金刚石微粉化学镀镍技术概述
摘要摘要：传统的金刚石粉末电镀难以达到镍层的完整性，镍层厚度不均匀，金刚石颗粒间的粘连现象无法避免，电镀过程中及电镀后金刚石粉末中混入了大量的镍粉，镍装甲技术在金刚石粉末电镀中得到应用，并取得了良好的效果。
摘要：传统金刚石微粉电镀难以达到镀镍层的完整性，镀镍层厚度不均匀，金刚石颗粒间的粘连现象无法避免，金刚石微粉电镀过程中及电镀后，金刚石微粉中混入大量镍粉。镍铠科技推出的金刚石微粉化学镀镍工艺，在传统工艺流程的基础上优化了前处理工艺，采用成熟的高磷化学镀镍工艺，实现多循环镀镍，在大幅提高电镀质量的同时，降低了电镀成本及镀镍废液的丢弃。
关键词：金刚石线锯；金刚石粉；金刚石粉涂层；金刚石粉化学镀镍；
前言
金刚石粉化学镀镍是一项很早实用的工艺技术，早期称为金刚石金属化镀。20世纪70年代末，与化学镀镍有关的技术书籍中就有非金属难镀材料化学镀镍的相关章节。当时金刚石镀层主要用于金刚石工具、金刚石砂轮的复合镀，以增强金刚石与工具、磨料基体之间的把持力（我们叫结合力）。目前流行的工艺基本遵循传统工艺（除油-粗化-敏化-钯活化-化学镀镍）。
2015年以来，随着光伏行业推动金刚石线锯大规模应用替代传统砂浆+钢丝切割硅材料，金刚石线锯作为一个相对冷门的产品，突然走红。光伏行业相关行业报告指出，目前金刚石线锯的市场产量和产值每年约有数千亿元。近四年来，国内出现了近十家专业生产金刚石线锯的上市公司，以及数十家未上市的大型金刚石线锯生产企业。这带来了金刚石线锯连续镀行业的大发展。作为金刚石线锯的主要材料——金刚石粉，金刚石粉化学镀镍也顺应了这一趋势，成为近年来发展迅速的工艺技术。
金刚石及金刚石微粉：这里所说的金刚石是人造金刚石晶体，是由石墨和触媒在六面顶压机的模具中在高温高压下人工生成的，密度为3.5克/立方厘米，具有天然金刚石的物理化学性质，是目前硬度最高的材料，常用于生产高硬度的切削刀具和磨料。人造金刚石晶体经破碎、粒度分选、形状分级后，制成确定规格的金刚石微粉，供金刚石线锯使用。目前常规粒度为5微米至50微米，分级级别大致为（5-10、8-12、10-20、20-30、30-40、40-50，单位为微米），粗线用大颗粒金刚石，细线用小颗粒金刚石。 2019年5月，金刚石线锯行业在南京召开了年度行业大会，会上报告指出，大型金刚石线锯母线直径最小已达到切割硅材料的50微米（5线），切割稀土永磁体的金刚石线锯母线直径最小为120微米（12线）。
至于人造金刚石微粉，材质品质、形状等级等参数较多，这里只介绍金刚石微粉化学镀镍，金刚石的分类等级就不详细重复了。我们金刚石微粉化学镀镍生产中，主要相关指标就是粒度，所以金刚石微粉的粒度是我们常用的参数。
1、金刚石微粉化学镀镍工艺溶液参数
1.1 金刚石微粉预处理工艺方案及参数
除油：使用市场上销售的碱性除油粉，要求含有表面活性剂，具有乳化、皂化油的能力，一般浓度为50-100g/L，温度为50℃。
粗化：用稀硝酸（5%）加稀盐酸（1%），常温使用，有溶解铁、镍、钴、铬等触媒金属的能力，常温下即可；
敏化：用氯化亚锡（20g/L）+盐酸（50ml/L）在室温下配制敏化液；
钯活化：用氯化钯（0.1g/L）+盐酸（15ml/L）在室温下配制钯活化溶液；
钯还原溶液：采用市售产品“钯还原剂”，稀释50%，钯还原过程温度为65℃；
以上每个过程都需要搅拌，使金刚石粉末颗粒与溶液充分接触、反应，反应过程需要相应的时间，然后充分沉降，回收溶液，用纯水洗涤。
1.2金刚石粉化学镀镍溶液及参数
化学镀镍溶液槽开启参数：
镍离子浓缩液（称为溶液A） 75 ml/L
络合剂浓缩液（称B液） 200ml/L
还原剂浓溶液（称C溶液） 50ml/L
分散剂浓缩液（称D液） 100ml/L
开罐后溶液参数：
溶液镍离子含量：5-5.5g/L
溶液pH值：4.8-5.2
溶液工作温度：50-65℃
溶液装载量金刚石粉：25-40g/L
2 金刚石微粉化学镀镍工艺简介
2.1 预处理工艺描述
