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摘 要：当前，随着科技发展日新月异，钕铁硼已成为产量最高的一种永磁材料，如发电机、马达、核磁共振、音响等。人造金剛石为无机非金属材料大家庭中的重要一员被广泛应用于工业加工中，本文介绍了钕铁硼磁铁加工中所用金刚石砂轮生产工艺问题。
关键词：金刚石；钕铁硼；超硬磨料；磨削
一、概述：
超硬磨料是指以金刚石为代表的，具有很高硬度的磨料的总称。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。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。人工合成的金刚石大多为细小的颗粒，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度和形状的，可供手工或机械使用的工具[1]。
目前，中国的磁性材料（铁氧体、钕铁硼等）已经跃居世界前列，钕铁硼磁材无论在工业还是日常生活中都得到了广泛的应用，特别是在电机、马达等需要提供恒定磁场的异型瓦类产品中，其装配精度直接影响最终产品的质量。通常采用电镀方法将金刚石固定在基体表面来制造带有凹弧、凸弧的砂轮用于钕铁硼材料的成型磨削。
二、金刚石工具的制作工艺
1.金刚石概述
人造金刚石表面比较粗糙，磨料在结合剂中的结合比较牢固，磨料晶型较完整，刃口多、刃口圆弧半径小，比较锋利，在使用过程中其切削效率高，自锐性能好。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削瘤加工表面质量好。
人造金刚石多是在过渡金属或合金等触媒高温高压烧结制的，所以在其表面也不可避免的含有金属杂质。这些金属表面杂质层如果夹在金刚石晶体与金属镀层之间，将会严重的影响金刚石与金属镀层的紧密结合，降低结合力，会使金刚石过早的脱落，影响砂轮的最终使用性能。
为了使金刚石的表面状态符合电镀的要求，所使用的磨料必须进行镀前的表面处理，包括酸洗和碱洗。
2.电镀金刚石砂轮的优点与缺点
电镀砂轮的优点：a） 新砂轮不用精修，磨削使用简单。b） 可以制作各种复杂性质的砂轮，而且精度较高。c）电镀工艺较简单，成型方便，可以修复重复，制作周期短，设备投资少，不需要高温烧结炉和高温液压机。
电镀砂轮的缺点：a） 因为镀层与金刚石只存在简单的机械包裹结合而不存在化学结合，所以把持力较小，磨料在负荷较重的磨削时易脱落导致整体失效。b）由于电流密度分布不均和尖端效应，镀层厚度分布不均使精度下降。c） 金刚石磨料的不等高性即同一牌号粒度号的金刚石尺寸不一致，可能相差几微米，也可能相差几十微米导致精度下降。
3.电镀液成分
本实用所采用的为硫酸镍-硫酸钴体系，电镀液组分包括：硫酸镍、硫酸钴、硼酸、氯化镍、糖精以及十二烷基硫酸钠等。
4.金刚石砂轮的制作流程
基体加工→基体保护绝缘和上夹具→电镀前处理→预镀底镍→上砂→电镀增厚→镀后处理→成品检验
5.问题分析
电镀金刚石砂轮在制造过程中牵涉多道工序， 任何一道工序进行得不充分， 都会造成砂轮不理想，回顾多次的试验过程，总结了以下的5个可能：（1）在电镀过程中镀层表面产生气泡。因为要让金刚石颗粒顺利镀上就需要把金刚石包裹在基体的表面镀层，这样气体就不可避免的存在了。刚放入镀液时，基体表面有一小部分气体跑不出来，在这些表面中由于气体的隔绝，不能实现电镀镍；（2）在基体的边缘，基体本身尖端效应使镀层厚度增厚，这是一个不可避免的缺陷；（3）在电镀过程中，流经基体表面与金刚石之间的镀液是不均匀造成有的地方结合力太小金刚石脱落；（4）在上砂的过程中，手上油污不可避免对金刚石与基体表面造成污染，使金属表面与电解液接触时形成中间夹层阻碍金属和电解液界面发生电化学反应，并造成金属表面局部甚至全部没有镀层，这样基体的表面缺陷面就比较大；（5）工业生产中，金刚石颗粒在结晶过程中有触媒金属残留在金刚石颗粒中，从而一般工业金刚石都或多或少的带有磁性。因此，受金刚石磁性的影响金属离子定向沉积，有些区域就优先沉积金属而高于周围其他部位形成了小镍瘤。
三、研究结果与讨论
1. 电镀电流与时间工艺
电流密度对电极极化影响很大，而镀层的质量与电极的极化有密切关系，所以电流密度对镀层质量有较大的影响。一般来说，当阴极电流密度过低时，阴极极化作用小，镀层的结晶晶粒较粗，在生产中很少使用过低的阴极电流密度[2]。
