金刚石镀镍

摘要：由于金刚石表面能较高，在热压成型时很难与金属基体牢固的结合起来，因此刀具受到高的切削载荷时，金刚石很容易脱落，致使出现刀具寿命明显降低的问题，采用对金刚石的表面进行金属化处理。本文研究了在金刚石表面金属化的各种处理方法及优化了在金刚石表面进行化学镀Ni的工艺。 关键词：金刚石；化学镀；增重率

0前言

金刚石具有高的热导率、低的密度、高的硬度、高的抗压强度及热膨胀系数与半导体材料好匹配等优点，但由于目前金刚石锯切工具和钻机工具多用粉末冶金的方法生产，烧结温度一般可以高达900℃，然而金刚石在空气中加热到700℃左右的时候，就开始出现氧化失重，抗压能力下降的问题；在1000℃以上时金刚石会发生石墨化，同时因为金刚石表面能很高，而且金刚石与基体润湿性比较差，与基体粘合力较弱，金刚石一般与金属基体的连接仅仅靠机械镶嵌力，却不能形成强的化学键粘合力，使金刚石在工作过程中容易脱落。为了达到增强金刚石和金属之间的润湿性的目的，本文采用以次亚磷酸钠做为还原剂在金刚石表面进行化学镀镍的方法来降低金刚石和基体的界面能，改善他们之间的润湿性。同时分析了金刚石表面镀覆前后不同的增重率对金刚石性能的影响。研究了金刚石表面化学镀镍，给出了化学镀前的预处理过程和化学镀的工艺流程，并确定了化学镀镍的合理配方。用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试镀覆前后单颗金刚石的抗压强度，利用扫描电镜（SEM)分析镀覆前后金刚石表面形貌、疏松致密程度等，利用X射线衍射仪（XRD)分析特征峰判断晶型非晶型、镀覆金属与金刚石有无界面生成物等。

1金刚石表面处理的发展及应用

目前,在金刚石表面镀层中使用的材料主要是金属材料,所以又称之为金刚石的表面金属化处理。在这其中根据使用地方的差异又可分为两种不同的情况:(1)表面镀钛、镀钨、镀铬等的金刚石适用于使用金属结合剂和陶瓷结合剂的砂轮；(2)镀镍和镀铜的金刚石适用于使用树脂结合剂的砂轮;

1.1金刚石表面镀覆条件

在金刚石表面进行镀覆时，存在非常多的形成条件和影响因素，主要有：成分条件、结构条件、工艺条件。

(1)成分条件

按金属与金刚石的相互作用可将金属分为三类：①石墨化元素：元素周期表中第ⅧB族元素如Fe、Ni、Co等是碳的溶剂，在高温超高压条件下，此类元素能促进石墨转变成金刚石，是触媒元素。但其触媒作用是双向的，即在高温常压下，这些元素会促进金刚石石墨化。烧结的过程中，在石墨化元素的作用下，金刚石在700℃时开始发生石墨化现象，1000℃时发生严重的石墨化。包含有石墨化元素的结合剂在热压的过程中会出现严重侵蚀金刚石的问题，导致金刚石强度迅速下降。根据钛镀层纯度实验结果表明：钛镀层中在含有有不到1％的Fe、Co、Ni等石墨化元素存在时，就会强烈降低镀层与金刚石之间的结合强度。②碳化物形成元素：碳可与一些过渡族金属(Ti、Mo、Nb、W、V、Cr等)形成碳化物，且3d空轨道愈多，愈易于结合。这些碳化物形成元素及合金在合适的工艺条件下与金刚石中的碳发生反应形成碳化物，外延生长在金刚石表面，可实现这些过渡金属与金刚石之间的化学键合。③不作用的“惰性”元素主要有：Sn、Cu、Zn等低

熔点元素及其合金是金刚石工具中比较常用的结合剂成分，但他们与金刚石之间不发生化学反应，而且其浸润角大于900，与金刚石的粘结性非常差。金刚石只有机械地镶嵌在这类结合剂中，易脱落流失。

(2)结构条件

为了实现金刚石与金属的良好的冶金结合，在金刚石颗粒表面形成碳化物层，只有Ti、V、Cr、Mo、Nb、W等强碳化物形成元素才能达到这样的目的，同时还必须避免Fe、Co、Ni等一些石墨化元素与金刚石表面的直接接触，否则碳化物层就会生长在石墨层上，从而不能达到强力冶金结合的目的。所以金刚石与金属冶金结合的结构条件碳化物层直接外延生长在金刚石上。

