迄今為止，金剛石仍然是自然界中已被發現最硬的物質。由于硬度非常高，金剛石幾乎可以在任何物體上劃出痕跡，因此它們也常被應用在工業中，如將金剛石包鑲在各種工具基體上，用來制造一些打磨和切割的工具，該過程一般會使用電鍍工藝來實現。

各式電鍍金剛石工具（來源：schott）

不說可能不知道，金剛石電鍍制品的應用歷史其實已有近百年，早在20世紀30年代德國人就率先取得了用電鍍鎳制造金剛石牙醫鉆頭的專利，這是金剛石電鍍制品實際應用的開端。到了40年代末，美國人進一步開發了用電鍍鎳制造金剛石制品的技術，而伴隨著50年代末人造金剛石的出現，金剛石電鍍制品才最終獲得了工業應用。

電鍍金剛石的過程詳解

金鋼石電鍍就是將金剛石堆積在工具基體表面，金鋼石不參加一切化學變化，通常有以下組成方式：金鋼石/Ni、金鋼石/Ni₂Co、金鋼石/Ni₂Co₂Mn等。

金剛石電鍍的原理，其實就是電鍍液和工件通電后，將金剛石顆粒堆積在預鍍好的工件上，然后在電場的作用下鎳會分解釋放出鎳原子，沉積在已經有金剛石顆粒的工件上，表面的金剛石會逐漸被包裹起來，形成金剛石鍍層。

電鍍會將金剛石的一部分牢牢包鑲在工件上

按照工序劃分，制備電鍍金剛石工具依次需經過前處理、預鍍、上砂、卸砂、加厚和后處理。

1、前處理

前處理工序涉及基體前處理和金剛石顆粒前處理。基體前處理依照打磨、堿洗、酸洗、活化、清洗、干燥的順序展開，目的是清除基體表面的氧化層、疲勞層或油污等，消除可能造成的不良影響，確保鍍鎳層均勻覆蓋，并且能夠與基體緊密結合。金剛石顆粒前處理采用磁選與酸堿混合處理相結合的方法，清除其中可能混有的金屬元素和金屬化合物雜質，減弱金剛石顆粒固有的弱磁性能；同時，清除金剛石顆粒表面可能積存的油污，改善金剛石顆粒表面的潤濕性能。

2、預鍍

預鍍是在基體表面鍍單質鎳層，用以充當過渡層，與基體緊密結合。

3、上砂

采用機械方法或物理方法將金剛石顆粒固定于基體表面的過程稱為上砂。上砂方式分落砂法和埋砂法。

（來源：制造原理）

落砂法一次只能進行一個面的上砂，比較適合單面電鍍金剛石的產品（平行面磨輪和弧形磨輪組成后也可開展翻轉上砂），所用的沙量少，風化層薄，上砂高效率較高，適合批量生產；埋砂法是將需要電鍍金剛石的產品埋于金剛石顆粒中，一次可進行不一樣方位好幾個表層的上砂，所以比較適合圓柱形、或者不規則形狀的產品，但該法風化層厚，上砂高效率較低，所用沙量多。

4、卸砂

上砂工序完成后，即可卸砂。直立基體并輕微振動，振落端面未黏附牢固和未被鍍鎳層固結的金剛石顆粒。

5、加厚

加厚工序采用與預鍍工序相同的鍍液配方，進一步加厚鎳層。在整個預鍍、上砂和加厚鍍中，要注意精確控制電流、溫度和pH值等工藝參數。

6、后處理

將電鍍金剛石刀具置于丙酮溶液中浸泡，然后用蒸餾水沖洗。取出后干燥，并經過適度熱處理，以進一步提高鍍鎳層與基體的結合強度，同時提高鍍鎳層的硬度。

制作完成的電鍍金剛石工具

電鍍金剛石工具分類

電鍍金剛石工具最適宜加工硬而脆的難加工材料，例如硬質合金、光學玻璃、陶瓷、寶石、石材、半導體、鐵氧體以及碳化硼、剛玉燒結體等，除此之外還適宜加工鋁、銅、鉛等軟韌的有色金屬及其合金，以及橡膠、樹脂等難加工的復合材料。根據用途，可制成砂輪、線鋸、磨頭、套料刀、修整滾輪、鉆頭、擴孔器、內外圈切割刀、鉸刀等各種各樣的專用工具。以下簡單介紹幾種。

