《电镀金刚石砂轮制造论文37939.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电镀金刚石砂轮制造论文37939.docx（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本科毕业设计（论文） 电镀金刚石砂轮制造 摘要电镀金刚石砂轮具有工艺简单、投资少、制造方便、无需修整、工作速度高等优点，在现代材料加工领域的应用越来越广泛。本文意在研究电镀金刚石砂轮的制造工艺，优化工艺过程，制造出优质的电镀金刚石砂轮。通过扫描电子显微镜（SEM）等分析手段观察电镀金刚石砂轮的的微观结构，比较不同工艺条件下所制造的电镀金刚石差异。关键词：电镀金刚石，工艺，微观结构AbstractElectroplating diamond grinding wheel has a lot advantanges such as simple process, less investment,
2、easy fabrication, no nap, the high working speed. In the modern material processing fields,this grinding wheel was used more and more widely. This article is to study manufacturing technology of the diamond grinding wheel optimize the process, to produce high quality electroplating diamond grinding
3、wheel.Analysising and observing the microstructure method of observation electroplating diamond wheels through the scanning electron microscope (SEM).We can compare the differences of electroplating diamond made under different process conditions .Keywords: electroplated diamond, process, the micro
4、structure目录1绪论31.1引言31.2 金刚石工具的发展31.2.1金刚石工具在国外发展31.2.2金刚石工具在国内发展31.3金刚石工具分类31.3.1烧结金刚石工具31.3.2电镀金刚石工具31.3.3钎焊金刚石工具31.4电镀金刚石砂轮31.4.1金刚石的特点31.4.2金刚石砂轮的结构31.4.3金刚石砂轮的优点31.4.4电镀金刚石砂轮的概念31.4.5电镀金刚石砂轮的原理31.4.6电镀金刚石砂轮的优点31.4.7电镀金刚石砂轮的应用范围31.4.8电镀金刚石砂轮的研究重点32实验方法32.1.电镀32.1.1电镀的概念32.1.2电镀的原理32.1.3电镀的工艺要素32
5、.1.4电镀的质量检测32.2金刚石的选用32.2.1 金刚石的选择标准32.2.2金刚石的除杂方法32.2.3电镀金刚石的测试方法33实验过程33.1实验设备33.1.1电镀设备33.1.2检测设备33.2实验方案33.2.1金刚石的选择与表面处理33.2.2基体的选择与镀前处理33.2.3镀液的成分33.2.4镍阳极的选择与排布33.2.5电镀工艺规范33.2.6施镀33.2.7实验结果33.2.8微观分析34结论与展望3参考文献3致谢错误！未定义书签。1绪论1.1引言超硬材料是指以金刚石为代表的，具有很高硬度的物质的总称。金刚石是自然界目前已知硬度最高的物质，已经获得了广泛应用。立方氮化
6、硼是另一种应用较多的硬度仅次于金刚石的材料。超硬材料的范畴没有一个严格的限定，人们习惯于把金刚石和硬度接近金刚石的材料称为超硬材料。由于超硬材料的硬度很高，因而在制作切削、磨削加工工具和耐磨材料等方面具有特殊的应用价值。超硬材料工具是人类生产工具中的一种先进的加工工具，影响着人类的进步。特别对于现代制造业的发展，超硬材料工具以其超凡的磨削性能创造出非常高的生产效率。作为加工工具，一般都有一定的形状要求，并且必须具有足够高的强度。人工合成的金刚石与立方氮化硼大多为细小的颗粒，难以直接使用，必须借助于称之为结合剂的材料或用特殊方法将其固定在工具的有效工作部位，即通过材料复合技术将其制备成具有一定强
7、度和形状的，可供手工或机械使用的工具1。随着科学技术的发展，新型材料不断出现，机械加工范围不断扩大，对加工质量要求也不断提高。机械加工向高质量、高精度、高效率、低成本、自动化方向不断发展，超硬材料工具的应用范围越来越广，用量不断增长。目前金刚石工具广泛用于硬质合金、金属陶瓷、铸铁、陶瓷、电子和晶体材料、玻璃、宝石、石材、铁氧体、混凝土、耐火材料、纤维增强塑料等许多材料的切割和磨削加工中，并且无论是在应用领域还是用量方面都还在不断增加中2-3。1.2 金刚石工具的发展1.2.1金刚石工具在国外发展二十世纪三十年代，德国人取得了用电镀镍制造金刚石牙医钻头的专利，这是金刚石电镀制品实际应用的开端。4