(3)工艺条件

金刚石表面形成碳化层的过程为实际上是原子在金刚石表面扩散的过程，碳化物形成量是有反应过程的温度与时间以及PH决定的。胎体与金刚石之间的结合依靠的是碳化物形成在金刚石上，但是碳化物的形成是受原子扩散迁移控制的，需要在一定温度下经过较长时间的界面反应。金刚石与镀覆金属产生冶金结合的前提条件是必须使金刚石表面外延生长-即形成均匀、连续、轻薄的碳化物层，此过程需一定时间、温度，对PH也有一定的要求，且不能有石墨化元素存在。由于在结合剂中通过直接加入碳化物形成元素进行真空液相烧结的方法不仅流程工艺条件苛刻，不适合进行大规模工业化生产。因此在烧结之前，生产表面镀覆金属的金刚石即金刚石表面镀覆Ti、V、Cr、Mo、Nb、W及合金的金刚石是非常必要的。在镀覆金属过程中，一定的真空、温度、时间PH条件下使金刚石表面外延生长在可控厚度的碳化物层。作为中间产物，带有镀层的金刚石与结合剂在

短时间热压烧结后即可顺利实现金属镀层与结合剂胎体之间的钎焊结合，也就实现了金刚石与结合剂之间的冶金结合。金刚石与碳化物形成元素反应生成化合物的成分、结构及生成条件：

Ti／金刚石：>873K(600℃)，TiC

Cr／金刚石：>873K(600℃)，Cr3C2、Cr7C3

W／金刚石：>973K(700℃)，WC、W2C

Mo／金刚石：>923K(650℃)，MoC、M02C

由于合成金刚石晶体所含包裹体为触媒元素，温度较高(>800℃)时由于触媒的双向作用，金刚石开始有石墨化倾向，使金刚石的强度出现下降趋势，且随着时间延长而加剧，但是如果温度过低，则很难形成碳化物。因此，要使镀后金刚石与镀层形成强力结合，界面必须形成相应的碳化物，这样镀覆温度应该高于600℃。为了避免对金刚石表面的热损伤，镀覆温度又必须低于900℃。可见最理想的镀覆温度为600～900℃。

1.2金刚石表面镀覆的金属化原理

金刚石表面金属化定义为使金刚石表层具有金属性,金刚石经表面镀覆处理会使金刚石表面金属化。金刚石的金属性主要指优良的导电导热性和良好的延展性，通常金属性的含义由金刚石表面之金属、合金或金属碳化物乃至它们的混合物的性质来确定。

对金刚石进行表面金属化的原因是因为金刚石与金属之间靠共价键结合，他们之间有很高的界面能，因此其表面不能被低熔点金属或合金所浸润，并且金刚石热膨胀系数远远小于金属基体结合剂的热膨胀系数，使得金刚石磨料与一般金属的粘结能力很差。金刚石与基体结合剂之间没有界面结合力，仅靠基体对金刚石的

机械镶嵌作用，在使用过程中金刚石磨粒易脱落、流失，造成极大的浪费。因此，提高金属合金和金刚石的粘结能力，增强结合剂与金刚石之间的结合能力，改善金刚石晶粒外观，找到产生金刚石与基体间化学结合的方法，就成为普遍关注并迫切需要解决的问题。

1.3金刚石表面镀覆金属化的模型

金刚石表面金属化模型如图1所示,金属化表面层由3层材料叠合而成。从内到外共有三层,最里面一层是碳化物层,一般厚度在几百至上千埃,强固地附着在金刚石表面,这层结构的完美是金刚石表面金属化的关键。第二层为合金化层,是针对碳化物层而设计的,它对碳化物层有很好的粘结性,可以选取Ni、CO、Cu等合金。合金化层的形成使金刚石表面呈现完美的金属特性,如:可导电性、可焊接性、可烧结性。该层的厚度可以是几微米。最外面一层是电镀层,主要是考虑到金刚石工具中合金胎体与金刚石线膨胀系数的极大的差异性而设计,热压后金刚石固块在冷却中会产生很大的内应力,为了使内应力得到一定程度的缓解,对于刚性较大的胎体,增加几十微米厚的电镀层是非常有益的。

