含磨料镀层的微型刀具及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及镀层及其加工技术领域，尤其是涉及一种含磨料镀层的微型刀具及其制备方法和应用。所述含磨料镀层的微型刀具的制备方法，包括如下步骤：将磨料超声分散于磷化镍镀液中得到复合镀液，将预处理的刀具置于复合镀液中进行超声施镀。本发明将磨料均匀分散于化学镀磷化镍的镀液中形成复合镀液，利用超声和对磨料改性预处理，使磨料均匀分散；在微型铣刀表面镀覆具有一定厚度的含磨料镀层，可对硬脆材料进行铣磨复合加工，能够将粗加工和精加工整合同时进行，实现了从毫米、微米到纳米的跨尺度加工。

权利要求

1.含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将磨料超声分散于磷化镍镀液中得到复合镀液，将预处理的刀具置于复合镀液中进行超声施镀；在循环间歇的超声条件下施镀；所述循环间歇的超声条件下施镀包括：将预处理的刀具置于复合镀液中预镀，然后在循环间歇超声条件下施镀1-4h；

将磨料改性预处理；所述改性预处理的步骤包括：将磨料置于水中，超声分散、取上层液体抽滤得到一级磨料；将一级磨料置于胆酸钠水溶液中分散浸泡，取上层液体抽滤得到二级磨料；将二级磨料水洗、抽滤得到改性预处理的磨料；

-4 -4

所述胆酸钠水溶液中，胆酸钠的摩尔浓度为1.0×10 mol/L-4.0×10 mol/L；

一级磨料在胆酸钠水溶液中于60-90℃浸泡30-60min；

将二级磨料采用60-90℃的水进行清洗；

所述磷化镍镀液中包括镍盐、次亚磷酸盐、络合剂和稳定剂。

2.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，制备一级磨料的超声频率为30-50kHz，超声时间为1-3min。

3.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述磨料包括金刚石、氧化铝、氧化铬和氧化铈中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述磨料的粒径为1-5μm。

5.根据权利要求3所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，将磨料超声分散制备复合镀液时的超声的频率为35-45kHz。

6.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述复合镀液中磨料的浓度为4.2×10-3-1.2×10-2mol/L。

7.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述磷化镍镀液中镍盐的浓度为0.07-0.12mol/L，次亚磷酸盐的浓度为0.15-0.24mol/L，络合剂的浓度为0.1-0.5mol/L。

8.根据权利要求6所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述磷化镍镀液中稳定剂的浓度为0.010-0.015mmol/L。

9.根据权利要求8所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述复合镀液的配制包括如下步骤：将镍盐溶液、次亚磷酸盐溶液和稳定剂依次加入含络合剂的液体中，充分搅拌，得磷化镍镀液；在磷化镍镀液中加入磨料，超声充分分散，调节镀液的pH至4-

5，得到所述复合镀液。

10.根据权利要求9所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，通过氢氧化钠和/或氨水调节镀液的pH至4-5。

11.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述刀具的预处理步骤包括：超声清洗、除油、粗化、敏化和活化，得到具有催化活性的刀具基体表面；

所述超声清洗的溶剂为有机溶剂；

所述有机溶剂包括乙醇、丙酮和正己烷；

采用碱性除油溶液进行除油处理，所述碱性除油溶液中包括碳酸钠、磷酸三钠和氢氧化钠，三者的摩尔浓度分别为0.3-0.4mol/L、0.03-0.04mol/L和0.1-0.2mol/L；

所述除油在60±5℃条件下进行；

采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液进行粗化处理；

在室温下粗化处理10-20min。

12.根据权利要求11所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，采用氯化亚锡和浓盐酸的混合溶液进行敏化处理。

13.根据权利要求12所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述敏化处理的混合溶液中，氯化亚锡的摩尔浓度为0.05-0.10mol/L，浓盐酸的体积浓度为40±

2mL/L；

在室温下敏化处理2-5min。

14.根据权利要求11所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，采用氯化钯和浓盐酸的混合溶液进行活化处理。

15.根据权利要求14所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述活化处理的混合溶液中，氯化钯的摩尔浓度为1.5×10-3-2.0×10-3mol/L，浓盐酸的体积浓度为

20±1mL/L；

在室温下活化处理1-2min。

16.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，预镀20-

40min，循环间歇超声条件下施镀2-3h。

17.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述循环间歇的超声条件为：单次超声2-3min，间歇10-15min，循环进行。

18.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，施镀时的超声的频率为35-45kHz；

在70-90℃条件下进行施镀。

19.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，施镀前对复合镀液和刀具进行预热，预热至70-90℃。

20.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述施镀的装载量为0.75-1.25dm2/L。

21.根据权利要求1所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述刀具的材料包括碳素工具钢、高速钢和硬质合金。

