摘要本文在金剛石表面鍍覆一層NiWB合金之后，用掃描電鏡觀察了化學(xué)鍍NiWB金剛石和未鍍金剛石在
　　高溫下的熱損傷特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)化學(xué)鍍NiWB金剛石在高溫下以面損傷為主，體損傷為輔；未鍍金剛石在高溫下
　　以體損傷為主，面損傷為輔。并結(jié)合XRD 圖分析了產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。
　　 ABSTRACT Characteristics of diamond thermal damage at high tempature are observed by means of scanning electron
　　Microscop after the diamond surfaces have been plated with NiWB alloy bv electroless plating，the result shows that diamond
　　plated with NiWB alloy suffers from plane damage while nonplated diamond suffers from body damage，the reason is explained
　　in considertaion of X rays diffraction．
　　主題詞金剛石 熱損傷 化學(xué)鍍
　　KEYWORDS diamond thermal damage electroless plating
　　
　　引言
　　 金剛石是碳原子以飽和共價(jià)鍵形成高度對(duì)稱排列的晶體結(jié)構(gòu)，具有極高的硬度和良好的耐磨性，是制造碎巖工具不可缺少的組成部分。目前金剛石鋸切和鉆進(jìn)工具多用粉末冶金法生產(chǎn)，燒結(jié)溫度一般高達(dá)900℃，而金剛石在空氣中加熱到700℃左右時(shí)，就開始氧化失重，抗壓強(qiáng)度下降，從而大大影響了金剛石的使用效果。因此如何提高金剛石的抗氧化性，保持金剛石在高溫下的強(qiáng)度有著十分重要的意義。實(shí)踐證明，在金剛石表面鍍覆一層金屬或合金是提高金剛石的抗氧化性以保持其在高溫下強(qiáng)度的一種行之有效措施。
　　1 金剛石表面化學(xué)鍍NiWB
　　 金剛石在化學(xué)鍍之前要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，其具體流程：10％NaOH溶液中煮沸→漂清→10％HNO3中煮沸→漂清→用鹽基型膠體鈀在室溫下進(jìn)行敏化活化處理→漂清→用5％NaOH溶液解膠→漂清→
　　施鍍。
　　金剛石化學(xué)鍍液組成[1]：NiCl2•6H2O 28—32g/l，
　　NaBH4 0．5～1．5g/l，NH2CH2CH2NH2 13～17g/l，
　　NaOH 39～41g/l，NaKC4H406•4H2O 38～42g/l，
　　K1～WO。39～41g/l。工藝條件：89～9l℃，攪拌速度適
　　中。
　　采用此化學(xué)鍍工藝所得到的NiWB金剛石，經(jīng)分析和測(cè)試表明：鍍層中的Ni含量91．6％，w含量6．0％，B含量2．4％，金剛石增重8．2％，常溫下金剛石(MB取)單?？箟簭?qiáng)度提高了11％。以下分析化學(xué)
　　鍍NiWB后金剛石在高溫下的性質(zhì)又如何呢?
　　2金剛石在高溫下的熱損傷特征及分析
　　2．1金剛石在高溫下的熱損傷特征
　　為了分析化學(xué)鍍NiWB金剛石在高溫下的熱損傷特征，本文將同一品級(jí)的未鍍金剛石和化學(xué)鍍NiwB金剛石分別在850℃、950℃、1050℃的高溫下煅燒，升溫速度150℃／min，保溫時(shí)間5分鐘，所得金剛石樣品
　　用掃描電鏡進(jìn)行觀察分析。掃描電鏡照片見圖1～2。

　　從圖1～2可知，化學(xué)鍍NiWB金剛石和未鍍金剛石的熱損傷特征有著顯著的差別?；瘜W(xué)鍍NiWB金剛石在鍍層的保護(hù)作用下，以面損傷為主要特征，晶面上很少有局部的大蝕坑；而未鍍金剛石以體損傷為主要特征，氧化過(guò)程從晶面上局部的缺陷開始，逐漸形成大蝕坑，進(jìn)而發(fā)展穿透整個(gè)金剛石顆粒的大空洞。毫無(wú)疑問(wèn)，這種體損傷機(jī)制對(duì)金剛石耐熱性能的危害較面損傷要嚴(yán)重得多。因此未鍍金剛石受熱后的抗壓強(qiáng)度較鍍膜金剛石低得多。具體見圖3。