图1金刚石表面金属化模型 1.4金刚石表面金属化作用

(1)提高各种结合剂对金刚石的粘结能力，镀层在金刚石和结合剂之间起结合层

的作用，将金刚石与结合剂非常牢固地结合起来，提高了金刚石与结合剂之间的结合强度，提高了相应的把持力，避免了金刚石提前脱落；

(2)起到隔离保护作用，在金刚石工具高温烧结和高温磨削时，合金镀层可以隔离保护金刚石，使金刚石不发生石墨化反应、氧化反应及侵蚀，有效的减少了高温时金刚石强度的下降。

(3)提供磨料的强度和韧性，镀层起补强、增韧作用，金刚石内部缺陷、线缺陷，面缺陷，微裂纹、微小孔洞等情况可通过镀层得到弥补，提高了强度。 (4)改善了热传递作用，镀覆材料一般导热性比未镀覆的材料要好，使用过程中可以降低材料的温度升高升，改善了金刚石工具的工作环境。

1.5金刚石表面金属化的方法

目前金刚石表面金属化的常用途径有:化学镀加电镀;真空蒸镀;等离子溅射;磁控溅射;化学气相沉积;物理气相沉积;机械包覆等.

1.5.1化学镀后再电镀

化学镀是在不通电流的情况下,通过自催化过程的氧化-还原反应在金刚石表面沉积金属.金刚石是绝缘体,不能进行电镀,但经过敏化、活化和化学镀后,其表面具有金属性,可以继续电镀,获得所需的镀层品种及厚度.其工艺流程方框图如图2所示。金刚石表面化学镀和电镀金属镀层在900℃空气气氛中对金刚石有良好的高温保护作用,在1 050℃时,空气中的氧将穿透镀层与金刚石表面碳原子发生氧化反应,使金刚石受到严重的热腐蚀;金刚石表面化学镀和电镀金属镀层在900℃真空中受热时,与未镀覆金刚石类似,只受到微弱的热腐蚀,而在1 050℃时,由于化学镀层中的Ni、Fe等合成金刚石的触媒元素的存在,金刚石反而受到较强的热腐蚀。

图2金刚石表面化学镀-电镀覆层金属化实验过程示意图 1.5.2真空镀

将强碳化物形成元素(如W、啊、Cr、V、Mo、Nb等)通过真空镀覆的方法沉积于金刚石表面，此方法需要真空设备，工艺复杂。目前常用的真空镀覆技术有以下几种：

(1)真空物理气相沉积镀(PVD)

在真空条件下，将金属气化成原子、分子或离子直接沉积到镀件表面上。利用真空蒸发、磁控溅射和离子束等方法对金刚石表面镀覆钛、铬钛合金等进行试验，并研究了镀层与金刚石的界面反应和粘结等问题。 ①磁控溅射镀覆技术

磁控溅射是在真空条件下导入一定压力的惰性气体(Ar)，阴阳极间形成一定强度的电场，并引入强磁场施加影响，使被阳离子轰击而溅射出的靶材金属阴离子加

速射向欲镀覆目标位。此方法单次镀覆量低、镀层不均匀，容易出现漏镀，镀层与金刚石之间只是物理附着，无化学冶金结合等，为了得到最佳镀层结构要反复多次镀覆，价格较高，操作复杂，难以实现工业化应用。

②真空蒸发镀技术真空蒸发镀是在真空条件下，将镀层材料置于料舟之中，并将料舟通电迅速升温至镀层材料汽化温度，镀层材料汽化后形成金属蒸汽，在脱离料舟并冷却后，沉积到镀覆目标。由于此类方法做不到大批量的镀覆，没有工业化应用前景，镀层与磨粒之间的结合力仍未达到理想目标。 ③真空微蒸发镀覆技术

真空微蒸发镀覆是将超硬磨料与某些能够与其表面形成稳定化合物并经过高度纯化、活化的金属近距离接触，在一定的真空和温度(金刚石低于760\"C)条件下，这些高度活化的金属表层原子获得外部能量支持而使振幅增大，与磨粒表面发生反应，生成两者间的化合物。此种方法设备简单可靠，价格低廉，操作简便，单次镀覆量大，可适用于多种镀覆材料，如n．Cr、Ti．w、Ti．Mo等合金，使镀层性能得到改变。 (2)真空化学气相镀(CVD)

