วิธีการชุบผิวเพชร

ในบทความที่แล้ว เราได้พูดถึงเหตุผลและหลักการของการทำให้พื้นผิวเพชรเป็นโลหะ ในช่วงนี้ เราจะพูดถึงวิธีการทั่วไปของการเคลือบผิวเพชรทั้งในประเทศและต่างประเทศ ส่วนใหญ่รวมถึงการชุบด้วยสารเคมี วิธีอาบน้ำเกลือ การชุบด้วยไอสุญญากาศ การเผาเคลือบด้วยผง

 

1. การชุบเคมีและการชุบด้วยไฟฟ้า
วิธีนี้หมายถึงการใส่โลหะในขั้นแรก เช่น Ni, Co, Cu หรือ Ni-W, Co-W และโลหะคอมโพสิตอื่นๆ บนพื้นผิวเพชรโดยผ่านปฏิกิริยารีดักชันออกซิเดชันเพื่อให้เพชรมาถึงร้าน จากนั้นชุบด้วยไฟฟ้า ได้รับการเคลือบที่ต้องการ ผลิตภัณฑ์ชุบเคมีและชุบโลหะด้วยไฟฟ้าของอนุภาคเพชรมักใช้กับเครื่องมือที่เชื่อมด้วยเรซิ่นเท่านั้น ซึ่งสามารถเพิ่มความหยาบผิวของอนุภาคเพชร ปรับปรุงแรงยึดเกาะทางกายภาพของพันธะบนอนุภาค และในขณะเดียวกัน การเคลือบสามารถ ชดเชยข้อบกพร่องภายในของอนุภาคเพชร ปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและเสถียรภาพทางความร้อน
เป็นที่น่าสังเกตว่าการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้าหรือการชุบ Ni, Co และ Cu บนพื้นผิวเพชรไม่สามารถใช้ได้กับเครื่องมือติดยึดโลหะ แม้แต่ผลิตภัณฑ์ที่เคลือบด้วยโลหะผสม Ni-W และ Co-W ก็ไม่สามารถใช้เป็นเครื่องมือเชื่อมประสานโลหะได้ เนื่องจาก Ni และ Co เป็นองค์ประกอบที่ทำกราฟิคและไม่สามารถมีบทบาทในการยึดเหนี่ยวทางโลหะวิทยาได้

2. วิธีอาบน้ำเกลือ
การชุบด้วยเกลือคือการเติมผงโลหะ เช่น Ti หรือ Cr ลงในคลอไรด์ จากนั้นใส่อนุภาคเพชรลงในสารละลายผสม และให้ความร้อนแก่สารละลายถึง 850 องศา ~ 1100 องศา หลังจากการบำบัดด้วยเกลือเป็นเวลา 1~2 ชั่วโมง การเคลือบคาร์ไบด์ที่สอดคล้องกันจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวเพชร ข้อได้เปรียบหลักของวิธีนี้คือการเคลือบรวมกับเพชรอย่างแน่นหนา ข้อเสียคืออุณหภูมิการเคลือบสูง กระบวนการแยกเพชรออกจากอ่างเกลือหลังการชุบมีความซับซ้อน และต้นทุนการเคลือบสูง

3. ชุบสูญญากาศ
พื้นผิวเพชรที่ใช้สำหรับเครื่องมือเพชรที่มีพันธะโลหะ เช่น ใบเลื่อยและดอกเจาะหิน ควรเคลือบด้วยองค์ประกอบการขึ้นรูปคาร์ไบด์ที่แข็งแรง เช่น Ti, cr, Mo, w, V เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วโลหะเหล่านี้จะสะสมอยู่บนเพชร พื้นผิวด้วยการชุบสูญญากาศ แต่วิธีนี้ต้องใช้อุปกรณ์สูญญากาศและกระบวนการที่ซับซ้อน ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการชุบสูญญากาศที่ใช้กันทั่วไปทั้งในและต่างประเทศมีดังต่อไปนี้:
(1) การสะสมไอทางกายภาพในสุญญากาศ (PVD)
การสะสมไอทางกายภาพในสุญญากาศหมายถึงการใช้เครื่องเคลือบระเหยแบบสุญญากาศ เครื่องเคลือบแมกนีตรอนสปัตเตอริง หรือเครื่องเคลือบลำแสงไอออน และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อดูดโลหะเป้าหมายให้เป็นอะตอม โมเลกุล หรือไอออน และฝากไว้บนพื้นผิวของชิ้นชุบโดยตรง ตามวิธีการแก๊สซิฟิเคชันที่แตกต่างกันระหว่างการเคลือบ วิธีการสามารถแบ่งออกเป็นการชุบด้วยการระเหยแบบสุญญากาศ การชุบแบบสปัตเตอริงแบบสุญญากาศ และการชุบด้วยไอออนแบบสุญญากาศ
อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อเสียบางประการ เช่น ปริมาณการเคลือบชั้นเดียวต่ำ, การเคลือบไม่สม่ำเสมอ, พลาดการชุบได้ง่าย, การยึดเกาะทางกายภาพระหว่างการเคลือบกับเพชร, ไม่มีการผสมผสานโลหะวิทยาทางเคมี ฯลฯ เพื่อให้ได้โครงสร้างการเคลือบที่ดีที่สุด เป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเนื่องจากการชุบซ้ำ
(2) การสะสมไอระเหยของสารเคมีในสุญญากาศ (CVD)
การสะสมไอเคมี (CVP) คือการก่อตัวของสารเคลือบผิวโดยปฏิกิริยาทางเคมีของสารที่เป็นก๊าซบนพื้นผิวของแข็งภายใต้สภาวะความดัน อุณหภูมิ และเวลาที่แน่นอน โดยทั่วไป CVD หมายถึงการนำสารประกอบก๊าซ (เช่น ฮาไลด์ ฯลฯ) ของโลหะชุบเข้าไปในห้องปฏิกิริยาของชิ้นส่วนที่ชุบ และการสลายตัวด้วยความร้อนหรือการสังเคราะห์ทางเคมีของการสัมผัสกับชิ้นงานเพื่อสร้างสารเคลือบ
อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาของวิธีนี้โดยทั่วไปจะสูงถึง 900~1200 องศา ซึ่งทำให้เพชรเสียหายได้ง่าย เช่นเดียวกับ PVD เฟสของก๊าซที่ทำปฏิกิริยานั้นยากต่อการเจาะเข้าไปในอนุภาคที่สะสมอยู่ ปริมาณการเคลือบชั้นเดียวมีน้อย และต้นทุนสูง

4. การเผาแบบเคลือบผง
การใช้ปฏิกิริยาการสัมผัสระหว่างผงโลหะกับเพชรที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างคาร์ไบด์หรือชั้นโลหะบนพื้นผิวของเพชรเรียกว่าวิธีการเผาผนึกด้วยผงหรือวิธีการทำปฏิกิริยาการสัมผัสด้วยผงแข็ง การก่อตัวของการเคลือบนั้นแท้จริงแล้วคือออกไซด์ของโลหะในผง (เช่น WO3, WO2, MoO3, MoO2) ระเหยได้ที่อุณหภูมิสูงและทำปฏิกิริยากับอะตอมของคาร์บอนบนพื้นผิวเพชรเพื่อสร้างคาร์ไบด์
แม้ว่าวิธีนี้จะเพิ่มปริมาณการเคลือบชั้นเดียวได้ แต่เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วอุณหภูมิการเคลือบจะสูงกว่า 850 องศา เพชรจะถูกออกซิไดซ์และกำลังรับแรงอัดจะลดลง ผลการใช้งานจริงแสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องมือเพชรไม่ชัดเจน