一种电铸过程中防止烧焦的有效方法.pdf

本发明是提供一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于电铸过程中使用了辅助阴极，工件在“上砂”和“固定”加厚初期工序,辅助阴极与被镀工件并联，通过铜排和导线与整流电源的负极相连，辅助阴极有效分摊电流，工件表面不再被“烧焦”，产品的断齿、掉齿、脱齿、脱层、开裂、起皮现象得到根本的解决，产品的合格率提高了27%，生产成本降低14%以上。

权利要求书一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于电铸过程中使用了辅助阴极。
根据权利要求1所述的一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于辅助阴极由导电部分和沉积部分组成，导电部分露出电铸溶液外部，导电部分与沉积部分直接连通，导电部分设有阴极导线连接位置，沉积部分浸没于电铸溶液中，溶液中的金属离子，在电场的作用下，在其表面析出，形成金属或金属合金。
根据权利要求1所述的一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于辅助阴极材料可以是不与电铸溶液发生化学反应的任何一种金属或者金属合金材料；一般可以采用电铸的基础金属，或者选用最为廉价的钢材，或者选用金属钛等，导电部分和沉积部分可以是使用同种金属材料，也可以是不同材质的金属材料。
根据权利要求1所述的一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于辅助阴极可以在单层复合层电镀中使用，也可以在多层复合层电铸中使用。
根据权利要求1所述的一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于辅助阴极的形状和大小基本不受限制；只是考虑生产成本和实际效果，它的表面积大小可以与被镀工件“上砂”总面积基本相仿；如果辅助阴极面积太小，分流作用不强；如果辅助阴极面积太大，无效金属沉积过多，生产成本增加。
根据权利要求1所述的一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于辅助阴极在“上砂”之前，通过导线与整流电源负极连接，然后 “上砂”；“上砂”工序结束后，辅助阴极与整流电源的连接不断开，“卸砂”后，继续“固定”加厚，辅助阴极与整流电源负极连通的“固定”加厚时间大约为总“固定”加厚时间的10%~50%；尔后断开辅助阴极与整流电源的连接，工件继续进行“固定”加厚到金属或金属合金覆盖超硬材料微粒体积的90%以上，然后根据需要进行下一轮的“上砂”和“固定”加厚工序。
根据权利要求1所述的一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于辅助阴极的使用，最好在每一个电镀单槽中分别有一个辅助阴极或者多个辅助阴极联合使用，当然也可以在一台互相连通的电镀槽中公共使用一个辅助阴极，具体情况完全根据被镀工件的表面面积而确定。

说明书一种电铸过程中防止烧焦的有效方法 
技术领域
本发明专利涉及电铸（镀）超硬材料制品和耐磨复合层电铸（镀）生产领域，尤其涉及到电铸金刚石地质钻头、电铸（镀）普通金刚石制品和电铸耐磨配件的生产。 
背景技术
在金刚石地质钻头电铸、普通金刚石制品电铸、具有超硬材料微粒——金属复合镀层构造的耐磨配件的电铸生产过程中，产品经常出现掉齿、断齿、脱层、起皮、开裂等现象而报废。由于掉齿、断齿、脱层、起皮、开裂等现象引起产品报废占总不合格产品的80%以上，它的根本原因是在“上砂”和“固定”初期等工序中由于被镀工件表面真实电流密度过大，出现“烧焦”现象所导致，它是产品合格率一直在70%左右徘徊的根本原因所在，这不仅使得生产成本提高，同时，影响企业的信誉，因此需寻找一种方法来解决。 