1、電鍍金剛石砂輪

電鍍金剛石砂輪是用電化學法制作的金剛石砂輪，主要包括金剛石修整砂輪，磨削或切削用金剛石砂輪。主要具有以下優勢：①電鍍工藝簡單，投資少，制造方便；②無需修整，使用方便；③單層結構決定了它可以達到很高工作速度，國外已高達250～300m/s；④雖然只有單層金剛石，但仍有足夠壽命；⑤對于精度要求較高滾輪砂輪，電鍍是唯一制造方法。

2、電鍍金剛石線鋸

由于半導體產業的興起，對硅的切割加工需求暴增。為了進一步縮短硅片加工時間，提高切割效率，人們將金剛石磨料以一定的方式固定在金屬絲上，從而產生了固定金剛石線鋸，而電鍍金剛石線鋸就是其中的一種。

電鍍金剛石線鋸由鋼絲母線、鍍層金屬和金剛石構成。根據切割要求，電鍍金剛石線鋸可以制成不同直徑和長度，從而可以對硅棒、藍寶石等進行截斷、開方、切片等切割加工。與砂漿切割相比，電鍍金剛石線鋸切割具有以下優點：①生產效率高；②轉化效率高；③控制精度高；④綠色環保；⑤切口損失少、降低成本等。

3、電鍍金剛石套料刀

光學玻璃，通常是指光學儀器所用的玻璃。為了滿足多種多樣的要求，業界需要將光學玻璃制造成各種曲率的球面透鏡及反射鏡，還有各種非球面鏡如拋物面、橢球面、雙曲面鏡等，還制成各種復雜的棱鏡。

電鍍金剛石套料刀的優勢就在于，它可以直接在光學玻璃板材上套取各種規格的光學儀器鏡頭的鏡坯，這與以前先切成方塊，再用金剛石青銅砂輪逐步加工成圓坯的舊工藝相比，大大節約了原材料，減少了工序，提高了工作效率。

4、電鍍金剛石鉆頭

金剛石鉆頭現已廣泛應用在冶金、煤田、地質、石油等礦藏的勘探與開采，顯示出強大的優越性，取得了良好的效果。而電鍍金剛石鉆頭由于其對地層適應的廣譜性，在我國已被廣泛應用在地質勘探行業，取得了較好的經濟效益。

與熱壓金剛石鉆頭相比，在電鍍生產中溫度較低（不高于100℃），金剛石不易受到熱損傷，故可以提高金剛石鉆頭的使用效率和壽命。同時，由于電鍍金剛石鉆頭的生產設備投入較少，工藝簡單，消耗模具少，易于實現規模化生產

電鍍金剛石工具面臨的主要問題

不同的行業對電鍍金剛石工具的要求基本上是相同的，即效率高、壽命長、磨削精度高。要保證這些特性，鍍層金屬不僅要有較高的硬度、耐磨性，而且要求在基體各個部分要均勻分布，以免鍍層脫落使工具壽命縮短。

但在實際使用過程中，由于使用條件如磨削力大小、溫升、工件的撞擊等原因，會造成含有金剛石的金屬鍍層與基體分離的，被稱為“鍍層脫落”的現象，而且屢見不鮮。科學家就這一問題進行了原因分析，認為可采取以下措施解決鍍層脫落的問題：

①改進胎體材料：電鍍金剛石工具中，鍍層對金剛石起支撐和結合作用，被稱為胎體或基質金屬，它決定著金剛石顆粒能否充分發揮切削作用，一般要求它滿足高硬度、高耐磨性和較高的韌性等性能要求，所以人們首先考慮到采用提高胎體材料的性能方法改進金剛石工具。

②提高金剛石與胎體的接觸面積： 利用粗化法讓金剛石表面形成一些微小凹坑和裂隙，增加金剛石與胎體接觸的表面，以提高金剛石與金屬機械鑲嵌力；也可以利用顆粒表面改性法、CVD法、超聲波法、化學鍍法來降低金剛石與一般金屬或合金間的界面能，提高結合力。

資料來源：

[1]胡立,李子章,吳成芬.電鍍金剛石鉆頭工藝的研究[J].電鍍與環保,2009,29(04):31-34.

[2]劉永奇.電鍍金剛石線鋸的研究現狀與發展[J].超硬材料工程,2015,27(01):48-51.

[3]王明清.電鍍金剛石刀具的制備及其鉆削性能研究[J].電鍍與環保,2016,36(06):12-14.

[4]黃志偉,劉文生,盧匯洋,李立波,李云東.電鍍金剛石工具的改進研究[J].金剛石與磨料磨具工程,2007(05):27-30.

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