金刚粉(金刚石微粉化学镀镍技术概述)

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        摘要 摘要：传统金刚石微粉镀覆难以做到镀覆镍层的完整性，存在镀覆的镍层厚度不均匀，并且无法避免金刚石颗粒之间的粘连，镀覆金刚石微粉过程中及镀覆后金刚石微粉中混杂大量的镍粉，镍铠科技推出的...
摘要：传统金刚石微粉镀覆难以做到镀覆镍层的完整性，存在镀覆的镍层厚度不均匀，并且无法避免金刚石颗粒之间的粘连，镀覆金刚石微粉过程中及镀覆后金刚石微粉中混杂大量的镍粉，镍铠科技推出的金刚石微粉化学镀镍工艺流程，在传统工艺流程的基础上，优化前处理流程，采用成熟的高磷化学镀镍工艺，实现多周期镀镍，在大幅度提高镀覆品质的情况下，降低镀覆成本，减少镀镍废液的抛弃。
关键词：金刚石线锯；金刚石微粉；金刚石微粉镀覆；金刚石微粉化学镀镍；
前言
金刚石粉体化学镀镍是个很早就实用化的工艺技术金刚粉，早期称为金刚石金属化镀覆，上世纪70年代后期与化学镀镍有关的技术书籍，在非金属、难镀材料化学镀镍有相关章节的介绍，当时的金刚石镀覆后主要用于金刚石刀具、金刚石砂轮的复合镀，以增强金刚石与刀具、磨具基体的把持力（我们称为结合力）。目前的通行的工艺流程基本上还是遵循了传统的工艺流程（除油-粗化-敏化-钯活化-化学镀镍）。
自2020年以来，随着光伏产业大量推广应用金刚石线锯取代传统的砂浆+钢线切割硅材料，金刚石线锯作为一个相对冷僻的产品，一下子火热起来，光伏行业的有关行业的报告指出，目前的金刚石线锯市场产量产值大约每年在数百亿元的量级，最近四年来，专门生产金刚石线锯的上市公司近十家，没有上市的规模化金刚石线锯生产企业数十家，由此而带来了金刚石线锯线材连续镀行业的大发展，作为金刚石线锯的主要材料——金刚石微粉，金刚石微粉化学镀镍也伴随此风口，近年来成为了一个飞速发展的工艺技术。
金刚石及金刚石微粉：这里所说的金刚石是人造金刚石晶体，由石墨和触媒在六面顶压机的模具中，在高温高压下人工生产出来的，密度在3.5克/立方厘米，具有天然金刚石的物理化学性能，是目前硬度最高的材料，往往用于高硬度刀具、磨具的生产。人造金刚石晶体经过破碎、粒径分选、形状分类分级后，作为确定了规格的金刚石微粉，应用于金刚石线锯的，目前的常规使用粒径从5微米到50微米之间，分类级别大致为（5—10、8—12、10—20、20—30、30—40、40—50、单位是微米），遵循粗线使用大粒径金刚石，细线使用小粒径金刚石的模式，2020年5月份，金刚石线锯行业在南京召开了年度行业会议，会上的报告说明，规模化生产的金刚石线锯母线最小直径已经达到了50微米（5丝），用于硅材料切割，用于稀土永磁体切割的金刚石线锯最小母线直径是120微米（12丝）。
作为人造金刚石微粉还有很多材料品质、形状品级等参数，在这里只是就金刚石微粉化学镀镍做介绍，有关金刚石的分类分级不做详细的转述了，和我们在金刚石微粉化学镀镍生产中相关性指标主要是粒径，所以，对于金刚石微粉粒径作为我们常用参数。
1金刚石微粉化学镀镍工艺全流程溶液参数
1.1金刚石微粉前处理工艺溶液及参数
除油：采用市场商品化碱性除油粉，要求除油粉含表面活性剂，具备对于油脂乳化、皂化能力，一般使用浓度50—100克/升，温度50°C；
粗化：采用稀硝酸（5%）加稀盐酸（1%），常温使用，对铁、镍、钴、铬等触媒类金属，具备溶解能力，常温；
敏化：采用氯化亚锡（20克/升）+ 盐酸（50毫升/升）配制敏化液，常温；
钯活化：采用氯化钯（0.1克/升）+ 盐酸（15毫升/升）配制钯活化液，常温；
钯还原液：采用商品《钯还原剂》，50%稀释使用，钯还原过程温度65°C；
如上每一个过程都需要搅拌，使得金刚石微粉颗粒充分和溶液接触反应，反应过程需要相应时间，然后充分沉降，回收溶液，纯水洗净。
1.2金刚石微粉化学镀镍溶液及参数
化学镀镍溶液开缸参数：
镍离子浓缩溶液（称为A溶液）  75毫升/升
络合剂浓缩溶液（称为B溶液）  200毫升/升
还原剂浓缩溶液（称为C溶液）   50毫升/升
分散剂浓缩溶液（称为D溶液）  100毫升/升
开缸后溶液参数：
溶液镍离子含量: 5—5.5克/升
溶液PH值: 4.8—5.2
溶液工作温度: 50—65°C
溶液负载能力 金刚石微粉: 25—40克/升
2金刚石微粉化学镀镍工艺流程说明
2.1前处理工艺流程说明
（1）金刚石微粉是粉体，粉体在液体里面的处理过程呈现砂浆状，总是需要经过：1、粉体和溶液反应的搅拌，2、静置沉降，3、回收上清溶液，4、纯水水洗+搅拌，5、静置沉降，6、抛弃上清废水；重复4—6过程共计4遍。
（2）粉体无法和溶液彻底分离，所以，每一次纯净水水洗，都会有8%左右的残留液体被粉体吸附而无法全部废弃，经过4遍的纯净水水洗，基本上是8 %处理溶液的4次方稀释金刚粉，也就是稀释达到了4.096*10-5，检验是否洗净的量化方法，是采用纯净水的电导仪来检验最后一遍纯水水洗后的水纯度，达到20PPM以下，即认为本环节洗净，不会对下一环节造成污染。
（3）金刚石微粉除油和粗化环节，配合超声波清洗机使用，有利于提高金刚石微粉的除油及粗化的效率，节省在除油及粗化过程的时间，保障除油及粗话的效果，提高金刚石粉体与镀层的结合力。敏化及以后的环节，不可以施加超声波清洗，因为敏化后的各个环节都已经形成覆盖粉体颗粒的膜层，施加超声波，会破坏刚刚做好的膜层。
（4）全过程陈述：1、除油+4遍洗净；2、粗化+4遍洗净；3、敏华+4遍洗净；4、钯活化+4遍洗净；5、钯还原+1遍纯水洗；钯还原溶液反应后仅仅需要一遍水洗，首先可以保持钯的活性，其次钯还原剂不是化学镀镍溶液的污染物。
2.2金刚石微粉化学镀镍流程说明
（1）金刚石微粉化学镀镍的启动（以10升塑料桶生产为例），将完成了钯还原的300—500克金刚石微粉与5000毫升的化学镀镍溶液充分混合，施加搅拌金刚石微粉悬浮起来，水浴加热整个塑料桶，期间保持搅拌，当温度达到化学镀镍反应温度，溶液表面开始呈现细碎的气泡，被钯活化过的金刚石微粉已经催化了化学镀镍的反应。
（2）通过计量泵控制补加溶液的速度，来控制化学镀镍的反应速度，过低的反应速度生产效率不足，过快的反应速度往往造成金刚石微粉颗粒团聚在一起，被镀层粘连在一起，而无法分离。
2.3金刚石微粉化学镀镍增重控制说明
精确控制增重率，就是实现镀层厚度控制，只是因为粉体的镀层厚度难以精确测量，而用增重率来表述金刚石粉体平均镀层厚度，而且通过精确称量镀覆金刚石微粉及退除镀层后的金刚石微粉，可以精确计算增重率金刚粉，这是金刚石线锯行业考核金刚石微粉镀层厚度通用方法，在金刚石粉体的尺寸确定的状态下，通过用球体来模拟计算金刚石微粉的比表面积（分米2/克），可以模拟实现增重率与镀层厚度的对比关系。见下表
增重率镀层厚度对照表：