电流密度高时，紧靠阴极的金属离子沉积加速，阴极附近的金属离子浓度则降低，致使新一轮金属沉积发生困难，因而晶粒长大受到抑制，促使形成细小晶粒结构[3]。但是电流密度高将使尖端放电效应加剧，所以尽管沉积层晶粒细小，但表面不平，易形成结瘤。
（1）底镍层。底镍层电镀时间一般为20～40min，镀层厚度一般为3～8um，为了保证镀层与基体结合良好，电镀电流一般不超过2A/dm2，本工艺为1.9A/dm2，基体活化后最好带电如槽，一般情况下都要在开始加一个冲击电流（电流时间10～30min）。
（2）上砂镍层。上砂电流使电镀中较小的，一般在1A/dm2以下，本工艺为1～0.5 A/dm2，上砂厚度为磨料粒度的10%～20%。上砂的电流与时间是磨料而定，粒度越小时间越短，粒度越大时间越长。以270目-325目为例，一般上砂时间为2～10min。
（3）加厚镀层。在上砂结合进行加厚镀时，必须先除去基体外围浮砂（卸砂）后才可进行。加厚度使用的电流密度一般为1.5A/dm2以下，本工艺为1.5～1 A/dm2，加厚镀是电镀各个步骤中时间最长的一步，一般时间为3～8h，随着时间延长，镀层加厚，直到达到要求为止。
2. 取得的成果
通过以上步骤实验研究，通过采用以上电镀工艺可以缩短上砂时间，镀层均匀性较好可以的很高的尺寸保证，金刚石均匀的附着在基体表面，砂轮的品质和精度都得以提高。
据上所制作的金刚石砂轮由于镍层在边角亦比较均匀，在镀层较薄的情况下就可以得到很好的把持力，所以磨削钕铁硼材料的速度有了大大的提升，磨后凹弧、凸弧的弧度能够达到工艺要求，达到瓦类装机配合所需要的精度。
四、总结
人造金刚石通过电镀植砂固定于基体表面，上砂镀层厚度为10%～20%、增厚镀层厚度为50%～60%、镀层总厚度为70%～80%的生产工艺制作的金刚石砂轮，其性能能够适用我们公司大部分钕铁硼磁铁产品磨削。
参考文献
[1] 郭志猛，宋月清，陈宏霞等. 超硬材料与工具[M]. 北京：冶金工业出版社，1996：12-22.
[2] 王秦生.超硬材料电镀制品[M].中国标准出版社，2001，2：50～52.
[3] 安茂忠.电镀理论与技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2004，1：33.
作者简介：孙野（1987-），男，籍贯：辽宁省抚顺市，学历：本科，无机非金属材料工程，研究方向：磨料磨具。
关键词：金刚石；钕铁硼；超硬磨料；磨削
一、概述：
超硬磨料是指以金刚石为代表的，具有很高硬度的磨料的总称。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。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。人工合成的金刚石大多为细小的颗粒，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度和形状的，可供手工或机械使用的工具[1]。
目前，中国的磁性材料（铁氧体、钕铁硼等）已经跃居世界前列，钕铁硼磁材无论在工业还是日常生活中都得到了广泛的应用，特别是在电机、马达等需要提供恒定磁场的异型瓦类产品中，其装配精度直接影响最终产品的质量。通常采用电镀方法将金刚石固定在基体表面来制造带有凹弧、凸弧的砂轮用于钕铁硼材料的成型磨削。
二、金刚石工具的制作工艺
1.金刚石概述
人造金刚石表面比较粗糙，磨料在结合剂中的结合比较牢固，磨料晶型较完整，刃口多、刃口圆弧半径小，比较锋利，在使用过程中其切削效率高，自锐性能好。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削瘤加工表面质量好。
人造金刚石多是在过渡金属或合金等触媒高温高压烧结制的，所以在其表面也不可避免的含有金属杂质。这些金属表面杂质层如果夹在金刚石晶体与金属镀层之间，将会严重的影响金刚石与金属镀层的紧密结合，降低结合力，会使金刚石过早的脱落，影响砂轮的最终使用性能。
为了使金刚石的表面状态符合电镀的要求，所使用的磨料必须进行镀前的表面处理，包括酸洗和碱洗。
2.电镀金刚石砂轮的优点与缺点
电镀砂轮的优点：a） 新砂轮不用精修，磨削使用简单。b） 可以制作各种复杂性质的砂轮，而且精度较高。c）电镀工艺较简单，成型方便，可以修复重复，制作周期短，设备投资少，不需要高温烧结炉和高温液压机。
