[发明专利]一种金刚石钻头及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种金刚石钻头及其制备方法。本发明提供的金刚石钻头包括钻头基体和位于钻头工作区域表面的电镀磨料层，电镀磨料层包括电镀结合剂和金刚石磨粒，电镀结合剂为暗镍和亮镍复合镀层。本发明还提供了上述金刚石钻头的制备方法，其是先将钻头基体在暗镍电镀液中进行预镀、上砂镀和加厚镀，然后再在亮镍镀液中进行亮镍加厚镀。本发明得到的金刚石钻头加工的腔体毛细孔孔壁更光滑，麻点、道子、起伏等缺陷较少，钻头的使用寿命更长、稳定性更好。

技术领域

本发明属于钻头领域，具体涉及一种金刚石钻头及其制备方法。

背景技术

金刚石钻头作为一种具有很高强度和硬度的切削工具，经常用于玻璃、陶瓷、岩石等材料加工，常规金刚石钻头的制备方法主要分为烧结法和电镀法两种。相对于烧结钻头、电镀金刚石钻头因为加工精度高、加工质量好，在玻璃深孔加工领域应用更广泛。

目前电镀金刚石钻头普遍以镍镀层为电镀结合剂，镍镀层主要分为暗镍和亮镍。普通镀镍液全部为暗镍电镀液，镀层灰暗无光泽，在暗镍镀镍液中加入光亮剂就成为光亮镀镍液。添加的光亮剂会在阴极表面进行分解、还原和吸附，并参与共沉积，影响电极反应，最终可以直接获得光亮、整平的镀层。光亮剂对镀层的影响主要有以下几点：

1)光亮剂具有细晶化作用。一般认为，镀层的光亮度和镀层的微粒结晶有关，通常晶粒越细，镀层越光亮，而光亮剂具有使镀层结晶明显细化的作用；

2)光亮剂在阴极表面的吸附作用，阻碍了结晶沿基体的直角方向生长，因而使阴极上沉积的晶粒有规则地按平行于基体表面排列，从而有利于形成平滑的表面；

3)光亮剂在阴极表面还原后会吸附在电极表面，在阴极表面凸出的部位，光亮剂吸附量大，使电流不易流过，抑制了凸出部位的结晶生长；在凹入部位，光亮剂吸附量小，电流大，结晶生长快，就产生了整平作用；

然而随着光亮剂的添加，对镀层性能的影响也不全是正面的。研究表明，光亮剂多为有机成分，电镀过程有机成分夹杂在镀层内，一般会造成内应力增加，严重地会引起镀层开裂、脱皮等，表现出明显的脆性。此外，随着电镀液中的成分越来越复杂，电镀液的稳定和各成分间的平衡也越难控制，对长时间批量生产时产品质量的考验也愈发严峻。

综上所述，亮暗镍镀层各有优缺点：暗镍镀层硬度较低、内应力小，镀层结合力好、相对不耐磨损；亮镍镀层硬度可以达到很高、内应力大，镀层结合力较差、更耐磨损。

激光陀螺是一种激光角速率传感器，在同一环形谐振腔光路中反向传播同一光源输出的激光，通过萨格纳克效应来检测外界环形的旋转角速度。激光陀螺无需机电陀螺所必需的高速转子，具有高精度、高可靠、长寿命、快速启动、长期稳定性好和全固态等特点，是公认的新一代高灵敏、高精度、高可靠、大动态范围捷联式惯性系统的理想传感器。

激光陀螺腔体是组成激光陀螺谐振腔的核心部件，一般由微晶玻璃构成，具有复杂内孔结构，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电镀金刚石钻头加工而成。

为了提高谐振腔真空特性和陀螺精度，对腔体内孔质量，尤其是内孔孔壁光滑程度，也提出了更高的要求。为了改善内孔孔壁光滑程度，申请人在金刚石钻头制备过程中逐渐将金刚石颗粒粒度降低，但同时也增加了钻头使用过程的不稳定性。

以腔体加工钻头中使用量最大、内孔质量要求最高的毛细孔钻头为例，这些问题主要表现在：

1)钻头使用寿命较低。1根毛细孔钻头仅能加工约2个以下腔体。

2)钻头合格率较低。在单根钻头规定使用寿命范围内，经常出现因钻头脱砂、烧刀造成的钻头停用，甚至腔体报废，进而有可能损坏机床。

3)电镀工序稳定性不好。2018年之前，平均每年发生1次连续多批次性钻头生产故障，每次故障处理时间都长达1个月以上，可以说对钻头生产质量的掌控远远不够。