化学气相镀是利用气态物质在一定压力、温度、时间条件下，将被镀金属的气态化合物(如卤化物)导入放有镀件的反应室内，与工件接触发生热分解或化学合成而形成镀层。但该方法反应温度高，易损伤金刚石；与磁控溅射和真空蒸法镀一样，存在反应气相难以深入堆积的颗粒内部、单次镀覆量低、成本高的问题。 （3)粉末覆盖烧结

利用高温下弹性蒸气压很高的金属粉末与金刚石接触反应，在金刚石表面形成碳化物或金属层，称为粉末覆盖烧结法或固体粉末接触反应法。镀层的形成实际上

是粉末中的金属氧化物(如w03、W02、M003、M002)高温下易挥发并与金刚石表面碳原子发生碳还原反应形成碳化物。这种方法可提高单次镀覆量；但由于反应温度高于850℃，金刚石受氧化物侵蚀，强度降低，实际使用效果表明对金刚石工具性能改善不明显。

1.5.3盐浴镀

盐浴镀是在氯化物的盐浴中加入钛、铬等金属粉末，再将金刚石投入盐浴中，在850,--110012，盐浴处理1-2h有熔融金属的高粘着性和毛细管力的作用而获得镀覆层。该方法的镀覆温度高，镀后从盐浴中分离金刚石工艺复杂，镀覆成本较高，但有一些人认为此方法比较经济适用，且镀覆成本较低等。

在金刚石表面镀覆Ni方面许多科技工作者进行了大量的研究按研究方法主要有以下几个方面：

1、辽宁科技大学的姚丹等人采用化学镀法制备了镍包覆人造金刚石粉体，并用正交试验的方法综合分析了硫酸镍浓度、磷酸二氢钠浓度、络合剂浓度、稳定剂浓度、pH 值、温度与时间对镀层致密度的影响得出制备均匀致密镀层的最佳方案：硫酸镍浓度为32 g/L，磷酸二氢钠浓度为32 g/L，柠檬酸浓度为30 g/L，硫脲浓度为0.002 g/L，镀液pH值为4.5，镀覆温度为 80 ℃，镀覆时间为 1.5 h。用扫描电镜(SEM)观察镀覆后的人造金刚石表面的镀层形貌，定性分析、比较镀覆工艺，得到了具有致密镍涂层的人造金刚石粉末。所用仪器主要有：数显恒温水浴锅、数显恒温磁力搅拌器、扫描电镜、磨损试验机、电子天平、GENESIS型能谱仪、纯净水机、酸度计、金相显微镜。

2、中南工业大学的胡国荣等人和中国地质大学的周贵海针对金刚石表面化学镀预处理过程中的粗化、亲水处理以及敏化、活化等进行了深入研究。研制了一种

强酸性和强氧化性溶液,对金刚石表面具有极好的亲水和粗化功效。提出了一种盐基性胶体钯配方,对金刚石表面具有良好的敏化活化效果。敏化、活化处理是整个金刚石镀前预处理过程中最关键的一步,它决定了以后化学镀金属膜与金刚石的结合力强弱和金属膜本身的连续性。PdCl2-SnCl2胶体钯敏化活化液一步活化法目前已成为非导体化学镀前处理,以便诱导化学镀的常用方法,关于活化液组成与稳定性和催化活性之间关系的研究一直引起人们的关注,但一般文献报道很少。为了解决金刚石表面敏化活化这一化学镀的关键工序,对胶体的配制进行了较为详细的研究。他们对强酸性胶体钯进行了改进,采用盐代酸的方法,研究了盐基性胶体钯的配制。

3、燕山大学的于升学、邵光杰等人究了人造金刚石表面控制增量化学镀镍的工艺及化学镀镍层对金刚石性能的影响。结果表明,通过补加镀液中消耗的主盐和还原剂对金刚石进行连续化学镀,可以由化学镀的时间来控制金刚石表面的增量;化学镀镍层能显著提高金刚石的抗压强度和抗氧化温度。研究表明化学镀镍液中镍盐和还原剂的消耗比即液中N iSO4·6H2O和NaH2PO2·H2O消耗的重量比为1. 00∶1. 15。研究了化学镀液的装载量金刚石的粒径越小,则装载量越少;金刚石的粒径越大,则装载量越多。这是由于粒径小的金刚石表面积大,而粒径大的金刚石表面积小的缘故。装载量太大容易造成镀液自然分解,从而不能使金刚石的重量连续增加。