8、0年代末，美国人进一步开发了用电镀镍制造金刚石制品的技术。50年代，美国利用人造金刚石微粉和人造CBN微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。之后，南非戴比尔（DeBeers）公司、前苏联和日本也相继研制成功。70年代初，又推出了金刚石或CBN和硬质合金的复合片，它们是在硬质合金基体上烧结或压制一层0.5mm-1mm的PCD或PCBN而成，从而解决了超硬刀具材料抗弯强度低、镶焊困难等问题，使超硬刀具的应用进入实用阶段。现在，又出现了人工合成大单晶金刚石，以及用CVD（化学气相沉积）法制出的金刚石薄膜涂层和金刚石厚膜等功能性材料。因此，大大拓宽了超硬刀具材料的应
9、用领域。1.2.2金刚石工具在国内发展我国超硬刀具材料的研究与应用开始于70年代，并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂。从1970-1990年整整20年中，超硬材料年产量仅从46万克拉增至3500万克拉。90年代前后不少超硬材料生产专业厂从国外引进了成套的超硬材料合成设备及技术，产量得到迅速发展，至1997年我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右，CBN年产量达800万克拉，跃居世界上超硬材料生产大国之首。近10 年来我国人造金刚石产量情况4-5，如表1.1表1.1 我国人造金刚石近10年的年产量（亿克拉）年份19971998199920002001200
10、2200320042005产量5.06.09.012.016.020.025.332.939.01.3金刚石工具分类金刚石工具按照结合剂种类可以分为：金属基、陶瓷基、树脂基三种，其中金属结合剂金刚石工具由于强度高、磨削效率高、使用寿命长等显著特点在生产中得到广泛应用。金属结合剂金刚石工具按制造方法主要有烧结法和电镀法，但由于金刚石与结合剂之间大多属于机械镶嵌，金刚石结合强度低，出刃低而导致工具的加工效率和寿命较低。近年来，钎焊法制备金刚石工具得到了国内外的广泛关注，钎焊工具由于金刚石和钎料之间能够形成化学冶金结合而具有较高的结合强度和出刃高度，进而提高了工具的加工性能和自锐性。因而特别适用于难
11、加工材料的高速高效加工。1.3.1烧结金刚石工具烧结金刚石工具6-7（如图1.1）已广泛应用于硬脆难加工材料的加工领域中，然而大多数的研究集中于地质勘探、水电工程及建筑工程等领域，加工对象多为岩石及石材等。烧结金属结合剂金刚石工具有其缺点：（1）结合剂与金刚石界面未形成完全的化学键合，使其在加工磨损过程中不能保持对磨料的较强把持力；（2）金刚石的出刃率低，加工效率低，大部分金刚石磨料工具实际上只发挥了它很低的工作效能（小于30%），超过70%的昂贵金刚石脱落后很难再回收利用；（3）烧结温度高（800以上），由于金刚石热稳定性差，烧结时间过长对金刚石造成热损伤，降低了金刚石本身的强度。方啸虎等的
12、研究表明，在孕镶烧结金刚石工具中，金刚石无序排列，出刃自锐问题难于解决，金刚石与粉料也很难实现冶金结合。这种工艺不能充分有效的发挥金刚石的锯切性能。图1.1 烧结金刚石工具1.3.2电镀金刚石工具单层电镀金刚石工具8（如图1.2）是通过电镀金属的电沉淀作用，把金刚石固结在金属镀层中。电镀工具制备简单，出刃好，切削能力强，无需修整。但金刚石颗粒与电镀层之间仅是简单的机械镶嵌作用，结合剂与金刚石结合强度不高。为了增加镀层金属对金刚石的把持力，必须增加镀层厚度，减小磨粒的裸露高度，但这又导致容屑空间减小，工具易发生堵塞。另外，电镀液对人体和环境都有危害。早在九十年代初期，国外就开始大力研究可商业化应
13、用的以高温钎焊替代电镀工艺的新型单层高温钎焊金刚石工具，国内的南京航空航天大学、南京理工大学、华侨大学等先后成功实现了单层金刚石工具的钎焊。图1.2 电镀金刚石工具1.3.3钎焊金刚石工具钎焊金刚石工具（如图1.3）的原理是采用含有碳化物形成元素（如Ti、Cr、W等）的钎料合金，在钎焊过程中于金刚石表面发生化学反应，在界面形成一层碳化物。借助于这层碳化物的作用，金刚石、钎料、基体三者之间能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合，钎焊金刚石具有较高的结合强度，仅需要将结合层厚度维持在金刚石高度的30%左右就能在大负荷高速高效加工中牢固的把持住金刚石。因此，理论上钎焊工具的金刚石裸露高度可达磨粒高度的70
14、%左右，从而创造了切割锋利、排屑好的优越条件；此外，金刚石在工具表面可以实现规则均布，充分发挥金刚石的作用，节省金刚石用量，降低成本；在保证寿命的条件下，切削效率成倍提高。图1.3钎焊金刚石工具1.4电镀金刚石砂轮1.4.1金刚石的特点金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000HV，是刀具材料中最硬的材料。同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好。能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材（尤其是实心木和胶合板等复合材料）。金刚石的缺点是韧性差，热稳定性低。700-800时容易碳化，故不适于加工钢铁材料。因为在高温下铁