22.根据权利要求21所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述刀具为采用砂轮磨削而成。

23.根据权利要求21所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述刀具为双刃端铣刀。

24.根据权利要求21所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，其特征在于，所述刀具的直径为50-500μm，螺旋角范围为20°-50°。

25.采用权利要求1-24任一项所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法制备得到的含磨料镀层的微型刀具。

26.权利要求25所述的含磨料镀层的微型刀具的应用，其特征在于，所述含磨料镀层的微型刀具在复合加工中的应用。

27.根据权利要求26所述的含磨料镀层的微型刀具的应用，其特征在于，所述复合加工为铣磨复合加工。

说明书

含磨料镀层的微型刀具及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及镀层及其加工技术领域，尤其是涉及一种含磨料镀层的微型刀具及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 精密三维微小零件由于能够极大地降低材料和能源的消耗、提高空间利用率，近年来成为航空航天，生物医疗，国防工业等领域的研究热点。微小型刀具的出现为实现特征尺寸小、形貌精度高、表面质量好、可靠性高的精密微小零件的制造提供了技术途径。采用化学结构稳定、硬度高、导热性好、摩擦系数低、耐磨性优越的磨料颗粒，在微小型刀具表面上沉积含磨料颗粒的镀层特别适合加工有色金属及其合金、硬脆性非金属材料、以及复合材料等难加工材料。

[0003] 日本九州大学Hiromichi Onikura等研究人员制备出表面涂覆有金刚石颗粒的硬质合金微型磨头，用于单晶硅的精密磨削加工。然而精密磨削加工量极小，虽然加工后的表面粗糙度Ra可达纳米级，但加工效率较低，且难以实现跨尺度的加工。在金刚石薄膜的制备方法中，气相沉积法应用较为广泛。然而气相沉积法设备成本高，对于复杂形状的刀具难以实现涂层厚度的均匀性，制备的涂层较薄，耐磨性较差并存在性能缺陷。因而，急需开发一种能够在微小型刀具表面形成均匀的含磨料镀层、成本低、适应性好的方法。

[0004] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0005] 本发明的第一目的在于提供一种含磨料镀层的微型刀具的制备方法，采用化学复合镀的方法，在微型刀具表面镀覆具有一定厚度的含磨料镀层，且镀层包括磨料和磷化镍，可对硬脆材料进行铣磨复合加工，铣削加工切削量大，可达到几毫米，磨削加工切削量小，根据磨粒的大小，可为微米级甚至纳米级，采用铣磨复合加工，能够将粗加工和精加工整合同时进行，实现了从毫米、微米到纳米的跨尺度加工；采用本发明所述的方法制备的镀层具有更加优越的均匀性而不受基体形状的影响，并且镀层与基体结合力强，均匀的含磨料镀层提高了刀具的使用寿命，在保证加工质量的同时也提高了加工效率；并且，化学镀设备简单，成本低。

[0006] 本发明的第二目的在于提供了一种所述制备方法制备得到的含磨料镀层的微型刀具，所述微型刀具的含磨料镀层分布均匀，与刀具基体的结合力强，提高了刀具的使用寿命。

[0007] 本发明的第三目的在于提供一种所述含磨料镀层的微型刀具在铣磨复合加工中的应用，提高了加工效率。

[0008] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

[0009] 含磨料镀层的微型刀具的制备方法，包括如下步骤：

[0010] 将磨料超声分散于磷化镍镀液中得到复合镀液，将预处理的刀具置于复合镀液中进行超声施镀。

[0011] 本发明所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，将磨料均匀分散于化学镀磷化镍的镀液中形成复合镀液，在配制复合镀液的过程中，镀液中的微小气泡在超声波的作用下振动，并且生长聚集能量，达到阈值时气泡崩溃释放能量，产生局部高温高压，促进复合镀液中各反应物之间的均匀混合，能使磨料充分分散，避免磨料的团聚，否则磨料的团聚会影响磨料在微型刀具表面的附着；并且施镀过程中，在保证磨料充分分散的同时，超声波在复合镀液中产生局部高温高压，促进复合镀液中各反应物之间的均匀混合，加速反应物和产物的扩散，促进固体新相的形成，从而提高复合镀层的沉积速度。此外，超声的引入有效的改善了镀层的表面质量，使镀层结构更均匀致密。

[0012] 通过本发明所述的制备方法，在刀具基体表面形成了磷化镍复合磨料的镀层，结合了磷化镍的耐腐蚀性、耐磨性能和磨料的耐磨性能，可对硬脆材料进行铣磨复合加工，实现了从毫米、微米到纳米的跨尺度加工，提高加工效率，延长刀具的使用寿命。

