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镀覆金刚石-化学镀和电镀

金属薄膜使金刚石具有金属特性，增强金属化金刚石与金属及其合金的化学亲和性。涂层的厚度可以从纳米到毫米范围。涂层类别可分为单金属涂层、合金涂层和复合涂层，可以机械嵌入或化学键合于金刚石表面。

电镀方法主要包括化学镀和电镀。

化学镀和电镀

由于金刚石是绝缘体，需要在电镀之前化学镀一层导电膜，然后通过电镀使镀层增厚或继续镀其他金属。因此，化学镀和电镀通常结合使用以实现大规模生产。基于对无电镀和电镀技术性能的严格要求，近年来，大量学者对无电镀和电镀的预处理、镀液成分、镀层工艺以及后处理等方面进行了深入系统的研究。对涂层性能的处理。

（1）镀层的预处理

由于金刚石本身对金属沉积没有催化作用，在无电镀和电镀之前应进行金刚石表面的脱脂、敏化和活化预处理工艺。

常用的工艺配方和操作条件如下：

脱脂： 5～10克/升氢氧化钠，煮沸10～30分钟，用蒸馏水冲洗至中性。其目的是去除金刚石表面的油污。

粗糙化： 10%硝酸溶液或混酸（浓硝酸+浓硫酸），煮沸20～30分钟，用蒸馏水冲洗至中性。其目的是粗糙金刚石表面，并增加金刚石的亲水性。

敏化： 10～20克/升氯化亚锡二水合物，40～48毫升/升盐酸，操作温度为室温，持续8～10分钟。它的目的是在金刚石表面吸附一些还原剂。

激活： PdCl₂浓度为0.2～0.5 g/L，HCl浓度为10 mL/L，操作温度为室温，持续10分钟。其目的是获得一个反应中心。

分散： NaOH浓度为5 g/L，其目的是溶解Sn²⁺或Sn⁴⁺，暴露出作为催化活性的金属钯，在电镀过程中起作用。

敏化和激活是金刚石镀层预处理中最关键的步骤，决定着涂层与金刚石之间的结合强度，以及金属涂层的连续性。为了减少预处理敏化和激活过程，胡等人改进了强酸胶体钯，开发了一种基于盐的胶体钯溶液，采用盐代替酸的方法。黄使用了这项技术，在粒径为10μm的金刚石表面电化学地镀镍，并获得了金刚石微粉的最佳电化学镀过程。陈等人使用这项技术制备电镀金刚石工具。结果显示，金刚石和沉积物之间没有明显的界限，在界面处存在镍-钴结合，这提高了涂层金属与金刚石之间的结合强度。将微米金刚石浸泡在铬酸酸洗溶液中镀前可以改善金刚石表面的亲水性。

（2）镀液组分

化学镀浴主要由金属盐（硫酸镍、氯化镍）、还原剂（次磷酸钠、甲醛、硼氢化物）、络合剂（琥珀酸钠）、稳定剂（硫脲）和pH调节剂（NaOH、HCl，pH值为4～6的酸性镀液，pH值为8～10的碱性镀液）组成。

电镀浴主要由主盐（硫酸镍、磺酸镍铵）、阳极活化剂（氯化镍、氯化钠）、缓冲剂（硼酸）和润湿剂（十二烷基硫酸钠）组成。

组分浓度对镀液稳定性和涂层增重速率有显著影响，进而决定了涂层质量。

NiSO₄和NaH₂PO₂浓度对涂层质量的影响，结果显示增加NiSO₄浓度对于提高的沉积速率是有益的，但浓度不宜过高，否则会导致溶液中Ni²⁺浓度过高，从而产生磷酸镍，降低镀液的稳定性。建议NiSO₄和NaH₂PO₂的浓度为3～5克/升。

NaCl是影响电镀溶液电导率的主要因素。当质量浓度为5～30克/升时，镀覆金刚石的冲击韧性随着浓度的增加而增加。当NiSO₄的质量浓度在100～250克/升之间时，镀覆金刚石的冲击韧性随浓度的增加而增加。沉积速率不仅受主要盐类和还原剂的浓度影响，还受它们的浓度比影响。当Ni²⁺/H₂PO₂^-的摩尔浓度比为0.25～0.6时，沉积速率较高，当摩尔浓度比为0.3～0.45时（溶液pH=4.6），达到最高值。

（3）镀层工艺

化学镀工艺参数主要包括镀液浓度、温度、搅拌速率等；电镀工艺参数主要包括阴极电流密度、pH值、转速等。这些参数对金刚石涂层的质量有影响。

使用酸性无电解镍镀液在金刚石粉末表面进行无电解镍镀层。发现镀液的温度、时间和pH值对镀液的稳定性、沉积速率和涂层质量有显著影响。如果镀层时间太短，金刚石表面就无法完全镀上。相反，如果镀层时间太长，镀液就会不稳定且容易分解。

当电镀电流为2～6安培时，镍镀速率随电流增加而增加，涂层更加均匀密实，泄漏镀现象减少，从而金刚石镍板的冲击韧性和抗压强度相应增加。

为了提高一般涂层与金刚石之间的结合力，研究人员进行了大量实验和研究，改进和创新了无电解镀和电镀的新工艺，如“刺状”镍涂层镀方法、超声波镀等。研究表明，与金刚石平滑涂层相比，金刚石粗糙表面更有利于提高镍镀金刚石与树脂、陶瓷和其他粘合剂之间的结合力，镍刺的生长形态和数量主要取决于镍镀工艺。

镀层电流和时间对基于树脂的镍镀金刚石砂轮性能由影响。高电流短时间镀制的镍镀金刚石层具有高密度、镍刺生长缓慢、涂层与树脂之间的结合强度高，砂轮磨损程度降低了29.43%。在相同的镀层工艺和增重率下，采用钻石钛镀层预处理，然后进行镍镀层，使镀层的镍粒更加圆润，并且镀层与钻石产生化学键结合，增强树脂对钻石的保持力。

尽管具有刺状形状的镍镀层在一定程度上增强了镀层钻石与基体之间的结合力，由于镍是一种高韧性金属，过厚的镀层必然会影响刀片的刃口。研究人员研究了镍镀金刚石工具的重量增长速率对性能的影响。当重量增长速率为30%时，通过镍-金刚石复合镀层获得的金刚石线锯表面形状最佳，金刚石颗粒的沉积密度最高，切割性能最佳。采用脉冲桶镀工艺，使金刚石的抗压强度在金刚石增重50%时提高了39%。

（4）镀后处理

为了消除金刚石和镍镀金刚石之间的界面应力，对镍镀金刚石的镀后热处理。结果表明，与未经热处理的镍镀金刚石相比，镍镀金刚石的平均抗压强度略有增加，并且不影响镀层的表面形貌。

金刚石的表面采用磁控溅射法镀镍。发现与传统的化学镀镍相比，磁控溅射能够在金刚石表面获得均匀致密的金属涂层，具有良好的附着力。张等人通过摇摆和振动的方式，在金刚石微粒上溅射镍，获得了均匀的金属涂层，并制备了电镀金刚石线锯。结果表明，改进后的装置能够有效分散细小金刚石粉末，实现金刚石表面均匀的镍镀层，增强金刚石与涂层的结合，显著减少金刚石脱落的数量。

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