摘要 ：
由于金刚石为非金属材料，与金属或合金间存在很高的界面能，从而影响了其结合强度。为提高金刚石与金属表面间的结合力，采用在金刚石表面先化学镀镍钨磷再电镀铁钨合金，通过扫描电镜和X射线衍射分析所得镀层，镀层中的强碳化物生成元素钨与金刚石表面碳原子反应生成金属碳化物，从而提高了金刚石与金属表面的结合力。此外，分析了电镀过程中出现漏镀的原因并提出了解决方法。
关键词: 金刚石 电镀 铁钨合金
1.前言
金刚石工具的制造方法主要是粉末冶金孕镶法。由于金刚石是非金属，与一般金属或合金间有很高的界面能，致使金刚石表面不能被低熔点金属或合金所浸润，故黏结性能差［1］。金刚石与胎体金属之间的结合强度低，影响了金刚石工具的使用效率和寿命。目前，国内外学者通过大量研究发现：在金刚石表面通过物理或化学方法镀覆某些强碳化物形成金属或合金，则这些金属或合金在高温下能和金刚石表面碳原子发生界面分学反应，生成稳定的金属碳化物［2］，这些碳化物一方面与金刚石表面存在较好的化学键合，另一方面能很好地被胎体金属所浸润，能大大增强金刚石与胎体金属之间的黏结力。
近年来，国内科技工作者对金刚石表面化学镀覆金属或合金进行了大量研究［3～6］，实现了金刚石表面镀覆Ni、Fe、Cu、Ni-W、Ni-Mo、Ni-Zr、Fe-Co和Co-W等金属或合金。但目前金刚石表面化学沉积金属还存在以下问题：①金刚石表面镀覆的Ni-W、Ni-Mo、Co-W和Ni-Zr等镀层中，强碳化物生成元素W、Mo、Zr等金属元素的含量少(一般在10%左右)，对增强金刚石与胎体金属的黏结力效果不明显；②许多强碳化物生成元素Ti、Zr、Cr等很难用化学镀方法实现在金刚石表面的沉积。
由于金刚石表面化学镀覆金属膜层较薄，因而采用电镀加厚金属膜层。由于金刚石颗粒细小，不宜直接制作阴极，因而只能采用滚镀方法进行电镀。 与化学镀类似，强碳化物生成元素Ti、W、Mo等也不能直接从水溶液中通过电沉积得到纯金属镀层，只能与铁族金属元素一起通过诱导共沉积方法析出合金镀层。由于金刚石不导电，因此在进行电镀时，要先通过化学镀镀上一层导电层。本文采用在金刚石表面化学镀Ni-W-P做导电底层，然后再电镀Fe-W合金。
2.实验方法
2.1金刚石表面化学镀Ni-W-P工艺
NiSO4.6H2O 6～10 g/L
Na2WO4.2H2O 32～38 g/L
NaH2PO2.H2O 8～12 g/L
柠檬酸钠 40 g/L
稳定剂 微量
温度 85～95℃
pH值 8.0～8.4
搅拌速度 适中
金刚石经化学镀Ni-W-P后表面呈银白色光泽，具有良好的导电性。
2.2金刚石表面电镀Fe-W合金工艺
Na2WO4 40～50 g/L
FeSO4.7H2O 3～6 g/L
NH4Cl 300 g/L
酒石酸盐 150 g/L
阴极电流密度 5～10 A/dm2
镀液温度 70℃
金刚石表面电镀实验装置如图1所示：
图1 金刚石表面电镀金属装置
3.实验结果及讨论
3.1金刚石表面电镀Fe-W合金镀层的表面形貌分析
金刚石表面电镀Fe-W合金的表面形貌如图2所示。
图2 金刚石表面化学镀Ni-W-P后再
电镀Fe-W合金的表面形貌
从图2可看出，金刚石表面电镀Fe-W合金后，表面不如化学镀Ni-W-P表面光洁平整。这是因为金刚石颗粒导电性差，电流在各颗粒之间及颗粒本身的分布不均匀，造成颗粒表面镀层不均匀，但总的来说，Fe-W合金镀层仍具有较好的整体形貌，通过电镀Fe-W合金，增加了镀层中强碳化物生成元素W的含量。在镀覆金刚石经高温热处理或在热压烧结过程中，强碳化物生成元素将与金刚石表面碳原子发生界面反应生成金属碳化物，从而增强金刚石与胎体金属之间的黏结强度。
3.2金刚石表面镀层的X射线衍射分析
将镀覆金刚石在真空中经900℃高温热处理后进行X射线衍射分析，得到的结果如图3所示。
由图3可知，金刚石表面化学镀Ni-W-P后电镀Fe-W合金，图中WC的特征峰比单纯化学镀Ni-W-P时WC的特征峰高得多。说明电镀Fe-W合金增加了金刚石表面镀层中强碳化物生成元素W的含量，此外，图中也还发现了碳化铁的特征峰。
图3 金刚石表面化学镀Ni-W-P后电镀Fe-W
合金经900℃真空热处理后的X射线衍射图谱
4.金刚石表面电镀金属工艺存在的问题及解决方法
实验发现金刚石表面电镀金属时常常存在漏镀。
金刚石表面漏镀的原因有以下几方面：
①化学镀存在漏镀而造成电镀存在漏镀。
②由于金刚石为颗粒状，颗粒之间接触不良，因而即使通过化学镀镀上了一层导电层，金刚石颗粒之间导电性仍然不好，实验中用万用表测金刚石颗粒层的电阻发现，在一厘米金刚石之间电阻高达100欧姆以上，特别是粗颗粒金刚石导电效果更差。
目前文献［7］介绍的金刚石表面电镀(滚镀)装置，普遍使用细金属丝(除底部暴露外，其余部分全部绝缘)插入金刚石层做阴极，阴极电流很难通过金属丝底部传导至各金刚石颗粒。没有阴极电流通过的金刚石颗粒在溶液中将成为原电池的负极，造成表面镀层溶解，而出现大量漏镀。
③细颗粒金刚石在镀瓶高速旋转下漂浮于镀液上，并可能沉积于阳极而使化学镀层溶解。
为解决金刚石表面电镀工艺中存在的漏镀问题，可以采取以下措施：
①选择最佳化学镀工艺，保证金刚石表面化学镀层均匀，不存在化学漏镀；
②改进金刚石电镀(滚镀)装置，实验中将镀瓶底部全部制成导电层(见图1)，增大阴极与金刚石颗粒之间的接触面积，以增强金刚石颗粒之间的导电性及改善电流分布。
③适当降低镀瓶转速，防止大量金刚石漂浮。将阳极用隔膜(如用不导电但渗透能力强的离子膜或尼纶布)包裹以防止漂浮的金刚石落在阳极上。