[0013] 优选的，将磨料进行改性预处理。更优选的，所述改性预处理的步骤包括：将磨料置于水中润湿，超声分散、取上层液体抽滤得到一级磨料；将一级磨料置于胆酸钠水溶液中超声分散浸泡，取上层液体抽滤得到二级磨料；将二级磨料水洗、抽滤得到改性预处理的磨料。进一步优选的，制备一级磨料的超声频率为30-50kHz，超声时间为1-3min，更优选的超声频率为40kHz。制备二级磨料的超声频率为30-50kHz，更优选的超声频率为40kHz。

[0014] 经过上述改性预处理的磨料，能够提高磨料在磷化镍镀液中的均匀分散性，从而保证磨料在刀具基体表面的均匀分散性和附着性能。

[0015] 优选的，所述胆酸钠水溶液中，胆酸钠的摩尔浓度为1.0×10-4mol/L-4.0×10-4mol/L，优选2.0×10-4mol/L-2.5×10-4mol/L。更优选的，一级磨料在胆酸钠水溶液中于60-
90℃浸泡30-60min，优选于75℃浸泡。

[0016] 优选的，将二级磨料采用60-90℃的水进行清洗，优选用75℃的水进行清洗。

[0017] 优选的，所述磨料包括金刚石、氧化铝、氧化铬和氧化铈中的一种或多种。更优选的，所述磨料的粒径为1-5μm，优选为1.5-3.5μm。

[0018] 优选的，将磨料超声分散制备复合镀液时的超声的频率为35-45kHz，优选为40kHz。

[0019] 优选的，所述刀具的预处理步骤包括：超声清洗、除油、粗化、敏化和活化得到具有催化活性的刀具基体表面，优选依次按照超声清洗、除油、粗化、敏化和活化的步骤进行。

[0020] 通过预处理，除去了刀具基体表面的锈蚀层及油污，经过粗化、敏化及活化等处理，使刀具表面形成催化核心，有利于含磨料镀层的附着和生长，提高镀层与刀具基体之间的附着结合作用，延长刀具使用寿命。

[0021] 优选的，所述超声清洗的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂优选包括乙醇、丙酮和正己烷，所述超声清洗时间优选为3-5min。

[0022] 优选的，采用碱性除油溶液进行除油处理，所述碱性除油溶液中包括碳酸钠、磷酸三钠和氢氧化钠，优选三者的摩尔浓度分别为0.3-0.4mol/L、0.03-0.04mol/L和0.1-0.2mol/L。所述除油在60±5℃条件下进行。

[0023] 优选的，采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液进行粗化处理。所述浓盐酸和浓硝酸的体积比优选为3﹕1。浓盐酸的质量分数为35％，浓硝酸的质量分数为68％。在对刀具进行除油处理后，用去离子水对刀具进行清洗，然后在室温条件下进行粗化处理10-20min。

[0024] 优选的，采用氯化亚锡和浓盐酸的混合溶液进行敏化处理。更优选的，所述敏化处理的混合溶液中，氯化亚锡的摩尔浓度为0.05-0.10mol/L，浓盐酸的体积浓度为40±2mL/L。加入敏化处理的混合溶液中的浓盐酸的质量分数为35％。在对刀具进行粗化处理后，用去离子水对刀具进行清洗，然后在室温条件下进行敏化处理2-5min。

[0025] 优选的，采用氯化钯和浓盐酸的混合溶液进行活化处理。更优选的，所述活化处理的混合溶液中，氯化钯的摩尔浓度为1.5×10-3-2.0×10-3mol/L，浓盐酸的体积浓度为20±1mL/L。加入敏化的混合溶液中的浓盐酸的质量分数为35％。在对刀具进行敏化处理后，用去离子水对刀具进行清洗，然后在室温条件下进行活化处理1-2min。

[0026] 优选的，在循环间歇的超声条件下施镀。更优选的，循环间歇超声条件下施镀包括：将预处理的刀具置于复合镀液中预镀，然后在循环间歇超声条件下施镀1-4h，优选预镀20-40min，循环间歇超声条件下施镀2-3h。进一步优选的，所述循环间歇的超声条件为：单次超声2-3min，间歇10-15min。即超声2-3min后，停止超声，10-15min后再开启超声，循环进行。优选的，单次超声2min，间歇10min。

[0027] 施镀时间不能过长，在上述施镀时间范围内，能够避免施镀时温度过高导致对镀层材料分散不利的影响。在这一施镀时间内，得到的镀层的厚度为15-30μm，满足后续机械加工的要求。先进行预镀能够使镀层在刀具基体表面上形成稳定的附着，在此基础上，再进行循环间歇施镀。