（1）金刚石微粉为粉体，粉体在液体中的处理过程为研钵形式，总是需要经过以下步骤：1、粉体与溶液反应搅拌，2、静置沉降，3、回收上清液，4、纯水洗涤+搅拌，5、静置沉降，6、弃去上清废水；重复步骤4-6，共计4次。
（2）粉末无法完全与溶液分离，因此每次纯水洗涤，约8%的残液会被粉末吸附，无法完全弃去。经过四次纯水洗涤，基本上就是8%处理液的第四次稀释，也就是稀释度达到4.096*10-5。检查是否干净的定量方法是用纯水电导率仪检查最后一次纯水洗涤后的水纯度，如果达到20PPM以下，则认为这一环节是干净的，不会对下一个环节造成污染。
（3）在金刚石粉末脱脂粗化工序中使用超声波清洗机，有利于提高金刚石粉末脱脂粗化效率，节省脱脂粗化工序时间，保证脱脂粗化效果，提高金刚石粉末与涂层的结合力。在敏化及以后的工序中不宜采用超声波清洗，因为敏化后各工序已形成覆盖粉末颗粒的膜层，再采用超声波清洗会破坏新形成的膜层。
（4）整个工艺流程描述：1、除油+4次水洗；2、粗化+4次水洗；3、敏化+4次水洗；4、钯活化+4次水洗；5、钯还原+1次纯水洗；钯还原液反应后只需要1次水洗，一来可以保持钯的活性，二来钯还原剂不是化学镀镍液的污染物。
2.2金刚石微粉化学镀镍工艺说明
（1）开始金刚石粉化学镀镍（以生产10升塑料桶为例）。将300-500克完成钯还原的金刚石粉与5000毫升化学镀镍溶液充分混合，通过搅拌使金刚石粉悬浮，将整个塑料桶在搅拌的同时放入水浴中加热，当温度达到化学镀镍反应温度时，溶液表面开始出现细小的气泡，经钯活化的金刚石粉已催化了化学镀镍反应。
（2）化学镀镍的反应速度是通过计量泵控制加入溶液的速度来控制的。反应速度过低，生产效率不够，而反应速度过快，往往会使金刚石粉颗粒团聚在一起，粘附在镀层上，无法分离。
2.3 金刚石微粉化学镀镍增重控制说明
精准控制增重率是为了实现包覆厚度的控制。正是因为粉末的包覆厚度难以准确测量，所以用增重率来表达金刚石粉末的平均包覆厚度。而且，通过精确称量包覆后的金刚石粉末和剥离后的金刚石粉末，可以精确计算出增重率。这是金刚石线锯行业评估金刚石粉末包覆厚度的常用方法。当金刚石粉末的尺寸确定后，可以用球体模拟计算金刚石粉末的比表面积（dm2/g），从而模拟增重率与包覆厚度的对比关系。见下表
增重率涂层厚度对照表：
由上表计算可知，球体模拟的涂层厚度在16~196纳米之间，球体是比表面积最小的形状。不规则多面体金刚石微粉的比表面积较大（相差约130%），涂层较薄，由此可见，即使增重率达到30%，涂层厚度也仅在数百纳米级别。
为了控制增重，首先我们的化学镀镍工艺溶液中镍离子含量为5克/升，反应充分停止，溶液剩余2克，也就是说，不加任何添加，每升溶液可以产生3克的镍镀层。如果设计的金刚石微粉需要增重率为10%，那么金刚石微粉的装填量为30克，镀后30克金刚石微粉得到3克的镍镀层，实现了准确的增重10%。
考虑到添加量，镍精矿为1.2mol/L，14.2ml含1克镍，可以精确控制镍精矿和还原剂，从而在较大范围内控制镀镍层重量，实现增重速率控制。
2.4 化学镀镍的多次循环使用
对于化学镀镍的长寿命使用，这打破了传统金刚石微粉传统镀层模式。传统金刚石镀层往往使用一次，使用周期约为1.0-1.5个周期。目前化学镀镍溶液厂家都有自己的化学镀镍溶液额定使用周期（MTO）。我们可以通过合理添加浓缩液，镀后重新浓缩调整工作液，实现金刚石微粉化学镀镍工作液的多周期使用。目前我们建议客户使用周期为6个周期。这种方式不仅降低了金刚石化学镀镍成本，更直接实现了化学镀镍废液的低排放，具有经济效益和环保效益。
3 结论
通过优化钯活化和钯还原工艺参数，使低浓度离子钯溶液中金刚石微粉颗粒表面得到充分活化，且镀镍过程中无镍粉产生。
通过使用分散剂并保持合理的镀镍速度，使金刚石微粉颗粒独立、不团聚，镀镍层均匀完整。
采用成熟的化学镀镍工艺材料，可实现金刚石微粉化学镀镍溶液多循环稳定运行，达到低排放、高效益。
采用计量泵添加方式控制溶液添加速度，实现对金刚石微粉化学镀镍反应速度的精确控制。