500MPa，还能提高胎体金属的韧性。

关键词：金刚石工具，胎体，改进方法

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电镀金刚石工具中，镀层对金刚石起支撑和结合作用，被称为胎体或基质金属，它决定着金刚石颗粒能否充分发挥切削作用，一般要求它满足高硬度、高耐磨性和较高的韧性等性能要求，所以人们首先考虑到采用提高胎体材料的性能方法，改进金刚石工具。

1.胎体金属的合金化

虽然单一镀层（如镍）具有较高的强度，特别是韧性，但是一般硬度较低，因而人们多采用合金镀层。

1.1Ni-Co二元合金镀层

钴不仅能提高镍金属的强度（镍钴合金的胎体抗压强度为1600MPa），而且能提高胎体金属的抗热性能，在800℃时的Ni-Co二元合金胎体金属强度极限为500MPa，还能提高胎体金属的韧性。因而Ni-Co二元合金镀层成为广为采用的胎体材料，然而有时Ni-Co二元合金镀层的硬度仍是不足，在加工坚硬且研磨性极强的材料时,胎体消耗很快。而且Ni-Co镀层只有在钴含量达到约30％时，才能保证较高的硬度及耐磨性，大量昂贵的金属钴增加了成本。

1.2Ni-Mn二元合金镀层

金属锰比钴更能提高镍胎体硬度、强度和耐磨性。镍锰胎体硬度比镍钴胎体硬度提高洛氏（HRC）10度左右。合金中锰的含量虽然很少，但对胎体性能影响很大。镍锰胎体金刚石钻头在坚硬强研磨性地层钻进时,平均寿命和时效分别比镍钴胎体钻头提高55%和30%,同时,镍锰胎体钻头不需高转速、大压力,有利于减少材料的消耗,降低钻探成本。但是Ni-Mn二元合金镀层脆性较高，易开裂，使工作层易于碎裂。

1.3Ni-Co-Mn三元合金镀层

Ni-Co-Mn三元合金镀层具有更高的综合机械性能。硬度比Ni-Co高，脆性又比Ni-Mn低，正符合电镀金刚石制品对胎体的要求。采用Ni-Co-Mn三元合金镀层制作的石材工具比采用Ni-Co二元合金镀层制品更加锋利，更加耐用，特别对硬质石材，更能显示出优势。因节约大量昂贵材料钴，Ni-Co-Mn三元合金镀层成本低。Ni-Co-Mn三元合金镀层的机械性能可在大范围内进行调整，满足更广泛场合的需求。但在获得Ni-Co-Mn三元合金镀层时，镀液成分复杂，稳定性不易控制。论文格式。

2.胎体金属的复合化

复合镀层是通过共沉积的方法,将一种或数种不溶性的固体颗粒、纤维均匀地夹杂到金属镀层中所形成的特殊镀层。由于复合镀层内均匀的弥散着大量固体微粒，这些硬质微粒，会对晶粒之间的滑移产生很大的阻碍作用，使金属获得有效的强化。

2.1Ni-Co-细粒金刚石复合镀层

在镀液中加入适量的纳米金刚石粉，获得的Ni-Co-金刚石复合镀层的硬度明显提高，硬度可达601.53HV，摩擦磨损性能显著提高：镍钴合金镀层的摩擦系数为0.35左右,寿命在摩擦半径为14mm时平均为0.022km；含纳米金刚石粉的Ni-Co-diamond复合镀层摩擦系数为0.3左右，镀层寿命在摩擦半径为14mm时为0.15km。用Ni-Co-diamond复合镀层作金刚石钻头胎体，制备的金刚石钻头在坚硬、强研磨性地层中钻进，耐磨性好，钻头进尺快，寿命长，且能防止孔斜。由于超细金刚石粉体极易团聚,使其效能无法充分发挥,所以要采取措施对金刚石粉进行分散。这样必然制约了超细粉体的使用价值和应用前景。

2.2Ni-Co-稀土元素复合镀层

少量的稀土化合物的加入可使镀液和镀层性能得到不同程度的改善,在电沉积过程中,主要是阳离子吸附在金属沉积物表面上,而稀土金属离子在电极上表现出较强的吸附性，稀土金属离子易于吸附在晶体生长的活性点上,即吸附在晶面的生长点上,有效地抑制晶体的生长，所以在镀液中添加稀土元素后,能得到晶粒细小的镀层。用万能外圆磨床M1420E通过对亮镍镀层和加入稀土元素的亮镍镀层金刚石工具磨削陶瓷的磨削试验研究,稀土元素的加入提高了金刚石工具的磨削比。亮镍镀层金刚石工具耐磨性差,胎体消耗快,不能保证金刚石的高出刃,金刚石脱落快；添加稀土的亮镍结合剂工具胎体耐磨性提高,对金刚石包镶较好,金刚石出刃高度大,因此工具的使用效率得到提高。

2.3Ni-Co-纳米碳管复合镀层

碳纳米管(CNTs)具有超高的强度和韧性，作为高级复合材料的增强体，可极大地改善复合材料的强度和韧性。此外，CNTs还有