[0028] 并且，连续超声会影响溶液中的磨料及镍离子在刀具基体表面的附着性，附着难度增加，影响磷和镍的沉积；采用间歇超声的工作方式，能够保证镍离子附着于基体表面被还原，也增强了磨料的附着。

[0029] 优选的，施镀时的超声的频率为35-45kHz。更优选的，所述施镀时的超声的频率为40kHz。

[0030] 优选的，在70-90℃条件下进行施镀。更优选的，施镀前对复合镀液和刀具进行预热，预热至70-90℃。进一步优选的，在75℃条件下进行施镀。

[0031] 优选的，所述复合镀液中磨料的浓度为4.2×10-3-1.2×10-2mol/L。

[0032] 优选的，所述磷化镍镀液中包括镍盐、次亚磷酸盐和络合剂。更优选的，所述磷化镍镀液中还包括稳定剂。优选的，所述镍盐包括硫酸镍和氯化镍中的一种或两种；所述次亚磷酸盐包括次亚磷酸钠；所述络合剂包括乳酸和丙酸中的一种或两种；所述稳定剂包括硫脲。

[0033] 优选的，所述磷化镍镀液中镍盐的浓度为0.07-0.12mol/L，次亚磷酸盐的浓度为0.15-0.24mol/L，络合剂的浓度为0.1-0.5mol/L，稳定剂的浓度为0.010-0.015mmol/L。

[0034] 所述复合镀液中各成分的用量不是任意选择的，而是只有各成分在上述范围内的复合镀液，稳定性好，可以正常施镀；否则会使复合镀液不稳定而无法施镀。

[0035] 优选的，所述复合镀液包括：0.1mol/L的六水合硫酸镍、0.2mol/L的一水合次亚磷酸钠、0.25mol/L的乳酸、0.025mol/L的丙酸、0.01mmol/L的硫脲和6.0×10-3-1.0×10-2
mol/L的磨料。

[0036] 所述络合剂在镀液中离解出酸根离子，酸根离子作为配体与镀液中的镍离子配位，防止镀液析出沉淀；并且乳酸和丙酸与镍离子形成的配位体，在被还原沉积前，能够保证镍离子快速挣脱配位体的束缚，不会影响沉积速度。

[0037] 硫脲作为稳定剂，能够抑制镀液的自发分解，防止镀液的失效，且控制硫脲浓度不超过上述范围，能够有效提高镀层的沉积速率，且不会对镀层产生毒害作用。

[0038] 优选的，所述复合镀液的配制包括如下步骤：将镍盐溶液、次亚磷酸盐溶液和稳定剂依次加入含络合剂的液体中，充分搅拌，得磷化镍镀液；在磷化镍镀液中加入改性预处理的磨料，超声充分分散，调节镀液的pH至4-5，得到所述复合镀液。更优选的，通过氢氧化钠和/或氨水调节镀液的pH至4-5，优选4.6-4.8。

[0039] pH值影响镀层中的磷含量，在上述pH范围内，镀层中的磷的质量分数可控制在7-9wt％，此时镀层的硬度最高，可提高加工效率，延长刀具的使用寿命。

[0040] 优选的，所述刀具的材料包括碳素工具钢、高速钢和硬质合金。

[0041] 优选的，所述刀具为采用砂轮磨削而成，优选为双刃端铣刀。更优选的，所述双刃端铣刀的直径为50-500μm，螺旋角范围为20°-50°。进一步优选的，所述砂轮为树脂结合剂金刚石砂轮，优选粒度为2000#。可使用45°倾角，导棱为0.3mm的端面砂轮刃磨刀具的螺旋槽和底刃开槽，使用厚度为3mm的杯型砂轮刃磨刀具的外周主后刀面、底刃主后刀面和第二后刀面。

[0042] 优选的，所述施镀的装载量为0.75-1.25dm2/L。更优选的，所述施镀的装载量为1dm2/L。

[0043] 通过控制刀具基体需要施镀的面积与复合镀液的体积的比值，能够有效保证基体表面均匀镀上含磨料的复合镀层，且厚度可达15-30μm。

[0044] 本发明还提供了一种通过所述含磨料镀层的微型刀具的制备方法制备得到的含磨料镀层的微型刀具，所述含磨料镀层中的磷元素含量为7-9wt％，磨料含量为500-1000pieces/mm2，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，可实现毫米、微米到纳米的跨尺度加工。

[0045] 本发明还提供了所述含磨料镀层的微型刀具在复合加工中的应用，可以实现毫米、微米到纳米的跨尺度加工。

[0046] 优选的，所述微型刀具为双刃端铣刀。

[0047] 优选的，所述复合加工为铣磨复合加工。

[0048] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0049] (1)本发明通过超声辅助使磨料均匀分散于刀具基体表面，并且在化学镀的过程中，超声空化作用提高了镀层的沉积速度，有效改善了镀层的表面质量，使制备得到的含磨料镀层结构更均匀致密，实现了从毫米、微米到纳米的跨尺度加工；

