مع تحول التصنيع إلى صناعة متطورة، يشهد قطاع الطاقة النظيفة وأشباه الموصلات والطاقة الكهروضوئية تطورًا سريعًا، مما يسهم في تزايد الطلب على أدوات الماس عالية الكفاءة والدقة. ومع ذلك، يُعد مسحوق الماس الاصطناعي المادة الخام الأهم، حيث أن قوة تثبيت المصفوفة وقوة تثبيت الماس ليست قوية، مما يؤدي إلى قصر عمر أدوات الكربيد المبكرة. ولحل هذه المشاكل، يعتمد القطاع عمومًا على طلاء سطح مسحوق الماس بمواد معدنية لتحسين خصائص السطح وزيادة المتانة، وبالتالي تحسين الجودة الشاملة للأداة.
طريقة طلاء سطح مسحوق الماس هي أكثر من ذلك، بما في ذلك الطلاء الكيميائي، والطلاء الكهربائي، والطلاء بالرش المغناطيسي، والطلاء بالتبخير الفراغي، والتفاعل الساخن، وما إلى ذلك، بما في ذلك الطلاء الكيميائي والطلاء مع عملية ناضجة، والطلاء الموحد، ويمكن التحكم بدقة في تكوين الطلاء وسمكه، ومزايا الطلاء المخصص، أصبحت الصناعة اثنين من التكنولوجيا الأكثر استخداما.
1. الطلاء الكيميائي
الطلاء الكيميائي بمسحوق الماس هو وضع مسحوق الماس المُعالج في محلول الطلاء الكيميائي، وترسيب أيونات المعدن فيه بتأثير عامل الاختزال، مما يُشكل طبقة معدنية كثيفة. حاليًا، يُعد طلاء النيكل الكيميائي - سبيكة الفوسفور (Ni-P) الثنائية الأكثر استخدامًا في طلاء الماس، ويُطلق عليها عادةً طلاء النيكل الكيميائي.
01 تركيبة محلول طلاء النيكل الكيميائي
يؤثر تركيب محلول الطلاء الكيميائي تأثيرًا حاسمًا على سلاسة التفاعل الكيميائي واستقراره وجودة الطلاء. عادةً ما يحتوي على الملح الرئيسي، وعامل الاختزال، والمعقد، والمنظم، والمثبت، والمسرع، والعامل الخافض للتوتر السطحي، ومكونات أخرى. يجب ضبط نسبة كل مكون بعناية لتحقيق أفضل تأثير طلاء.
1، الملح الرئيسي: عادة كبريتات النيكل، كلوريد النيكل، حمض النيكل الأميني السلفونيك، كربونات النيكل، وما إلى ذلك، دوره الرئيسي هو توفير مصدر النيكل.
٢. عامل اختزال: يُوفر بشكل رئيسي الهيدروجين الذري، ويُختزل Ni2+ في محلول الطلاء إلى Ni، ويرسبه على سطح جزيئات الماس، وهو أهم مكون في محلول الطلاء. في الصناعة، يُستخدم فوسفات الصوديوم الثانوي، الذي يتميز بقدرة اختزال عالية وتكلفة منخفضة وثبات طلاء جيد، بشكل رئيسي كعامل اختزال. يُمكن لنظام الاختزال تحقيق طلاء كيميائي في درجات حرارة منخفضة وعالية.
3، عامل معقد: يمكن لمحلول الطلاء ترسيب الترسيب، وتعزيز استقرار محلول الطلاء، وإطالة عمر خدمة محلول الطلاء، وتحسين سرعة ترسب النيكل، وتحسين جودة طبقة الطلاء، واستخدام حمض السكسينين، وحمض الستريك، وحمض اللاكتيك والأحماض العضوية الأخرى وأملاحها بشكل عام.
4. المكونات الأخرى: يمكن للمثبت أن يمنع تحلل محلول الطلاء، ولكن لأنه سيؤثر على حدوث تفاعل الطلاء الكيميائي، يحتاج إلى استخدام معتدل؛ يمكن للمنظم أن ينتج H + أثناء تفاعل طلاء النيكل الكيميائي لضمان الاستقرار المستمر لدرجة الحموضة؛ يمكن للمادة الخافضة للتوتر السطحي أن تقلل من مسامية الطلاء.