发明内容
本发明的目的是要提供一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，她的有益效果是产品的合格率从70%提高到97.5%，降低生产成本14%以上。 
本发明的技术方案是这样实现的，一种电铸过程中防止“烧焦”的有效方法，其特征在于电铸（镀）过程中使用了辅助阴极，辅助阴极与被镀工件并联。 
所述的辅助阴极由导电部分和沉积部分组成，导电部分露出电铸溶液外部，导电部分与沉积部分直接连通，导电部分设有阴极导线连接位置，沉积部分浸没于电铸溶液中，溶液中金属离子，在电场的作用下，在它表面析出形成金属或金属合金。 
所述的辅助阴极材料可以是不与电铸溶液发生化学反应的任何一种金属或者金属合金材料，一般可以采用最为普通廉价的钢材即可，同时也可以使用电铸基础金属材料或者选用最为廉价的钢材，或者选用金属钛；导电部分和沉积部分可以是同一种金属材料，也可以使用不同的材质金属材料。 
所述的辅助阴极可以在单层复合镀层电镀中使用，也可以在多层复合镀层电镀中使用，辅助阴极在“上砂”之前，通过导线与整流电源负极连接，然后“上砂”；“上砂”工序结束，辅助阴极与整流电源的连接不断开，“卸砂”后，直接 “固定”加厚，辅助阴极与整流电源的连接的“固定”加厚时间大约为总“固定”加厚时间的10%~50%；断开辅助阴极与整流电源的连接，被镀工件继续进行“固定”加厚到金属或金属合金覆盖超硬材料微粒体积的90%以上，然后根据需要进行下一轮“上砂”和“固定”加厚；每一次的“上砂”和“固定”加厚工序均按以上程序操作“上砂”和“固定”加厚。 
所述的辅助阴极的形状和大小基本不受限制，只是考虑生产成本和实际效果，它的表面积大小可以与被镀工件“上砂”面积基本相仿，但没有过多限制，辅助阴极沉积面积太小，分流作用不明显；辅助阴极沉积面积太大，无效沉积太多，增加生产成本。为了很好的利用和回收，辅助阴极往往使用电镀的基础金属作为沉积部分的材料，当它足够厚后把它作为阳极即可回收；沉积面最好是直立的，有效避免超硬材料微粒等在其表面沉积，影响其分流效果；其辅助阴极的使用，最好在每一个电镀单槽中分别有一个或者多个，当然也可以在一台互相连通的电镀槽中公共使用一个，具体情况完全根据被镀工件的表面面积而确定。 
附图说明
图1：电铸金刚石地质钻头“预镀”结构示意图 
1、电镀槽       2、阳极       4、外绝缘模具
5、外绝缘胶带   6、被镀工件   7、内绝缘模具    8、唇齿表面
9、阴极导线    10、整流电源    11、上砂区。
图2：电铸金刚石地质钻头“上砂”结构示意图 
1、电镀槽       2、阳极       3、辅助阴极       4、外绝缘模具
5、外绝缘胶带   6、被镀工件   7、内绝缘模具     8、金刚砂埋砂层
9、阴极导线    10、整流电源    11、上砂区。
图3：电铸金刚石地质钻头“固定”结构示意图 
1、电镀槽       2、阳极       3、辅助阴极       4、外绝缘模具
5、外绝缘胶带   6、被镀工件   7、内绝缘模具     8、一层金刚砂
9、阴极导线    10、整流电源    11、上砂区。
具体实施方式
实施以电铸金刚石地质钻头为例，如图1所示，在电镀槽（1）中盛有电铸溶液（12），基本配方如下： 
NiSO4·7H2O    180—350g/l
NiCL2·6H2O    10—55g/l
CoSO4·7H2O    3—30g/l
H3BO3          15—40g/l
柔软剂        0—40g/l
添加剂        少许
温度         30——56度
PH值         3.2——5.8   
