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金刚石颗粒的表面镀镍及其在固结磨料研磨中的应用

   固结磨料研磨因加工效率高、对环境友好等优点,在精密超精密加工领域有着广阔的应用前景。由于金刚石磨料表面光滑、自由能低,使其与树脂之间的结合性不良,降低了磨料的利用率和研磨垫的加工效率。

   采用化学镀和电镀的方法,在金刚石颗粒表面镀覆一层金属Ni(Ni-P),改善树脂对磨料的把持力。采用镀镍金刚石颗粒制备了固结磨料研磨垫,并采用研磨测试系统和马拉松式实验对研磨垫的加工特性进行了评价。

  研究的主要内容和结果如下: (1)探索了金刚石表面化学镀镍工艺,分析了工艺参数对化学镀镍金刚石包覆率和表面形貌的影响,研究了影响包覆率的控制参数。研究表明:Ni-P合金均匀地沉积在金刚石颗粒表面;镀镍工艺对金刚石表面形貌区别明显;获得了精确控制包覆率的参数公式。 (2)评价了含化学镀镍金刚石的固结磨料研磨垫的加工特性,研究了包覆率对研磨加工中摩擦系数、声发射信号、材料去除率及工件表面粗糙度的影响,探讨了不同包覆率下的研磨机理。研究表明:不同包覆率下的研磨加工机理不尽相同,包覆率为50%的化学镀镍金刚石在研磨加工中的特性最优,与未镀金刚石磨料的研磨垫相比,持续加工50min后的材料去除率提高了2.8倍。 (3)探索了金刚石表面电镀镍工艺,设计了实验室小型电镀金刚石的滚镀装置,分析了电流密度对金刚石镍层形貌的影响。研究表明:采用新型的滚镀装置可获得镀层均匀的电镀金刚石颗粒,电镀金刚石的表面粗糙程度随着电流密度的增大而提高。 (4)开展了含电镀镍金刚石的固结磨料研磨垫的加工特性研究,研究了电流密度对研磨加工中摩擦系数、声发射信号、材料去除率及工件表面粗糙度的影响,分析了加工后研磨垫的表面形貌,并与化学镀镍金刚石进行对比。

  研究表明:电流密度的增强可提高含电镀金刚石研磨垫的加工性能;加工50min后,1.5A/dm2电流密度下的材料去除率比同等条件下0.5A/dm2提高了1倍,但均低于化学镀镍金刚石;含化学镀镍金刚石研磨垫的材料去除率稳定性比同等条件下含电镀金刚石的研磨垫提高了60%。

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