电镀砂轮的缺点：a） 因为镀层与金刚石只存在简单的机械包裹结合而不存在化学结合，所以把持力较小，磨料在负荷较重的磨削时易脱落导致整体失效。b）由于电流密度分布不均和尖端效应，镀层厚度分布不均使精度下降。c） 金刚石磨料的不等高性即同一牌号粒度号的金刚石尺寸不一致，可能相差几微米，也可能相差几十微米导致精度下降。
3.电镀液成分
本实用所采用的为硫酸镍-硫酸钴体系，电镀液组分包括：硫酸镍、硫酸钴、硼酸、氯化镍、糖精以及十二烷基硫酸钠等。
4.金刚石砂轮的制作流程
基体加工→基体保护绝缘和上夹具→电镀前处理→预镀底镍→上砂→电镀增厚→镀后处理→成品检验
5.问题分析
电镀金刚石砂轮在制造过程中牵涉多道工序， 任何一道工序进行得不充分， 都会造成砂轮不理想，回顾多次的试验过程，总结了以下的5个可能：（1）在电镀过程中镀层表面产生气泡。因为要让金刚石颗粒顺利镀上就需要把金刚石包裹在基体的表面镀层，这样气体就不可避免的存在了。刚放入镀液时，基体表面有一小部分气体跑不出来，在这些表面中由于气体的隔绝，不能实现电镀镍；（2）在基体的边缘，基体本身尖端效应使镀层厚度增厚，这是一个不可避免的缺陷；（3）在电镀过程中，流经基体表面与金刚石之间的镀液是不均匀造成有的地方结合力太小金刚石脱落；（4）在上砂的过程中，手上油污不可避免对金刚石与基体表面造成污染，使金属表面与电解液接触时形成中间夹层阻碍金属和电解液界面发生电化学反应，并造成金属表面局部甚至全部没有镀层，这样基体的表面缺陷面就比较大；（5）工业生产中，金刚石颗粒在结晶过程中有触媒金属残留在金刚石颗粒中，从而一般工业金刚石都或多或少的带有磁性。因此，受金刚石磁性的影响金属离子定向沉积，有些区域就优先沉积金属而高于周围其他部位形成了小镍瘤。
三、研究结果与讨论
1. 电镀电流与时间工艺
电流密度对电极极化影响很大，而镀层的质量与电极的极化有密切关系，所以电流密度对镀层质量有较大的影响。一般来说，当阴极电流密度过低时，阴极极化作用小，镀层的结晶晶粒较粗，在生产中很少使用过低的阴极电流密度[2]。
电流密度高时，紧靠阴极的金属离子沉积加速，阴极附近的金属离子浓度则降低，致使新一轮金属沉积发生困难，因而晶粒长大受到抑制，促使形成细小晶粒结构[3]。但是电流密度高将使尖端放电效应加剧，所以尽管沉积层晶粒细小，但表面不平，易形成结瘤。
（1）底镍层。底镍层电镀时间一般为20～40min，镀层厚度一般为3～8um，为了保证镀层与基体结合良好，电镀电流一般不超过2A/dm2，本工艺为1.9A/dm2，基体活化后最好带电如槽，一般情况下都要在开始加一个冲击电流（电流时间10～30min）。
（2）上砂镍层。上砂电流使电镀中较小的，一般在1A/dm2以下，本工艺为1～0.5 A/dm2，上砂厚度为磨料粒度的10%～20%。上砂的电流与时间是磨料而定，粒度越小时间越短，粒度越大时间越长。以270目-325目为例，一般上砂时间为2～10min。
（3）加厚镀层。在上砂结合进行加厚镀时，必须先除去基体外围浮砂（卸砂）后才可进行。加厚度使用的电流密度一般为1.5A/dm2以下，本工艺为1.5～1 A/dm2，加厚镀是电镀各个步骤中时间最长的一步，一般时间为3～8h，随着时间延长，镀层加厚，直到达到要求为止。
2. 取得的成果
通过以上步骤实验研究，通过采用以上电镀工艺可以缩短上砂时间，镀层均匀性较好可以的很高的尺寸保证，金刚石均匀的附着在基体表面，砂轮的品质和精度都得以提高。
据上所制作的金刚石砂轮由于镍层在边角亦比较均匀，在镀层较薄的情况下就可以得到很好的把持力，所以磨削钕铁硼材料的速度有了大大的提升，磨后凹弧、凸弧的弧度能够达到工艺要求，达到瓦类装机配合所需要的精度。
四、总结
人造金刚石通过电镀植砂固定于基体表面，上砂镀层厚度为10%～20%、增厚镀层厚度为50%～60%、镀层总厚度为70%～80%的生产工艺制作的金刚石砂轮，其性能能够适用我们公司大部分钕铁硼磁铁产品磨削。
参考文献
[1] 郭志猛，宋月清，陈宏霞等. 超硬材料与工具[M]. 北京：冶金工业出版社，1996：12-22.
[2] 王秦生.超硬材料电镀制品[M].中国标准出版社，2001，2：50～52.
[3] 安茂忠.电镀理论与技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2004，1：33.
作者简介：孙野（1987-），男，籍贯：辽宁省抚顺市，学历：本科，无机非金属材料工程，研究方向：磨料磨具。