02 عملية طلاء النيكل الكيميائي
يتطلب الطلاء الكيميائي لنظام هيبوفوسفات الصوديوم أن يكون للمصفوفة نشاط تحفيزي معين، ولأن سطح الماس نفسه لا يحتوي على مركز نشاط تحفيزي، فيجب معالجته مسبقًا قبل الطلاء الكيميائي لمسحوق الماس. وتتمثل طريقة المعالجة المسبقة التقليدية للطلاء الكيميائي في إزالة الزيت، والتخشين، والتحسس، والتنشيط.
(1) إزالة الزيت، التكسير: تهدف إزالة الزيت بشكل أساسي إلى إزالة الزيت والبقع والملوثات العضوية الأخرى من سطح مسحوق الماس، لضمان ملاءمة دقيقة وأداء جيد للطلاء اللاحق. يمكن أن يؤدي التكسير إلى تكوين بعض الحفر والشقوق الصغيرة على سطح الماس، مما يزيد من خشونة سطح الماس، مما لا يساعد فقط على امتصاص أيونات المعادن في هذا المكان، وتسهيل الطلاء الكيميائي والكهربائي اللاحق، بل يشكل أيضًا خطوات على سطح الماس، مما يوفر ظروفًا مواتية لنمو طبقة الطلاء الكيميائي أو الكهربائي المعدنية.
عادةً ما تُستخدم هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ومحاليل قلوية أخرى كمحلول لإزالة الزيت في خطوة إزالة الزيت، أما في خطوة التخشين، فيُستخدم حمض النيتريك ومحاليل حمضية أخرى كمحلول كيميائي خام لنقش سطح الماس. بالإضافة إلى ذلك، يجب استخدام هاتين الطريقتين مع جهاز التنظيف بالموجات فوق الصوتية، مما يُحسّن كفاءة إزالة زيت مسحوق الماس وتخشينه، ويُوفر الوقت في عملية إزالة الزيت وتخشينه، ويضمن فعالية إزالة الزيت والتخشين.
(٢) التحسيس والتنشيط: تُعد عملية التحسيس والتنشيط الخطوة الأهم في عملية الطلاء الكيميائي بأكملها، وترتبط ارتباطًا مباشرًا بإمكانية إجراء الطلاء الكيميائي. يهدف التحسيس إلى امتصاص المواد سهلة التأكسد على سطح مسحوق الماس الذي يفتقر إلى القدرة على التحفيز الذاتي. أما التنشيط، فيهدف إلى امتصاص أكسدة حمض الفوسفوريك وأيونات المعادن النشطة تحفيزيًا (مثل معدن البلاديوم) عند اختزال جزيئات النيكل، مما يُسرّع من معدل ترسب الطلاء على سطح مسحوق الماس.
بشكل عام، فإن وقت معالجة التحسس والتنشيط قصير جدًا، وتكوين نقطة البلاديوم المعدنية على سطح الماس أقل، وامتصاص الطلاء غير كافٍ، وطبقة الطلاء من السهل أن تسقط أو يصعب تشكيل طلاء كامل، ووقت المعالجة طويل جدًا، وسوف يتسبب في هدر نقطة البلاديوم، وبالتالي، فإن أفضل وقت لمعالجة التحسس والتنشيط هو 20 ~ 30 دقيقة.
(3) طلاء النيكل الكيميائي: لا تتأثر عملية طلاء النيكل الكيميائي بتركيبة محلول الطلاء فحسب، بل تتأثر أيضًا بدرجة حرارة محلول الطلاء وقيمة الرقم الهيدروجيني (PH). في طلاء النيكل الكيميائي التقليدي عالي الحرارة، تتراوح درجة الحرارة العامة بين 80 و85 درجة مئوية، مما يُسهل تحلل محلول الطلاء عند تجاوزها. وكلما انخفضت درجة الحرارة عن 85 درجة مئوية، زادت سرعة التفاعل. مع زيادة الرقم الهيدروجيني، يرتفع معدل ترسب الطلاء، كما يُسبب الرقم الهيدروجيني ترسب ملح النيكل، مما يُعيق معدل التفاعل الكيميائي. لذلك، في عملية طلاء النيكل الكيميائي، يتم تحسين تركيب محلول الطلاء الكيميائي ونسبته، وظروف عملية الطلاء، والتحكم في معدل ترسب الطلاء الكيميائي، وكثافة الطلاء، ومقاومة الطلاء للتآكل، وطريقة كثافة الطلاء، ومسحوق طلاء الماس، لتلبية متطلبات التطور الصناعي.