研究了金刚石增重在补加浓缩液情况下,不同粒度的金刚石镀层增重的百分率与化学镀时间的关系。

4、燕山大学的关长斌等人未用SEM方法研究了金刚石表面花纹和缺陷,及金属镀层对金刚石性能的影响。结果表明,金刚石表面花纹对金刚石性能影响不大,金

刚石表面缺陷降低金刚石性能,而金刚石表面全属锻层则提高金刚石性能。其中以超声波电镀,真空热蒸镀及化学镀三元合金效果最佳。

5、河北工业大学的赵振艳等人研究了金刚石表面化学镀Ni-P,给出了化学镀镍镀液的配方及工艺流程。试验结果表明,金刚石经Ni-P化学镀后,表面呈银白色,有金属光泽,镀层致密而且均匀,结合力好。未经热处理的金刚石表面Ni-P镀层为非晶态;经热处理后,Ni-P镀层的结构为晶体结构。应用X-射线对金刚石表面Ni-P镀层进行物相分析,结果如图4所示(图中D代表金刚石)。

图

4化学镀N i-P金刚石X射线图

施镀金刚石经加热后,其X-射线衍射结果如图5所示(图中D代表金刚石)。可见,由于加热过程Ni、P原子的相互扩散,Ni-P镀层非晶态结构转变为晶态结构,形成Ni3P和Ni。

图5化学镀N i-P金刚石热处理后的X射线衍射图

6、华侨大学的郭然介绍了金刚石的表面镀覆技术及其发展，目前应用较为广泛的化学镀和真空微蒸发镀覆以及未镀覆金刚石的部分技术性能进行了总结比较

2金刚石化学镀镍 2.1实验原料及设备 2.1.1实验原料

实验所用金刚石微粉选择河南省亚龙超硬材料有限公司生产的粉体，粒径范围是

20-30µm，所用的其他试剂都是分析纯

实验所用药品如下表所示 序号 药品 1 2 3 盐酸 氢氧化钠 分子式 HNO3 HCL(36%-38%) NaOH 分子量 63.01 36.46 40.00 状态 无色液体 无色液体 白色颗粒 4 氯化钯 PbCL2 177.33 暗红色粉末 5 6 7 8 9 10 11 12 氯化亚锡 氯化钠 SnCl2·H2O NaCl 255.63 58.84 白色晶体 白色晶体 白色粉末 绿色晶体 白色晶体 无色溶液 白色晶体 次亚磷酸钠 NaH2PO2·H2O 105.99 硫酸镍 乙酸钠 乳酸 硫脲 柠檬酸 NiSO4·6H2O 262.85 CH3COONa·3H2O 136.08 C3H6O3 H2NCSNH2 90 76.12 2.1.2实验装置与设备

实验所用的仪器和设备如图所示 仪器设备 电子天平 恒温加热磁力搅拌器 PH计 真空干燥箱 扫描电镜分析仪 X射线衍射仪 型号 水浴箱 2.2实验过程

2.2.1金刚石微粉的提纯与分离

工业中多用人造金刚石,且多为爆炸法合成的金刚石微粉,其作为高精磨料,易使零件加工的平面度、平行度、平直度等几何尺寸获得更精密的公差。但爆炸法合成的金刚石微粉中常含石墨、无定形碳、叶蜡石、触媒金属等杂质。杂质含量高可降低金刚石的整体硬度,影响深加工工具的使用性能，因此需要提纯与分离。

2.2.1金刚石微粉的提纯

实验流程：原料→除触媒→过滤水洗→烘干→除石墨→过滤水洗→烘干称重→除叶蜡石→水洗酸洗→烘干→纯净金刚石。采用HNO3溶液(50%)洗触媒、HClO4+H2SO4除石墨、NaOH溶解叶蜡石,当酸料比为5∶1～8∶1、碱料比为3∶1