[0050] (2)本发明在施镀过程中，超声在保证复合镀液中磨料充分分散的同时，能够使镀液中的微小气泡在超声场的作用下振动，并且生长聚集能量，达到阈值时气泡崩溃释放能量，产生局部高温高压，促进复合镀液中各反应物之间的均匀混合，加速反应物和产物的扩散，促进固体新相的形成，从而提高镀层的沉积速度；并且提高镀层与刀具基体的结合附着作用，提高了刀具的使用寿命，在保证加工质量的同时也提高了加工效率；

[0051] (3)本发明制备得到的含磨料镀层的微型刀具，含磨料镀层分布均匀，与刀具基体的结合力强，且镀层包括磨料和磷化镍，可对硬脆材料进行铣磨复合加工，提高了刀具的使用寿命，并且提高了加工效率；所述含磨料镀层中磷元素含量为7-9wt％，磨料含量为500-1000pieces/mm2，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，可实现毫米、微米到纳米的跨尺度加工。

附图说明

[0052] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0053] 图1为本发明实施例提供的含磨料镀层的微型刀具的制备方法的示意流程图；

[0054] 图2为本发明实施例制备得到的含磨料镀层的微型刀具的显微照片；

[0055] 图3为本发明实施例制备得到的含磨料镀层的微型刀具的EDS能谱图。

具体实施方式

[0056] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0057] 本发明提供了一种含磨料镀层的微型刀具的制备方法，包括如下步骤：

[0058] 将磨料超声分散于磷化镍镀液中得到复合镀液，将预处理的刀具置于复合镀液中进行超声施镀。

[0059] 本发明所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，将磨料均匀分散于化学镀磷化镍的镀液中形成复合镀液，在配制复合镀液的过程中，镀液中的微小气泡在超声波的作用下振动，促进复合镀液中各反应物之间的均匀混合，能使磨料充分分散；并且施镀过程中，在保证磨料充分分散的同时，超声波在复合镀液中产生局部高温高压，促进复合镀液中各反应物之间的均匀混合，加速反应物和产物的扩散，促进固体新相的形成，从而提高复合镀层的沉积速度，并改善了镀层的表面质量，使镀层结构更均匀致密。本发明制备得到的含磨料镀层的刀具，可实现毫米、微米到纳米的跨尺度加工。

[0060] 在本发明一优选实施方式中，将磨料进行改性预处理。更优选的，所述改性预处理的步骤包括：将磨料置于去离子水中润湿，超声分散、取上层清液抽滤得到一级磨料；将一级磨料置于胆酸钠水溶液中分散浸泡，取上层清液抽滤得到二级磨料；将二级磨料水洗、抽滤得到改性预处理的磨料。进一步优选的，制备一级磨料的超声频率为30-50kHz，超声时间为1-3min，更优选为超声频率为40kHz。

[0061] 经过上述改性预处理的磨料，能够提高磨料在磷化镍镀液中的均匀分散性，并提高了磨料在刀具基体表面的均匀分散性和附着性能。

[0062] 在本发明一优选实施方式中，所述胆酸钠水溶液中，胆酸钠的摩尔浓度为1.0×10-4mol/L-4.0×10-4mol/L，优选2.0×10-4mol/L-2.5×10-4mol/L。更优选的，一级磨料在胆酸钠水溶液中于60-90℃浸泡30-60min，优选于75℃浸泡。

[0063] 在本发明一优选实施方式中，将二级磨料采用60-90℃的去离子水进行清洗，优选用75℃的去离子水进行清洗。

[0064] 在本发明一优选实施方式中，所述磨料包括金刚石、氧化铝、氧化铬和氧化铈中的一种或多种。更优选的，所述磨料的粒径为1-5μm，优选为1.5-3.5μm。

[0065] 在本发明一优选实施方式中，将磨料超声分散制备复合镀液时的超声的频率为35-45kHz，优选为40kHz。

[0066] 在本发明一优选实施方式中，所述刀具的预处理步骤包括：超声清洗、除油、粗化、敏化和活化得到具有催化活性的刀具基体表面，优选依次按照超声清洗、除油、粗化、敏化和活化的步骤进行。

[0067] 通过预处理，除去了刀具基体表面的锈蚀层及油污，经过粗化、敏化及活化等处理，使刀具表面形成催化核心，有利于含磨料镀层的附着和生长，提高镀层与刀具基体之间的附着结合作用，延长刀具使用寿命。

