中國粉體網(wǎng)訊 在現(xiàn)代加工工業(yè)里，金剛石制品應(yīng)用廣泛，可高精尖市場對加工精度和效率要求愈發(fā)嚴(yán)苛，現(xiàn)有制品漸顯不足。關(guān)鍵在于金剛石與金屬、陶瓷基體間界面能過高，致使結(jié)合力差。在金剛石工具中，金剛石晶體因共價(jià)鍵緣故，與結(jié)合劑化學(xué)親合力低、界面不浸潤，僅機(jī)械鑲嵌，磨削時(shí)易脫落，影響工具壽命與效率。而且粉末冶金法制備金剛石工具的高溫會(huì)使金剛石氧化、石墨化，性能大打折扣。于是，提升金剛石與結(jié)合劑粘結(jié)強(qiáng)度及高溫穩(wěn)定性成行業(yè)焦點(diǎn)，金剛石表面鍍覆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
金剛石表面鍍覆技術(shù)的意義
在超硬工具制造領(lǐng)域，表面鍍覆金剛石優(yōu)勢顯著。它能修補(bǔ)金剛石缺陷，提升靜壓強(qiáng)度；還能改善粘結(jié)狀況，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，減少脫落，降低金剛石用量，簡化結(jié)合劑配方，削減有色金屬用量，增強(qiáng)產(chǎn)品穩(wěn)定性與競爭力。早在上世紀(jì)80年代，歐美超80%的金剛石經(jīng)鍍覆，工具壽命能提高30% - 40%，金剛石濃度可降20%左右。我國雖起步于70年代且成果斐然，但仍有鍍層結(jié)合弱、高溫焊接難等問題，近年新技術(shù)涌現(xiàn)，鍍覆質(zhì)量提升，產(chǎn)品逐漸走向市場并被廣大客戶認(rèn)可。
金剛石表面鍍覆的方法
（一）化學(xué)鍍法
化學(xué)鍍鎳已應(yīng)用六十余載，廣泛用于多個(gè)行業(yè)�；瘜W(xué)鍍是利用還原劑在溶液中自發(fā)還原金屬離子，使其沉積于金剛石表面。如經(jīng)典的化學(xué)鍍鎳-磷工藝，以次磷酸鈉為還原劑，在特定溫度、pH值環(huán)境下，它將鎳離子還原，同時(shí)自身部分氧化生成磷，形成鎳-磷合金鍍層，磷含量可按需調(diào)配（3%-15%不等）改變鍍層性能�；瘜W(xué)鍍優(yōu)勢突出，無需外加電源，能均勻包裹復(fù)雜形狀金剛石，哪怕細(xì)微孔隙、凹槽皆能覆蓋，鍍層致密性好�；瘜W(xué)鍍鎳層具有裝飾性、耐磨性、厚度均勻性、磁性、耐蝕性、可焊性、光學(xué)性等特性，已在航空航天、機(jī)械、石油化工、電子、軍事等方面獲得廣泛的應(yīng)用。不過，化學(xué)鍍液穩(wěn)定性差，壽命短，使用幾次后因副反應(yīng)積累易失效；鍍覆速度緩慢，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)耗時(shí)久，成本隨之攀升；還原劑等化學(xué)藥劑易污染環(huán)境，后續(xù)處理繁瑣。
（二）電鍍法
電鍍堪稱金剛石鍍覆的“主力軍”。其原理基于電解池反應(yīng)，將金剛石顆粒作為陰極置于含金屬離子（如鎳、鈷、銅等常見金屬）鍍液中，金屬陽極在通電時(shí)不斷溶解補(bǔ)充離子，在電場驅(qū)動(dòng)下，鍍液中金屬離子移向金剛石陰極，得電子后還原成金屬原子并沉積。以鍍鎳為例，鍍液常含硫酸鎳提供鎳源，加入硼酸維持pH穩(wěn)定，添加劑調(diào)控鍍層微觀結(jié)構(gòu)。電鍍設(shè)備相對簡易、成本親民，能精準(zhǔn)調(diào)控鍍層厚度，從幾微米到數(shù)十微米靈活調(diào)整。但電鍍存在局限，初期需復(fù)雜預(yù)處理確保金剛石表面潤濕性與導(dǎo)電性；鍍層均勻性欠佳，尖銳邊角處易出現(xiàn)鍍層堆積，影響金剛石顆粒分散性，進(jìn)而削弱復(fù)合鍍層整體性能。
（三）鹽浴鍍技術(shù)