金刚石微粉提纯各阶段工艺参数

2.2.2金刚石微粉的分离

本实验采用以水为介质的湿法分级。称取一定量的金刚石微粉,加入去离子水配制成一定浓度的金刚石微粉溶液,机械搅拌10mni,加入经准确计量的一定浓度

的表面活性剂后,进行超声波分散,静置一段时间后观察沉降情况,直接测量或者经过离心后测量上层溶液中微粉的粒度。

离心沉降法 2.2.3金刚石镀前处理

1、除油

采用 10%的 NaOH 溶液，煮沸后将金刚石放入其中，并利用磁力搅拌器使金刚

石悬浮于溶液中，3~5 分钟后取出，并用去离子漂洗直到中性。

2、粗化：粗化也叫侵蚀。由于原始的金刚石粉体表面非常光滑平整，通过粗化 可以使金刚石表面的沟壑孔隙露出，增加了金刚石与镀镍层之间的结合力，也使镀镍层更容易沉积在金刚石表面。本文选用 30%的稀溶液作为粗化液，除油后的金刚石放入粗化液中。用磁力搅拌器搅拌溶液，使金刚石悬浮在粗化液中，3～5 分钟后，用去离子水漂洗直到中性。

3、敏化-活化

粗化后的金刚石放入胶体钯溶液，用磁力搅拌器搅拌以保证悬浮的金刚石颗粒都

可以吸附上金属钯，10 分钟后，取出并用去离子水冲洗到中性。

4、还原

还原的目的是将钯粒子周围的二价锡离子除去，露出具有催化活性的钯微粒。本

实验采用的是 30g/l 的次亚磷酸钠(NaH2PO2·2H2O)溶液来还原二价锡离子。

将活化敏化过后的金刚石粉体倒入还原液中进行还原，并用磁力搅拌器搅拌

15min，然后静置沉降后取出粉体，用去离子水清洗至中性。

2.2.4敏化活化液的配置

本实验采用胶体钯活化敏化一步法。胶体钯活化敏化液的配制方法是：

(1) 将 4g 氯化亚锡(SnCl2·2H2O)加入到 10ml 的 36%盐酸中，在烧杯里放入

磁子持续搅拌 30min 左右后待完全溶解，然后再添加 20ml 的去离子水，使溶

液混合均匀后得到 A 溶液。

(2) 称取 0.1gPdCl2粉末溶解在 20ml50%的预先稀释过的 HCl 溶液中，在烧杯

里放入磁子持续搅拌 30min 左右，待溶液完全溶解得到 B 溶液。

(3) 把溶液 A 和 B 在缓慢搅拌过程中慢慢混合将磁力搅拌器的温度调到60℃， 并连续搅拌 20min 待其充分溶解，得到棕黑色溶液 C。

(4)将 40gNaCl 溶解于 200ml 去离子水中，在集热式磁力搅拌器中加热到50～ 60ºC，充分搅拌得到 D 溶液。

（5）将溶液 D 与溶液 C 充分混合，将 D 溶液缓慢倒入 C 溶液中，搅拌混合充分后得到墨绿色溶液，然后持续搅拌反应 30min 后再放入集热式磁力搅拌器中 60ºC 保温2～8 小时。胶体钯配制好后，敏化活化液需在真空、避光、密封条件下保存，防止 Sn2+被氧化成 Sn4+，这样才能使胶体钯长期有效。但由

于实验条件的局限性，当敏化活化液在避光，密封的空气中保存时，溶液稳定性差，使用寿命大概为一个半月，之后需要添加盐酸溶液和氯化亚锡溶液。如发现活化敏化液有自分解现象，颜色变成了透明的淡黄色液体可以采取补救措施，本实验将 4g SnCl2·2H2O溶解于 10ml 浓盐酸，搅拌至完全溶解后加入胶体钯中，活化敏化液（胶体钯）会变成墨绿色，在 60ºC 的水浴中加热搅拌约 30 分钟，然后停止搅拌在 60ºC 的温度下保温 2h 即可，稳定性能提高到 8个月。 活化敏化的步骤是：