بالإضافة إلى ذلك، قد لا يحقق طلاء واحد سمك الطلاء المثالي، وقد تكون هناك فقاعات وثقوب صغيرة وعيوب أخرى، لذلك يمكن أخذ طلاء متعدد لتحسين جودة الطلاء وزيادة تشتت مسحوق الماس المغطى.
2. النيكل الكهربائي
بسبب وجود الفوسفور في طبقة الطلاء بعد طلاء الماس بالنيكل الكيميائي، فإنه يؤدي إلى ضعف التوصيل الكهربائي، مما يؤثر على عملية تحميل الرمل لأداة الماس (عملية تثبيت جزيئات الماس على سطح المصفوفة). لذلك، يمكن استخدام طبقة الطلاء الخالية من الفوسفور في طلاء النيكل. تتمثل العملية المحددة في وضع مسحوق الماس في محلول الطلاء المحتوي على أيونات النيكل، ثم تلامس جزيئات الماس القطب السالب للطاقة في الكاثود، ثم تُغمر كتلة معدن النيكل في محلول الطلاء وتتصل بالقطب الموجب للطاقة لتصبح الأنود. من خلال العملية الكهربائية، تتحول أيونات النيكل الحرة في محلول الطلاء إلى ذرات على سطح الماس، وتنمو هذه الذرات في الطلاء.
01 تركيبة محلول الطلاء
كما هو الحال في محلول الطلاء الكيميائي، يوفر محلول الطلاء الكهربائي بشكل أساسي أيونات المعادن اللازمة لعملية الطلاء الكهربائي، ويتحكم في عملية ترسيب النيكل للحصول على الطلاء المعدني المطلوب. وتشمل مكوناته الرئيسية الملح الرئيسي، وعامل الأنود النشط، وعامل التنظيم، والمواد المضافة، وغيرها.
(1) الملح الرئيسي: يستخدم بشكل أساسي كبريتات النيكل، وأمينو سلفونات النيكل، وما إلى ذلك. بشكل عام، كلما زاد تركيز الملح الرئيسي، زادت سرعة الانتشار في محلول الطلاء، وزادت كفاءة التيار، ومعدل ترسب المعدن، ولكن حبيبات الطلاء ستصبح خشنة، وانخفاض تركيز الملح الرئيسي، وأسوأ موصلية للطلاء، ويصعب السيطرة عليها.
(2) عامل نشط للأنود: نظرًا لأن الأنود سهل التخميل، وسهل التوصيل السيئ، مما يؤثر على انتظام توزيع التيار، لذلك من الضروري إضافة كلوريد النيكل وكلوريد الصوديوم وعوامل أخرى كمنشط أنودي لتعزيز تنشيط الأنود، وتحسين كثافة التيار لتخميل الأنود.
(3) عامل التنظيم: كما هو الحال في محلول الطلاء الكيميائي، يحافظ عامل التنظيم على الاستقرار النسبي لمحلول الطلاء ودرجة حموضة الكاثود، مما يسمح بتقلبه ضمن النطاق المسموح به لعملية الطلاء الكهربائي. ومن بين عوامل التنظيم الشائعة حمض البوريك، وحمض الأسيتيك، وبيكربونات الصوديوم، وغيرها.
(4) إضافات أخرى: وفقًا لمتطلبات الطلاء، أضف كمية مناسبة من العامل الساطع، وعامل التسوية، وعامل الترطيب، والعامل المتنوع، وغيرها من الإضافات لتحسين جودة الطلاء.