溶液搅拌及溶液循环     有。
本配方是以镍钴合金作为地质钻头胎体材料，电镀槽（1）内设有阳极（2），阳极（2）与整流电源（10）的正极相连，被镀工件即地质钻头作为阴极（6），阴极（6）与整流电源（10）的负极相连。 
地质钻头钢体（6）通过外绝缘模具（4）、内绝缘模具（7）、外绝缘胶带（5）以及水口塞把不需要“上砂”的部分绝缘并引出导电线（9），仅预留出钻头唇齿部位（13）。 
绝缘好的钻头钢体（6）经过碱煮除油—水洗—电化除油—超声波除油—水洗—活化—水洗后，导电线（9）连接整流电源的负极，带电放入电镀溶液（12）中，先行用电流密度D1=（2～5）×D（电流密度）冲击5分钟左右，正立放在电镀槽（1）的电镀溶液（12）中，调低电流密度D2≈0.75D，预镀一层镍钴金属合金作为底层。 
如图2所示，预镀一定时间后，调低电流密度D3≈0.25D，将连接有导线的（14）的金属镍板，直立挂在电镀槽（1）内，作为辅助阴极（3），镍板的表面作为辅助阴极（3）的沉积部分，确认辅助阴极（3）与整流电源（10）的负极相连接后，在地质钻头的唇齿部位（13），用吸耳球将金刚石不断地洒在地质钻头唇齿部位(13)与外绝缘夹具（4）、内绝缘夹具（7）以及水口塞共同围成上砂区（11）内，直至整个地质钻头唇齿部位盖满金刚石（8）为止，继续电沉积镍钴合金。 
如图3所示，镍钴合金电沉积约20分钟至2小时后，倒出多余的金刚石，于是在地质钻头的唇齿部位（13）上便均匀的覆盖了一层金刚石（8），地质钻头继续放在电铸溶液（12）中加厚电镀，在“上砂”和前期“固定”加厚过程中，辅助阴极（3）一直与整流电源的负极相连接不断开。调节电流密度D4≈0.4D，然后继续电镀镍钴合金，其辅助阴极通电的“固定”加厚时间t1大约为总“固定”加厚时间的10～50%左右，即t辅=T总固定×（10～50%）；之后，断开辅助阴极（3）与整流电源(10)的连接，地质钻头继续“固定”加厚到金刚石体积的90%以上时，进行下一轮金刚石“上砂”和“固定”加厚；每一次的金刚石“上砂”和“固定”加厚依然按照以上步骤操作。 
由于在“上砂”和前期“固定”加厚操作过程中，金刚石为非导电体，金刚石覆盖后，地质钻头唇齿部位的实际电镀面积大大减少，它的真实电流密度远远大于直观表象电流密度， D真>>D直观，即D1真>>D3，D2真>>D4，从而导致在地质钻头唇齿部位析出氢气，减少了金属镍和钴的析出，严重时基本不析出金属镍原子和金属钴原子，只有氢气析出，从而导致唇齿部位“烧焦”现象出现，引起产品的断齿、掉齿、脱层、起皮、开裂等质量问题。 
本发明设置了辅助阴极（3），辅助阴极（3）与地质钻头（6）并联，均通过导线铜排与整流电源（10）的负极相连，由此，整流电源（10）的电流由正极经过铜排和导线达到阳极（2），阳级的镍金属失去电子成为Ni2+进入电铸溶液（12）中，溶液中的Ni2+和Co2+，在电场作用下，一部分迁移到地质钻头的唇齿部位，在唇齿部位放电，析出金属镍原子和钴原子，镍原子和钴原子按照一定的组合排列形成镍钴合金；电流经地质钻头导线（9）、铜排和导线返回整流电源的负极，即形成电流I1，电铸溶液（12）中的一部分Ni2+和Co2+在电场的作用下，向辅助阴极（3）迁移， Ni2+和Co2+在辅助阴极（3）表面获得电子，析出镍原子和钴原子，镍原子和钴原子按照一定的排列形成镍钴合金。电流经辅助阴极（3）铜排和导线返回整流电源（10）的负极，即形成电流I2，电流I=I1+I2，由此，辅助阴极（3）起到了很好的分流作用，使得地质钻头（6）唇齿部位的真实电流密度和直观表象电流密度基本相符，即D1真实≈D1直观≈D3，D2真实≈D2直观≈D4，由此减少了在地质钻头唇齿部位析出氢气的可能，主要析出金属镍原子和金属钴原子，从而有效地解决了“烧焦”所引起的断齿、掉齿、脱层、起皮、开裂等产品质量问题。