(1) 将金刚石粉体放入胶体钯中，使用恒温磁力搅拌器搅拌 30min。

(2) 将烧杯取出静置，待金刚石颗粒沉积到烧杯底部，倒出活化敏化液，再对粉

体进行漂洗，用去离子水多次清洗金刚石直到清洗的水呈中性，然后将粉体放入

鼓风干燥箱中60ºC 烘干备用。

敏化活化液成分

药品 用量 氯化亚锡 (SnCl2） 16g/L 氯化钯 (PdCl2） 0.5g/L 盐酸 （HCl） 40ml/L 氯化钠 （NaCl） 160g/L

2.2.5化学镀镍溶液的配置

本文采用 500ml 容量的烧杯配置 200ml 的镀液，具体配置过程如下：

(1) 称取一定量乙酸钠，用 50ml 的去离子水溶解，并加热搅拌溶解为透明溶液，量取一定体积的乳酸待用。

(2) 称取一定量的主盐 NiSO4·6H2O 用 50ml 的去离子水溶解，溶液a为淡绿色。后将(1)中制备好的乙酸钠缓慢加入a溶液中，得到的溶液b变为深绿色，此时溶液中的Ni2+与络合物形成络合离子，使溶液颜色加深；

(3) 用 50ml 的去离子水溶解一定量的硫脲，溶解后加入b中，如图c，溶液颜

色变化不是很明显；

(4) 将c溶液放在磁力搅拌器上不断搅拌，同时不断的往烧杯里滴加一定量的氨水，此时溶液颜色又加深，原因可能是络合剂在不同 pH 值下络合能力有差别，随着 pH 值的增大，络合能力增强；

(5) 称取一定量的次亚磷酸钠溶解在 50ml 去离子水中，并不断搅拌使其完全溶解，加入到上述溶液中，滴加氨水调节 pH 值，并用 pH 计测试 pH 值达到所需要的值。

2.2.6镀层的生长模型

假设金刚石为球形颗粒，其表面吸附了钯粒子，如图 2.5 所示，钯粒子相 对金刚石非常小，因此可近似将金刚石表面看作为一个平面，预处理过程中吸 附在金刚石粉体表面的 Sn2+将 Pd2+还原成 Pd，如图 2.5(a)所示，金刚石表面均匀的吸附着 Pd 原子，随后在 Pd 原子簇表面吸附态活性 H+（次亚磷酸钠提供)与吸附态的 Ni2+发生反应，金属 Ni 沉积在以 Pd 原子簇活化中心为圆心的等径半球表面。据文献报道 Ni 与 Pd 粒子有相似的活化性能，析出的金属 Ni 孕育成核、长大，即之后 Ni 为其表面的自催化沉积(见图 b)，随着 Ni 粒子的不断的沉积那么金刚石表面的活性表面积也随之增大，如图 b 所示，当形成的镍半球相切时(前沿汇合)，沉积的金属镍将金刚石完全包覆(见图 c)。反应继续进行，镀层不断增厚，直至形成一层均匀致密的化学镀镍层。

2.2.7金刚石化学镀镍反应过程

金刚石经过预处理后可以进行施镀，要尽快进行化学镀以免放置时间过长影响镀覆。将一定量金刚石粉体（预处理后），加入到预先配制好的镀液中。同时将集热式恒温磁力搅拌器的温度调到预设的温度，调节好转速后，将烧杯放置在水浴的，用 pH 计监测化学镀过程中溶液的 pH 值，反应开始一段时间可以观察到有少量气泡产生，气泡判断应该是氢气，这标志着反应开始了，称为反应初期，也称为启镀期，pH 值下降，镀液变化不明显；反应中期，剧烈反应，产生大量气泡，pH 值迅速下降，溶液颜色由深绿色逐渐变成浅灰色；反应后期，产生的气泡减少，pH 值也下降缓慢了，此时溶液变成了透明浅灰色，反应了一段时间之后，反应没有像之前那么剧烈了，气泡逐渐减少了，溶液的颜色由浅绿色变成了浅灰色，这可以解释为在反应过程中不断的消耗 OH-，导致pH 值下降，次亚磷酸钠的还原能力也随之下降了。使用 pH 剂监测溶液 pH 值，往溶液里缓慢滴加氨水，使 pH 值上升到需要的值，发现烧杯上方又冒出了少量的轻烟，说明反应在继续。当轻烟再一次消失后，再往溶液中滴加氨水，发现此时烧杯中不再有气泡产生，判断反应终止了。 2.2.8镀镍后的镀后处理

金刚石增重比是工业上常使用的一个重要参数，具体是指金刚石表面镀镍 后镍的质量与未镀前金刚石的质量比。

经过预处理后的金刚石称重质量为m0,镀后的金刚石称重质量为m1。增重定义为 ：∆m=m1-m0

金刚石镀后镍含量增重比：∆m/m0 2.3镍镀层的性能分析 2.4正交实验设计