02 تدفق النيكل المطلي بالماس
١. المعالجة المسبقة قبل الطلاء: غالبًا ما يكون الماس غير موصل للكهرباء، ويحتاج إلى طلاء طبقة معدنية من خلال عمليات طلاء أخرى. تُستخدم طريقة الطلاء الكيميائي غالبًا لطلاء طبقة معدنية مسبقًا وزيادة سماكتها، لذا فإن جودة الطلاء الكيميائي تؤثر على جودة طبقة الطلاء إلى حد ما. بشكل عام، يؤثر محتوى الفوسفور في الطلاء بعد الطلاء الكيميائي بشكل كبير على جودته، حيث يتميز الطلاء عالي الفوسفور بمقاومة تآكل أفضل نسبيًا في البيئات الحمضية، ويتميز سطح الطلاء ببروز أكبر وخشونة سطحية كبيرة وغياب للخواص المغناطيسية؛ بينما يتميز الطلاء متوسط الفوسفور بمقاومة للتآكل والتآكل؛ بينما يتميز الطلاء منخفض الفوسفور بموصلية أفضل نسبيًا.
بالإضافة إلى ذلك، كلما كان حجم جزيئات مسحوق الماس أصغر، كلما كانت مساحة السطح المحددة أكبر، عند الطلاء، من السهل أن تطفو في محلول الطلاء، وسوف تنتج تسرب، والطلاء، وظاهرة طبقة الطلاء فضفاضة، قبل الطلاء، تحتاج إلى التحكم في محتوى الفوسفور وجودة الطلاء، للسيطرة على الموصلية وكثافة مسحوق الماس لتحسين المسحوق سهل الطفو.
٢. طلاء النيكل: حاليًا، غالبًا ما يعتمد طلاء مسحوق الماس على طريقة الطلاء الدوارة، أي إضافة كمية مناسبة من محلول الطلاء الكهربائي إلى الزجاجة، ثم إضافة كمية معينة من مسحوق الماس الصناعي إلى محلول الطلاء الكهربائي، ومن خلال تدوير الزجاجة، يتم دفع مسحوق الماس في الزجاجة إلى الأسطوانة. في الوقت نفسه، يتم توصيل القطب الموجب بكتلة النيكل، والقطب السالب بمسحوق الماس الصناعي. تحت تأثير المجال الكهربائي، تُشكل أيونات النيكل الحرة في محلول الطلاء نيكلًا معدنيًا على سطح مسحوق الماس الصناعي. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تعاني من مشاكل انخفاض كفاءة الطلاء وعدم تساوي الطلاء، لذلك ظهرت طريقة القطب الدوار.
طريقة دوران القطب الكهربائي هي تدوير الكاثود في طلاء مسحوق الماس. بهذه الطريقة، يمكن زيادة مساحة التلامس بين القطب الكهربائي وجزيئات الماس، وزيادة التوصيلية الكهربائية بينهما، وتحسين ظاهرة عدم تساوي الطلاء، وتحسين كفاءة إنتاج طلاء النيكل الماسي.
ملخص موجز
نظرًا لكونه المادة الخام الرئيسية لأدوات الماس، يُعدّ تعديل سطح مسحوق الماس الدقيق وسيلةً مهمةً لتعزيز قوة التحكم في المصفوفة وإطالة عمر الأدوات. ولتحسين معدل تحميل الرمل لأدوات الماس، يُمكن عادةً طلاء سطح مسحوق الماس الدقيق بطبقة من النيكل والفوسفور للحصول على موصلية كهربائية معينة، ثم زيادة سُمك طبقة الطلاء بالنيكل، مما يُعزز الموصلية. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن سطح الماس نفسه لا يحتوي على مركز نشط محفز، لذا يجب معالجته مسبقًا قبل الطلاء الكيميائي.
وثائق مرجعية:
ليو هان. دراسة حول تقنية طلاء الأسطح وجودة مسحوق الماس الصناعي الدقيق [د]. معهد تشونغ يوان للتكنولوجيا.
يانغ بياو، يانغ جون، ويوان قوانغ شنغ. دراسة حول عملية المعالجة المسبقة لطلاء سطح الماس [مجلة]. توحيد معايير الفضاء.
لي جينغ هوا. بحث حول تعديل سطح وتطبيق مسحوق الماس الاصطناعي الدقيق في مناشير الأسلاك [د]. معهد تشونغ يوان للتكنولوجيا.
فانغ ليلي، تشنغ ليان، وو يانفي، وآخرون. عملية طلاء النيكل الكيميائي لسطح الماس الاصطناعي [مجلة]. مجلة IOL.
أعيد نشر هذه المقالة في شبكة المواد فائقة الصلابة
وقت النشر: ١٣ مارس ٢٠٢٥