金剛石表面鹽浴鍍是一種在高溫條件下發(fā)生的化學(xué)鍍覆過程。它主要基于高溫鹽浴中的化學(xué)反應(yīng)，使金屬原子與金剛石表面的碳原子相互作用，形成金屬碳化物鍍層。在鹽浴鍍過程中，鹽浴通常是由氯化物等鹽類組成的介質(zhì)。當(dāng)加入鈦、鉻等金屬粉末后，在高溫（850℃-1100℃）環(huán)境下，鹽浴中的金屬原子或離子被激活。這些被激活的金屬原子或離子具有很高的化學(xué)活性，它們會(huì)向金剛石表面擴(kuò)散。以鍍鈦為例，在高溫鹽浴中，鈦原子與金剛石表面的碳原子發(fā)生反應(yīng)，生成碳化鈦（TiC）。這個(gè)反應(yīng)是在金剛石表面的原子層級上進(jìn)行的，金屬原子與碳原子之間形成了牢固的化學(xué)鍵，從而使鍍層緊密地附著在金剛石表面。金剛石表面鹽浴鍍優(yōu)點(diǎn)是鍍層緊密、成本低，缺點(diǎn)是溫度高、分離難。
（四）真空氣相沉積法
真空氣相沉積法用于金剛石表面鍍是在真空環(huán)境下進(jìn)行的一種鍍膜技術(shù)。它主要是先使鍍材以蒸發(fā)或者濺射的方式形成氣態(tài)原子或分子，這些氣態(tài)物質(zhì)隨后在真空環(huán)境中傳輸?shù)浇饎偸砻�，接著在其表面發(fā)生物理或化學(xué)變化，從而沉積形成一層薄膜；其中化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)較為常用，通過高溫分解含碳?xì)怏w，讓碳原子沉積在金剛石表面形成薄膜，這種方法能在較低溫度操作，并且能夠有效控制薄膜的厚度與質(zhì)量，還適用于形狀復(fù)雜的金剛石基體表面鍍膜，在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
（五）真空微蒸發(fā)鍍技術(shù)
把金屬與金剛石置于高真空高溫環(huán)境，金屬快速蒸發(fā)為氣態(tài)原子，擴(kuò)散至低溫金剛石表面凝結(jié)成膜。蒸發(fā)源可精準(zhǔn)調(diào)控溫度、蒸發(fā)速率，實(shí)現(xiàn)多種金屬共蒸發(fā)，制備多元合金鍍層。適用于制備高熔點(diǎn)金屬（如鉬、鎢）鍍層強(qiáng)化金剛石高溫性能，滿足航天航空領(lǐng)域極端工況。但設(shè)備昂貴，能耗巨大，工藝參數(shù)微妙難控，微小偏差就致鍍層質(zhì)量波動(dòng)，對操作人員技藝要求極高。
（六）磁控濺射鍍技術(shù)
在真空腔室內(nèi)，通入惰性氣體（如氬氣），經(jīng)電離產(chǎn)生等離子體，氬離子在電場與磁場交織作用下加速轟擊金屬靶材，濺射出金屬原子或離子，飛向置于特定位置的金剛石表面沉積成膜。此工藝能精準(zhǔn)控制鍍層成分與結(jié)構(gòu)，制備納米級超薄、超純金屬或合金鍍層，用于微電子領(lǐng)域超精細(xì)金剛石線路連接點(diǎn)鍍覆，信號傳輸損耗極低。設(shè)備與工藝復(fù)雜、成本高昂，產(chǎn)量受限，需高真空條件，維護(hù)難度大，限制其大規(guī)模普及。
（七）放電等離子燒結(jié)（SPS）法
SPS技術(shù)的核心原理在于利用脈沖電流通過粉末顆粒間隙時(shí)產(chǎn)生的放電等離子體。當(dāng)脈沖電流瞬間釋放，在顆粒接觸點(diǎn)附近形成局部高溫，溫度可在極短時(shí)間內(nèi)飆升至上千攝氏度，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的等離子體放電。這種等離子體具有極高的能量密度，能夠瞬間活化金剛石表面以及鍍覆材料粉末的原子。對于金剛石而言，其表面原本穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)被等離子體沖擊，化學(xué)鍵部分?jǐn)嗔眩砻婺軕B(tài)發(fā)生改變，形成眾多活性位點(diǎn)，極大地增強(qiáng)了對鍍覆金屬原子的吸附能力。從鍍覆材料角度看，金屬粉末顆粒在等離子體作用下，原子的擴(kuò)散速率大幅提升，表面原子掙脫原有晶格束縛，變得易于流動(dòng)與沉積，從而為在金剛石表面均勻鍍覆創(chuàng)造了有利條件。
參考來源：
朱振東等：金剛石表面鍍覆技術(shù)與應(yīng)用的研究進(jìn)展
劉韓：人造金剛石微粉表面鍍覆工藝及品質(zhì)研究
黃河旋風(fēng)官網(wǎng)、聯(lián)合精密官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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