Влияние условий сенсактивации поверхности частиц алмазного порошка на процесс химического осаждения

Влияние условий сенсактивации поверхности частиц алмазного порошка на процесс химического осаждения ультрадисперсных покрытий

В последнее время производители алмазного инструмента проявляют заметный интерес к алмазным порошкам с композиционными покрытиями, полученными методом химического осаждения и включающими в себя металлическую матрицу и высокодисперсный наполнитель.

В данной работе представлены результаты исследования влияния природы стабилизирующих добавок в совмещенном сенсактивирующем растворе на эффективность активации поверхности алмазного порошка, скорость осаждения и морфологию формирующегося на поверхности алмазного порошка ультрадисперсного композиционного покрытия Cu-TiO2.

Согласно микроскопическим исследованиям, сенсактивация поверхности алмазного порошка в нестабилизированном растворе приводит к формированию композиционного покрытия Cu-TiO2, включающего в себя частицы различной степени дисперсности, неравномерно распределенные на поверхности алмазных зерен. Доля покрытой поверхности составляет 40-45%.Также обнаруживается большое количество шаровидных частиц меди как в свободном виде, так и с агломерированными на них частицами анатаза. Это дает основание предполагать в процессе сенсактивации нестабилизированными растворами формирование на поверхности алмазных зерен слоя активатора с частицами различной степени дисперсности. Такой гранулометрический состав частиц активатора приводит к их неравномерному распределению на металлизируемой поверхности, влекущему частичное смывание в процессе последующей металлизации и, этим, инициирование восстановления меди в объеме, а также образование неравномерного и рыхлого покрытия. Обеспечение сенсактивирующим раствором достаточно высокой средней скорости металлизации (7 г/м2·ч) можно объяснить тем, что каталитические центры в объеме раствора вызывают протекание процесса не только на поверхности раздела фаз с зерном алмаза, но и на всей поверхности растущих частиц меди, а скорость роста частиц твердой фазы пропорциональна площади их поверхности. По всей вероятности, при объемном восстановлении меди происходит частичное экранирование находящихся в суспензии частиц наполнителя центрами металлизации в объеме, препятствующее их подводу к метализируемой поверхности алмазных зерен и адсорбции на ней, что приводит к невысокому содержанию TiO2 в КП (5,0-6,5 масс.%). Исходя из полученных данных, обеспечение сенсактивирующим раствором (без добавок) довольно высокой скорости процесса осаждения КП обусловлено высокой скоростью реакции восстановления меди в объеме раствора, которая при данных условиях ведения процесса является определяющей.

Сравнительный анализ кинетических кривых зависимости массы КП покрытий от длительности процесса металлизации показал, что сенсактивация алмазной поверхности в присутствии стабилизаторов способствует минимизации восстановления меди в объеме раствора и, кроме того, инициирует осаждение ультрадисперсного наполнителя одновременно с медной матрицей.

Так, введение в совмещенный раствор активирования гидрохинона и гидроксиламина

повышает активирующую способность поверхности (А) от 0,30 до 0,40-0,45 с-1 и содействует образованию крупнодисперсных, рыхлых КП с содержанием неравномерно распределенного в КП агломерированного наполнителя 6,5-7,0 масс.%. Доля покрытой поверхности алмазных частиц составляет 65-75%. Контур кинетических кривых осаждения покрытий Cu-TiO2 на алмазной поверхности, активированной в растворе с указанными добавками свидетельствует о том, что процесс металлизации протекает с большим индукционным периодом и сравнительно невысокой начальной скоростью процесса; при увеличении продолжительности осаждения скорость увеличивается. Невысокое содержание TiO2 в КП, вероятно, обусловлено тем, что скорость начальных стадий формирования металлической матрицы оказывается недостаточной для удержания частиц наполнителя на покрываемой поверхности в течение времени, требующегося для их полного заключения в матрицу. Вследствие этого наблюдается наиболее предпочтительное соосаждение мелких частиц анатаза, агломерирующих в течение протекания процесса. Из полученных данных следует, что доминирующей фазой в процессе формирования КП на алмазной поверхности, активированной в растворе с добавками гидрохинона и гидроксиламина является стадия роста зародышей меди и их коагуляция.

Кинетические кривые, полученные при осаждении покрытий на поверхность, активированную в растворах, содержащих синтамид-10 и стеарат сахарозы, обнаруживают первоначальный резкий подъем с последующим значительным снижением скорости процесса. Так как присутствие стабилизирующих добавок на стадии активации поверхности позволяет свести к минимуму восстановление меди в объеме при металлизации, такой контур кривых приращения массы покрытия во времени, а также наблюдаемая высокая средняя скорость процесса (9-10 г/м2·ч), были предположительно связаны с определяющим вкладом стадии зародышеобразования. Это подтверждается высокой активирующей способностью поверхности алмазных частиц (А = 0,10 с-1), достигаемой при сенсактивации растворами с указанными стабилизирующими добавками, которые вероятно, обеспечивают формирование высокоактивной поверхности вследствие плотной упаковки мелкодисперсных частиц активатора. Это предположение находится в соответствии с характером изменения оптической плотности во времени в спектрах поглощения сенсактивирующих растворов, указывающих на то, что наличие адсорбционных сло