제조업이 첨단 기술로 전환됨에 따라, 청정 에너지 및 반도체·태양광 산업의 급속한 발전과 함께 고효율 및 고정밀 가공 능력에 대한 다이아몬드 공구의 수요가 증가하고 있습니다. 하지만 인공 다이아몬드 분말이 주요 원료로 사용되면서 다이아몬드 분말의 강도와 매트릭스 유지력이 약하고 초경 공구의 수명이 짧습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 업계에서는 일반적으로 금속 소재에 다이아몬드 분말을 표면 코팅하여 표면 특성을 개선하고 내구성을 향상시켜 공구의 전반적인 품질을 향상시키고 있습니다.
다이아몬드 분말 표면 코팅 방법은 화학 도금, 전기 도금, 마그네트론 스퍼터링 도금, 진공 증발 도금, 핫 버스트 반응 등을 포함하여 다양하며, 화학 도금과 성숙한 공정을 갖춘 도금, 균일한 코팅, 코팅 구성 및 두께를 정확하게 제어할 수 있으며, 맞춤형 코팅의 장점이 있어 업계에서 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 기술이 되었습니다.
1. 화학 도금
다이아몬드 분말 화학 코팅은 처리된 다이아몬드 분말을 화학 코팅 용액에 넣고, 화학 코팅 용액 내의 환원제의 작용을 통해 금속 이온을 코팅 용액에 석출시켜 치밀한 금속 코팅을 형성하는 것입니다. 현재 가장 널리 사용되는 다이아몬드 화학 도금은 화학 니켈 도금입니다. 인(Ni-P) 이원 합금을 화학 니켈 도금이라고 합니다.
01 화학니켈도금액의 조성
화학 도금액의 조성은 화학 반응의 원활한 진행, 안정성 및 코팅 품질에 결정적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 주염, 환원제, 착화제, 완충제, 안정제, 촉진제, 계면활성제 및 기타 성분을 포함합니다. 최상의 코팅 효과를 얻으려면 각 성분의 비율을 신중하게 조절해야 합니다.
1, 주요염: 일반적으로 황산니켈, 염화니켈, 니켈아미노설폰산, 탄산니켈 등이 있으며, 주요 역할은 니켈 공급원을 제공하는 것입니다.
2. 환원제: 주로 수소 원자를 공급하고, 도금액 내 Ni2+를 Ni로 환원시켜 도금액의 가장 중요한 성분인 다이아몬드 입자 표면에 증착시킵니다. 업계에서는 환원력이 강하고 가격이 저렴하며 도금 안정성이 우수한 이차 인산나트륨이 주로 환원제로 사용됩니다. 이 환원 시스템은 저온 및 고온에서 화학 도금을 구현할 수 있습니다.
3, 복합제: 코팅 용액은 침전물을 침전시킬 수 있으며, 코팅 용액의 안정성을 향상시키고, 도금 용액의 사용 수명을 연장하고, 니켈의 증착 속도를 개선하고, 코팅층의 품질을 개선합니다. 일반적으로 석신산, 구연산, 젖산 및 기타 유기산과 그 염을 사용합니다.
4. 기타 성분: 안정제는 도금 용액의 분해를 억제할 수 있지만, 화학 도금 반응의 발생에 영향을 미치므로 적당히 사용해야 합니다. 완충액은 화학 니켈 도금 반응 중에 H+를 생성하여 pH의 지속적인 안정성을 보장합니다. 계면활성제는 코팅의 기공률을 줄일 수 있습니다.
02 화학적 니켈 도금 공정
차아인산나트륨 시스템의 화학 도금은 매트릭스가 특정 촉매 활성을 가져야 하지만, 다이아몬드 표면 자체에는 촉매 활성 중심이 없기 때문에 다이아몬드 분말의 화학 도금 전에 전처리가 필요합니다. 화학 도금의 전통적인 전처리 방법은 유분 제거, 조대화, 감광화, 활성화입니다.
(1) 오일 제거, 조대화: 오일 제거는 주로 다이아몬드 분말 표면의 오일, 얼룩 및 기타 유기 오염 물질을 제거하여 후속 코팅의 밀착성과 양호한 성능을 확보하는 것입니다. 조대화는 다이아몬드 표면에 작은 구멍과 균열을 형성하여 다이아몬드 표면 거칠기를 증가시킬 수 있습니다. 이는 해당 부위에 금속 이온이 흡착되는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라, 후속 화학 도금 및 전기 도금을 용이하게 합니다. 또한 다이아몬드 표면에 단차를 형성하여 화학 도금 또는 전기 도금 금속 증착층 성장에 유리한 조건을 제공합니다.