[0068] 在本发明一优选实施方式中，所述超声清洗的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂优选包括乙醇、丙酮和正己烷，所述超声清洗时间优选为3-5min。

[0069] 在本发明一优选实施方式中，采用碱性除油溶液进行除油处理，所述碱性除油溶液中包括碳酸钠、磷酸三钠和氢氧化钠，优选三者的摩尔浓度分别为0.3-0.4mol/L、0.03-0.04mol/L和0.1-0.2mol/L。所述除油在60±5℃条件下进行。

[0070] 在本发明一优选实施方式中，采用浓盐酸和浓硝酸的混合溶液进行粗化处理。所述浓盐酸和浓硝酸的体积比优选为3﹕1。浓盐酸的质量分数为35％，浓硝酸的质量分数为68％。在对刀具进行除油处理后，用去离子水对刀具进行清洗，然后在室温条件下进行粗化处理10-20min。

[0071] 在本发明一优选实施方式中，采用氯化亚锡和浓盐酸的混合溶液进行敏化处理。更优选的，所述敏化处理的混合溶液中，氯化亚锡的摩尔浓度为0.05-0.10mol/L，浓盐酸的体积浓度为40mL/L。加入敏化处理的混合溶液中的浓盐酸的质量分数为35％。在对刀具进行粗化处理后，用去离子水对刀具进行清洗，然后在室温条件下进行敏化处理2-5min。

[0072] 在本发明一优选实施方式中，采用氯化钯和浓盐酸的混合溶液进行活化处理。更优选的，所述活化处理的混合溶液中，氯化钯的摩尔浓度为1.5×10-3-2.0×10-3mol/L，浓盐酸的体积浓度为20mL/L。加入敏化的混合溶液中的浓盐酸的质量分数为35％。在对刀具进行敏化处理后，用去离子水对刀具进行清洗，然后在室温条件下进行活化处理1-2min。

[0073] 在本发明一优选实施方式中，在循环间歇的超声条件下施镀。更优选的，循环间歇的超声条件下施镀包括：将预处理的刀具置于复合镀液中预镀，然后在循环间歇超声条件下施镀1-4h，优选预镀20-40min，循环间歇超声条件下施镀2-3h。进一步优选的，所述循环间歇超声条件为：单次超声2-3min，间歇10-15min。即超声2-3min后，停止超声，10-15min后再开启超声，循环进行。优选的，单次超声2min，间歇10min。

[0074] 施镀时间不能过长，在上述施镀时间范围内，能够避免施镀时温度过高导致对镀层材料分散不利的影响。在这一施镀时间内，得到的镀层的厚度为15-30μm，满足后续机械加工的要求。先进行预镀能够使镀层在刀具基体表面上形成稳定的附着，在此基础上，再进行循环间歇施镀。

[0075] 并且，连续超声会影响溶液中的磨料及镍离子在刀具基体表面的附着性，附着难度增加，影响磷和镍的沉积；采用间歇超声的工作方式，能够保证镍离子附着于基体表面被还原，也增强了磨料的附着。

[0076] 在本发明一优选实施方式中，施镀时的超声的频率为35-45kHz。更优选的，所述施镀时的超声的频率为40kHz。

[0077] 在本发明一优选实施方式中，在70-90℃条件下进行施镀。更优选的，施镀前对复合镀液和刀具进行预热，预热至70-90℃。进一步优选的，在75℃条件下进行施镀。

[0078] 在本发明一优选实施方式中，所述复合镀液中磨料的浓度为4.2×10-3-1.2×10-2mol/L。

[0079] 在本发明一优选实施方式中，所述磷化镍镀液中包括镍盐、次亚磷酸盐和络合剂。更优选的，所述磷化镍镀液中还包括稳定剂。优选的，所述镍盐包括硫酸镍和氯化镍中的一种或两种；所述次亚磷酸盐包括次亚磷酸钠；所述络合剂包括乳酸和丙酸中的一种或两种；
所述稳定剂包括硫脲。

[0080] 在本发明一优选实施方式中，所述磷化镍镀液中镍盐的浓度为0.07-0.12mol/L，次亚磷酸盐的浓度为0.15-0.24mol/L，络合剂的浓度为0.1-0.5mol/L，稳定剂的浓度为0.010-0.015mmol/L。

[0081] 所述复合镀液中各成分的用量不是任意选择的，而是只有各成分在上述范围内的复合镀液，稳定好，可以正常施镀；否则会使复合镀液不稳定而无法施镀。

[0082] 在本发明一优选实施方式中，所述复合镀液包括：0.1mol/L的六水合硫酸镍、0.2mol/L的一水合次亚磷酸钠、0.25mol/L的乳酸、0.025mol/L的丙酸、0.01mmol/L的硫脲和6.0×10-3-1.0×10-2mol/L的磨料。