　　2．2金剛石高溫下熱損傷特征的分析
　　未鍍金剛石在空氣中進(jìn)行高溫煅燒時(shí)，金剛石直接和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尤其是金剛石表面的缺陷處，其表面積較大，吸附的氧較多，因此氧化現(xiàn)象嚴(yán)重。在掃描電鏡下觀察表現(xiàn)為金剛石的熱損傷從缺陷處開始，隨著溫度的升高，缺陷越來(lái)越大，表現(xiàn)為體損傷。而化學(xué)鍍NiwB金剛石在空氣中高溫煅燒時(shí)，金剛石表面的鍍層隔離了氧和金剛石的直接接觸，在金剛石的損傷過(guò)程中，首先表現(xiàn)為鍍層中的強(qiáng)碳化物元素w和金剛石表面的吸附氧發(fā)生反應(yīng)，然后在高溫下w的氧化物和金剛石表面的碳元素還原化合生成均勻覆蓋于金剛石表面的碳化物層，這一覆蓋層繼續(xù)阻礙了氧和金剛石的直接接觸，從而減弱了金剛石的熱損傷程度，提高了金剛石的抗氧化性，在掃描電鏡下觀察表現(xiàn)為面損傷，很少有局部大蝕坑。
　　2．3化學(xué)鍍NiWB金剛石在高溫下形成wc的熱力學(xué)
　　分析．
　　為了揭示金剛石產(chǎn)生不同熱損傷特征的原因，本文將經(jīng)過(guò)高溫煅燒后的樣品進(jìn)行了X衍射分析(圖4)。

　　由圖4可知，金剛石表面形成了WC，其表面形成的NiWO4是由于Ni、W分別氧化為NiO，WO3所致(NiWO4即NiO•WO3)。金剛石和Ni等鐵族元素生成不穩(wěn)定的碳化物而和W等強(qiáng)碳化物元素形成穩(wěn)定的碳化物。對(duì)于鍍層中的W而言，存在以下反應(yīng)及與其
　　相應(yīng)的△F與溫度T的關(guān)系式[2]：
　　 W+C=WC （1）
　　 △F1=-37．66+0．0017T kJ/mol
　　 W+3/2O2=WO3
　　 △F2=-833.45+0.24T kJ/mol (2)
　　 由(1)，(2)式可知，在考察的溫度范圍內(nèi)，(2)式優(yōu)
　　先進(jìn)行，即鍍層中的強(qiáng)碳化物元素w和金剛石表面的
　　吸附氧首先發(fā)生反應(yīng)，生成WO3；然后在高溫下WO3
　　與C還原化合生成WC，即：
　　 WO3+4C=WC+3CO
　　 △F3=442．17—0．5T kJ／mol (3)
　　
　　由△F3=0，可求得WC生成的最低溫度T=884．34K
　　以上推導(dǎo)出的碳化物形成溫度是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下求的速率進(jìn)行，其溫度必須比熱力學(xué)最低溫度大一定的值。因此生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，碳化物形成溫度往往比熱力學(xué)計(jì)算的最低溫度高出150℃以上，如WC的生成在750℃以上時(shí)反應(yīng)進(jìn)行的速率比較快。這一結(jié)論與X衍射圖基本相符。
　　3 結(jié)論
　　金剛石表面鍍覆一層NiWB合金之后，抗壓強(qiáng)度明顯提高；它在高溫受熱時(shí)以面損傷為主，以體損傷為輔；NiwB合金鍍層對(duì)金剛石的保護(hù)過(guò)程為鍍層中的w首先與氧反應(yīng)，然后氧化物與金剛石表面的碳還原化合生成均勻覆蓋于金剛石表面的碳化物，這一過(guò)程得的，實(shí)際狀態(tài)下的熱力學(xué)溫度可能有一定誤差。此外，要使金剛石表面碳原子與wO，的界面反應(yīng)以一定減輕了金剛石的熱損傷程度，提高了金剛石的抗氧化性。