일반적으로 오일 제거 단계에서는 NaOH 및 기타 알칼리 용액을 오일 제거 용액으로 사용하고, 조대화 단계에서는 질산 및 기타 산성 용액을 조화학 용액으로 사용하여 다이아몬드 표면을 에칭합니다. 또한, 이 두 가지 세척 단계는 초음파 세척기와 함께 사용해야 합니다. 초음파 세척기는 다이아몬드 분말의 오일 제거 및 조대화 효율을 높이고, 오일 제거 및 조대화 과정의 시간을 절약하며, 오일 제거 및 조대화 효과를 보장합니다.
(2) 감응 및 활성화: 감응 및 활성화 과정은 전체 화학 도금 공정에서 가장 중요한 단계이며, 화학 도금의 수행 여부와 직접적인 관련이 있습니다. 감응은 자가 촉매 능력이 없는 다이아몬드 분말 표면에 쉽게 산화되는 물질을 흡착시키는 것입니다. 활성화는 니켈 입자의 환원에 의해 발생하는 차아인산 및 촉매 활성 금속 이온(예: 금속 팔라듐)의 산화를 흡착하여 다이아몬드 분말 표면의 코팅 증착 속도를 가속화하는 것입니다.
일반적으로 감응 및 활성화 처리시간이 너무 짧으면 다이아몬드 표면 금속 팔라듐점 형성이 적고, 코팅의 흡착이 부족하여 코팅층이 쉽게 벗겨지거나 완전한 코팅을 형성하기 어렵고, 처리시간이 너무 길어 팔라듐점 낭비가 발생하므로 감응 및 활성화 처리시간은 20~30분 정도가 가장 좋다.
(3) 화학 니켈 도금: 화학 니켈 도금 공정은 도금 용액의 조성뿐만 아니라 도금 용액의 온도와 pH 값에도 영향을 받습니다. 전통적인 고온 화학 니켈 도금의 경우, 일반적인 온도는 80~85℃이며, 85℃ 이상에서는 도금 용액의 분해가 발생하기 쉽고, 85℃ 미만에서는 반응 속도가 빨라집니다. pH 값이 증가함에 따라 도금 증착 속도가 증가하지만, pH는 니켈 염 침전물을 형성하여 화학 반응 속도를 저해합니다. 따라서 화학 니켈 도금 공정에서는 화학 도금 용액의 조성 및 비율, 화학 도금 공정 조건을 최적화하고, 화학 도금 증착 속도, 도금 밀도, 도금 내식성, 도금 밀도 방법, 도금 다이아몬드 분말 등을 제어하여 산업 발전의 요구를 충족합니다.
또한, 단일 코팅으로는 이상적인 코팅 두께를 얻을 수 없으며, 기포, 핀홀 및 기타 결함이 발생할 수 있으므로 코팅 품질을 개선하고 코팅된 다이아몬드 분말의 분산을 증가시키기 위해 여러 번 코팅할 수 있습니다.
2. 전기 니켈 도금
다이아몬드 화학 니켈 도금 후 코팅층에 인이 존재하면 전기 전도성이 저하되어 다이아몬드 공구의 모래 로딩 공정(다이아몬드 입자를 매트릭스 표면에 고정하는 공정)에 영향을 미치므로, 인이 없는 도금층을 니켈 도금 방식으로 사용할 수 있습니다. 구체적인 공정은 니켈 이온이 포함된 코팅 용액에 다이아몬드 분말을 넣고, 다이아몬드 입자가 음극과 접촉하여 음극이 되고, 니켈 금속 블록이 도금 용액에 잠겨 양극과 연결되어 양극이 됩니다. 이 양극은 전기 분해 작용을 통해 코팅 용액 내의 자유 니켈 이온이 다이아몬드 표면의 원자로 환원되고, 이 원자가 코팅층으로 성장합니다.
01 도금 용액의 구성
화학 도금액과 마찬가지로 전기도금액은 주로 전기도금 공정에 필요한 금속 이온을 공급하고, 니켈 증착 공정을 제어하여 원하는 금속 코팅을 형성합니다. 주요 성분으로는 주염, 양극 활성제, 완충제, 첨가제 등이 있습니다.