[0083] 在本发明一优选实施方式中，所述复合镀液的配制包括如下步骤：将镍盐溶液、次亚磷酸盐溶液和稳定剂依次加入含络合剂的液体中，充分搅拌，得到磷化镍镀液；在磷化镍镀液中加入改性预处理的磨料，超声充分分散，调节镀液的pH至4-5，得到所述复合镀液。更优选的，通过氢氧化钠或氨水调节镀液的pH至4-5，优选4.6-4.8。

[0084] 在本发明一优选实施方式中，所述刀具的材料包括碳素工具钢、高速钢和硬质合金。

[0085] 在本发明一优选实施方式中，所述刀具为采用砂轮磨削而成，优选为双刃端铣刀。更优选的，所述刀具的直径为50-500μm，螺旋角范围为20°-50°。进一步优选的，所述砂轮为树脂结合剂金刚石砂轮，优选粒度为2000#。可使用45°倾角，导棱为0.3mm的端面砂轮刃磨刀具的螺旋槽和底刃开槽，使用厚度为3mm的杯型砂轮刃磨刀具的外周主后刀面、底刃主后刀面和第二后刀面。

[0086] 在本发明一优选实施方式中，所述施镀的装载量为0.75-1.25dm2/L。更优选的，所述施镀的装载量为1dm2/L。

[0087] 通过控制刀具基体需要施镀的面积与复合镀液的体积的比值，能够有效保证基体表面均匀镀上含磨料的复合镀层，且厚度可达15-30μm。

[0088] 本发明还提供了一种通过所述含磨料镀层的微型刀具的制备方法制备得到的含磨料镀层的微型刀具，所述含磨料镀层中磷元素含量为7-9wt％，磨料含量为500-1000pieces/mm2，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，可实现毫米、微米到纳米的跨尺度加工。

[0089] 实施例1

[0090] 请参阅图1，其实本发明实施例提供的含磨料镀层的微型刀具的制备方法的示意流程图，本实施例所述的含磨料镀层的微型刀具的制备方法包括如下步骤：

[0091] (1)微型铣刀的磨削制备：

[0092] 使用牧野CNS7d工具磨床，采用粒度为2000#的树脂结合剂金刚石砂轮，磨削所述微型铣刀，所述微型铣刀的材质为硬质合金；具体的，使用45°倾角，导棱为0.3mm的端面砂轮刃磨刀具的螺旋槽和底刃开槽，使用厚度为3mm的杯型砂轮刃磨刀具的外周主后刀面、底刃主后刀面和第二后刀面，得到的微型铣刀的直径范围为50-500μm，螺旋角范围为20°-50°。

[0093] (2)复合镀液的配制：

[0094] 所述复合镀液的成分为：0.1mol/L的六水合硫酸镍(NiSO4·6H2O)、0.2mol/L的一水合次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)、0.25mol/L的乳酸、0.025mol/L的丙酸、0.01mmol/L的硫脲和8×10-3mol/L的磨料。其中，所述磨料为金刚石微粉(W3.5)，所述磨料是均匀分散于溶液中的浓度。

[0095] 具体的，按照如下步骤配制复合镀液：

[0096] 将磨料进行改性预处理：将磨料置于75℃去离子水中进行润湿，充分搅拌后在40kHz的频率下超声分散1-3min，倒出上层液体，将上层液体真空抽滤得到一级磨料；将一级磨料加入至浓度为2.0×10-4mol/L的胆酸钠水溶液中充分搅拌，在75℃水浴条件下，在
40kHz的频率下超声浸泡30-60min后，取上层液体真空抽滤得到二级磨料；将二级磨料用75℃去离子水清洗干净，真空抽滤得到改性预处理的磨料。

[0097] 配制乳酸和丙酸的混合液，在玻璃棒搅拌条件下，向混合溶液中先缓慢加入硫酸镍水溶液，加入完毕后，在玻璃棒搅拌条件下，更缓慢的加入次亚磷酸钠水溶液，加入完毕后，再加入硫脲水溶液，搅拌均匀；然后加入改性预处理的磨料，于40kHz超声频率下超声处理使其充分分散，最后加入氨水或氢氧化钠调节溶液的pH至4.6-4.8，得到上述成分的复合镀液。

