[發(fā)明專利]一種金剛石鉆頭及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911383864.5
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111394761B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王潺;聶俊卿;李錢陶;楊長城;熊長新
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七一七研究所
• 主分類號: C25D7/00
• 分類號: C25D7/00;C25D5/14;C25D3/12;C25D15/00
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 謝洋

本發(fā)明具體涉及一種金剛石鉆頭及其制備方法。本發(fā)明提供的金剛石鉆頭包括鉆頭基體和位于鉆頭工作區(qū)域表面的電鍍磨料層，電鍍磨料層包括電鍍結(jié)合劑和金剛石磨粒，電鍍結(jié)合劑為暗鎳和亮鎳復合鍍層。本發(fā)明還提供了上述金剛石鉆頭的制備方法，其是先將鉆頭基體在暗鎳電鍍液中進行預鍍、上砂鍍和加厚鍍，然后再在亮鎳鍍液中進行亮鎳加厚鍍。本發(fā)明得到的金剛石鉆頭加工的腔體毛細孔孔壁更光滑，麻點、道子、起伏等缺陷較少，鉆頭的使用壽命更長、穩(wěn)定性更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉆頭領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石鉆頭及其制備方法。

背景技術(shù)

金剛石鉆頭作為一種具有很高強度和硬度的切削工具，經(jīng)常用于玻璃、陶瓷、巖石等材料加工，常規(guī)金剛石鉆頭的制備方法主要分為燒結(jié)法和電鍍法兩種。相對于燒結(jié)鉆頭、電鍍金剛石鉆頭因為加工精度高、加工質(zhì)量好，在玻璃深孔加工領(lǐng)域應(yīng)用更廣泛。

目前電鍍金剛石鉆頭普遍以鎳鍍層為電鍍結(jié)合劑，鎳鍍層主要分為暗鎳和亮鎳。普通鍍鎳液全部為暗鎳電鍍液，鍍層灰暗無光澤，在暗鎳鍍鎳液中加入光亮劑就成為光亮鍍鎳液。添加的光亮劑會在陰極表面進行分解、還原和吸附，并參與共沉積，影響電極反應(yīng)，最終可以直接獲得光亮、整平的鍍層。光亮劑對鍍層的影響主要有以下幾點：

1)光亮劑具有細晶化作用。一般認為，鍍層的光亮度和鍍層的微粒結(jié)晶有關(guān)，通常晶粒越細，鍍層越光亮，而光亮劑具有使鍍層結(jié)晶明顯細化的作用；

2)光亮劑在陰極表面的吸附作用，阻礙了結(jié)晶沿基體的直角方向生長，因而使陰極上沉積的晶粒有規(guī)則地按平行于基體表面排列，從而有利于形成平滑的表面；

3)光亮劑在陰極表面還原后會吸附在電極表面，在陰極表面凸出的部位，光亮劑吸附量大，使電流不易流過，抑制了凸出部位的結(jié)晶生長；在凹入部位，光亮劑吸附量小，電流大，結(jié)晶生長快，就產(chǎn)生了整平作用；

然而隨著光亮劑的添加，對鍍層性能的影響也不全是正面的。研究表明，光亮劑多為有機成分，電鍍過程有機成分夾雜在鍍層內(nèi)，一般會造成內(nèi)應(yīng)力增加，嚴重地會引起鍍層開裂、脫皮等，表現(xiàn)出明顯的脆性。此外，隨著電鍍液中的成分越來越復雜，電鍍液的穩(wěn)定和各成分間的平衡也越難控制，對長時間批量生產(chǎn)時產(chǎn)品質(zhì)量的考驗也愈發(fā)嚴峻。

綜上所述，亮暗鎳鍍層各有優(yōu)缺點：暗鎳鍍層硬度較低、內(nèi)應(yīng)力小，鍍層結(jié)合力好、相對不耐磨損；亮鎳鍍層硬度可以達到很高、內(nèi)應(yīng)力大，鍍層結(jié)合力較差、更耐磨損。

激光陀螺是一種激光角速率傳感器，在同一環(huán)形諧振腔光路中反向傳播同一光源輸出的激光，通過薩格納克效應(yīng)來檢測外界環(huán)形的旋轉(zhuǎn)角速度。激光陀螺無需機電陀螺所必需的高速轉(zhuǎn)子，具有高精度、高可靠、長壽命、快速啟動、長期穩(wěn)定性好和全固態(tài)等特點，是公認的新一代高靈敏、高精度、高可靠、大動態(tài)范圍捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)的理想傳感器。

激光陀螺腔體是組成激光陀螺諧振腔的核心部件，一般由微晶玻璃構(gòu)成，具有復雜內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，材料硬度和尺寸精度要求高，一般只能采用硬度和切削性能非常好的電鍍金剛石鉆頭加工而成。

為了提高諧振腔真空特性和陀螺精度，對腔體內(nèi)孔質(zhì)量，尤其是內(nèi)孔孔壁光滑程度，也提出了更高的要求。為了改善內(nèi)孔孔壁光滑程度，申請人在金剛石鉆頭制備過程中逐漸將金剛石顆粒粒度降低，但同時也增加了鉆頭使用過程的不穩(wěn)定性。

以腔體加工鉆頭中使用量最大、內(nèi)孔質(zhì)量要求最高的毛細孔鉆頭為例，這些問題主要表現(xiàn)在：

1)鉆頭使用壽命較低。1根毛細孔鉆頭僅能加工約2個以下腔體。

2)鉆頭合格率較低。在單根鉆頭規(guī)定使用壽命范圍內(nèi)，經(jīng)常出現(xiàn)因鉆頭脫砂、燒刀造成的鉆頭停用，甚至腔體報廢，進而有可能損壞機床。

3)電鍍工序穩(wěn)定性不好。2018年之前，平均每年發(fā)生1次連續(xù)多批次性鉆頭生產(chǎn)故障，每次故障處理時間都長達1個月以上，可以說對鉆頭生產(chǎn)質(zhì)量的掌控遠遠不夠。