如上表计算，按照球体模拟的镀层厚度在16—196纳米，而球体是比表面积最小的形状，不规则多面体的金刚石微粉，比表面积更大（相差130%左右），镀层更薄，体现出，即使是增重率达到了30%，镀层厚度也仅仅是百纳米级别。
控制增重，首先我们的化学镀镍工艺溶液的镍离子含量为5克/升，反应充分的到停止反应，溶液剩余2克，就是说在不补加的情况下，每升溶液可以生产镀镍层重量3克，如果设计生产的金刚石微粉需要增重率10%，那么，金刚石微粉装载量为30克，镀后的30克金刚石微粉得到了3克镍镀层，精确实现了10%的增重。
考虑到补加，镍浓缩液为1.2mol/L，14.2毫升含1克镍，可以精确控制镍浓缩液和还原剂，来控制更大的范围的镀镍层重量，实现增重率控制。
2.4化学镀镍多周期使用方法
关于化学镀镍长寿命使用，这打破了传统金刚石微粉传统镀覆的模式，传统金刚石镀覆往往是一次性使用，使用周期大约1.0—1.5周期，而目前化学镀镍药水厂家都有自己的化学镀镍溶液额定使用周期的（MTO），我们通过合理补加浓缩液，镀后再浓缩调整工作液，可以实现金刚石微粉化学镀镍工作液的多周期使用，目前我们建议客户使用周期为6周期。这样的做法除了降低了金刚石化学镀镍成本，更直接的实现低排放化学镀镍废弃液。既有经济效益也有环境效益。
3结束语
通过优化钯活化及钯还原工艺参数，做到低浓度离子钯溶液金刚石微粉颗粒表面充分活化，镀镍过程无镍粉。
通过采用分散剂，同时保持合理镀镍镀速的情况下，金刚石微粉颗粒的独立无团聚及镀镍层均匀完整。
通过采用成熟的化学镀镍工艺材料，实现金刚石微粉化学镀镍溶液的多周期稳定工作，实现低排放高效益。
通过采用计量泵补加方法，控制溶液补加速度，实现金刚石微粉化学镀镍反应速度的精密控制。

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