(1) 주염 : 주로 황산니켈, 아미노설폰산니켈 등을 사용한다. 일반적으로 주염 농도가 높을수록 도금 용액 중 확산이 빨라지고 전류 효율이 높아지며 금속 증착 속도가 빨라지지만 코팅 입자가 거칠어지고 주염 농도가 낮아질수록 코팅의 전도도가 나빠지고 제어가 어려워진다.
(2) 양극 활성제: 양극은 부동태화가 쉽고 전도성이 나빠지기 쉽고 전류 분포의 균일성에 영향을 미치므로 염화니켈, 염화나트륨 등의 양극 활성제를 첨가하여 양극 활성화를 촉진하고 양극 부동태화의 전류 밀도를 개선해야 합니다.
(3) 완충제: 화학 도금액과 마찬가지로 완충제는 도금액과 음극 pH의 상대적인 안정성을 유지하여 전기 도금 공정의 허용 범위 내에서 변동될 수 있도록 합니다. 일반적인 완충제로는 붕산, 아세트산, 중탄산나트륨 등이 있습니다.
(4) 기타 첨가제 : 도료의 요구에 따라 광택제, 평활제, 습윤제 및 기타 첨가제를 적당량 첨가하여 도료의 품질을 향상시킨다.
02 다이아몬드 전기 도금 니켈 흐름
1. 도금 전 전처리: 다이아몬드는 전도성이 없는 경우가 많기 때문에 다른 코팅 공정을 통해 금속층을 도금해야 합니다. 화학 도금법은 금속층을 미리 도금하고 두껍게 하는 데 자주 사용되므로, 화학 코팅의 품질은 도금층의 품질에 어느 정도 영향을 미칩니다. 일반적으로 화학 도금 후 코팅의 인 함량은 코팅 품질에 큰 영향을 미칩니다. 고인 코팅은 산성 환경에서 내식성이 비교적 우수하고, 코팅 표면은 돌출부가 많고 표면 거칠기가 크며 자성이 없습니다. 중인 코팅은 내식성과 내마모성을 모두 갖추고 있으며, 저인 코팅은 전도성이 비교적 우수합니다.
또한 다이아몬드 분말의 입자 크기가 작을수록 비표면적이 커지므로 코팅 시 도금액에 쉽게 떠올라 누설이 발생하고 도금 시 코팅이 헐거워지는 현상이 발생합니다. 도금 전에 P 함량과 코팅 품질을 제어하여 다이아몬드 분말의 전도도와 밀도를 조절하여 분말의 떠오름을 개선해야 합니다.
2. 니켈 도금: 현재 다이아몬드 분말 도금은 롤링 코팅 방식을 많이 채택하고 있습니다. 즉, 병입 시 적정량의 전기 도금 용액을 첨가하고, 일정량의 인공 다이아몬드 분말을 전기 도금 용액에 넣은 후, 병을 회전시켜 병입 시 다이아몬드 분말을 롤링시키는 방식입니다. 이때 양극은 니켈 블록에, 음극은 인공 다이아몬드 분말에 연결됩니다. 전기장의 작용으로 도금액 내 니켈 이온이 자유롭게 이동하여 인공 다이아몬드 분말 표면에 금속 니켈을 형성합니다. 그러나 이 방식은 코팅 효율이 낮고 코팅이 고르지 않다는 문제가 있어 회전 전극 방식이 등장하게 되었습니다.
회전 전극 방식은 다이아몬드 분말 도금에서 음극을 회전시키는 방식입니다. 이 방식을 통해 전극과 다이아몬드 입자 사이의 접촉 면적을 늘리고, 입자 간의 균일한 전도도를 높이며, 도금 불균일 현상을 개선하고 다이아몬드 니켈 도금의 생산 효율을 향상시킬 수 있습니다.
간략한 요약
다이아몬드 공구의 주요 원료인 다이아몬드 미세분말의 표면 개질은 매트릭스 제어력을 향상시키고 공구의 수명을 연장하는 중요한 수단입니다. 다이아몬드 공구의 모래 적재율을 개선하기 위해 일반적으로 다이아몬드 미세분말 표면에 니켈과 인 층을 도금하여 일정한 전도성을 부여한 후, 니켈 도금을 통해 도금층을 두껍게 하여 전도성을 향상시킵니다. 그러나 다이아몬드 표면 자체에는 촉매 활성 중심이 없으므로 화학 도금 전에 전처리가 필요하다는 점에 유의해야 합니다.
참고 문서:
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게시 시간: 2025년 3월 13일