[0098] (3)微型铣刀基体预处理：

[0099] 将步骤(1)中制备得到的微型铣刀依次进行超声清洗、除油、粗化、敏化和活化处理，得到具有催化活性的微型铣刀基体；

[0100] 具体的，将微型铣刀置于乙醇溶剂中，在超声条件下清洗3-5min，晾干后，再将铣刀置于碱性除油溶液中在60℃水浴条件下除油；除油结束后，将铣刀经去离子水清洗，然后室温条件下置于粗化处理的溶液中，粗化处理10-20min；粗化处理结束后，将铣刀经去离子水清洗，然后在室温条件下置于敏化处理溶液中，敏化处理2-5min；敏化处理结束后，将铣刀经去离子水清洗，然后在室温条件下置于活化处理溶液中，活化处理1-2min，活化处理结束后，将铣刀经去离子水清洗干净后预热，预热至75℃，备用。

[0101] 其中，所述碱性除油溶液中碳酸钠、磷酸三钠和氢氧化钠的浓度分别为0.35mol/L、0.035mol/L和0.15mol/L，溶剂为水；所述粗化处理溶液由质量分数为35％的浓盐酸和质量分数为68％的浓硝酸按照3﹕1的体积比配制而成；所述敏化处理溶液是在0.08mol/L的氯化亚锡水溶液中加入质量分数为35％的浓盐酸，浓盐酸的加入量为40mL/L；所述活化处理溶液是在1.75×10-3mol/L的氯化钯水溶液中加入质量分数为35％的浓盐酸，浓盐酸的加入量为20mL/L。

[0102] (4)含磨料镀层的微型铣刀的制备：

[0103] 将步骤(2)配制得到的复合镀液进行预热，预热至75℃；将步骤(3)预处理的微型铣刀固定在支撑座上，使微型铣刀浸入复合镀液中，施镀装载量为1dm2/L，然后将复合镀液和微型铣刀置于超声水浴锅中，于75℃水浴条件下先预镀30min，使镀层在基体表面上形成稳定的附着，然后开启超声，超声频率为40kHz，2min后关闭超声，10min后再开启超声，以此循环间歇式超声处理的条件下施镀2.5h，取出微型铣刀后清洗干净，晾干，即得到含磨料镀层的微型铣刀，密封保存即可。

[0104] 实施例2

[0105] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(4)中在90℃水浴条件下施镀，先预镀20min，然后开始超声，超声频率35kHz，3min后关闭超声，15min后再开启超声，以此循环间歇式超声处理的条件下施镀2.5h。

[0106] 实施例3

[0107] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(4)中在70℃水浴条件下施镀，先预镀40min，然后开始超声，超声频率45kHz，2.5min后关闭超声，12min后再开启超声，以此循环间歇式超声处理的条件下施镀4h。

[0108] 实施例4

[0109] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中配制的复合镀液的成分为：0.07mol/L的六水合硫酸镍(NiSO4·6H2O)、0.15mol/L的一水合次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)、0.08mol/L的乳酸、0.02mol/L的丙酸、0.01mmol/L的硫脲和4.2×10-3mol/L的磨料。

[0110] 实施例5

[0111] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中配制的复合镀液的成分为：0.12mol/L的六水合硫酸镍(NiSO4·6H2O)、0.24mol/L的一水合次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)、0.45mol/L的乳酸、0.05mol/L的丙酸、0.015mmol/L的硫脲和1.2×10-2mol/L的磨料。

[0112] 实施例6

[0113] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中配制的复合镀液中的磨料为氧化铝(生产厂商：郑州市海旭磨料有限公司，型号：W3.5，粒径范围：1.5-3.5μm)。

[0114] 实施例7

[0115] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中配制的复合镀液中的磨料为氧化铬(生产厂商：扬州广利磨具有限公司，型号：W3.5，粒径范围：1.5-3.5μm)。

[0116] 实施例8

[0117] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤2
(4)中施镀装载量为0.75dm/L。

[0118] 实施例9

[0119] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(4)中施镀装载量为1.25dm2/L。

[0120] 实施例10

[0121] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：配制复合镀液的磨料不进行改性预处理，直接加入。

[0122] 实施例11

[0123] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：微型铣刀基体不进行预处理，直接施镀。

[0124] 实施例12

[0125] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(3)中的微型铣刀基体的预处理，只进行超声清洗、除油和粗化，不进行敏化和活化处理。

[0126] 实施例13

[0127] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(4)中不进行预镀，直接在循环间歇式超声处理的条件下施镀。

[0128] 实施例14

[0129] 本实施例参考实施例1的含磨料镀层的微型刀具的制备方法，区别仅在于：步骤(4)中预镀后连续超声施镀2.5h。

[0130] 实验例1

[0131] 为了说明本发明通过各实施例的含磨料镀层的微型刀具的制备方法制备得到的含磨料镀层的微型刀具的性能，将实施例1制备得到的含磨料镀层的微型铣刀的进行微观结构测试，测试结果见图2，从图中可以看出微型铣刀表面的含磨料镀层分布均匀，结构致密，无针孔缺陷。

[0132] 图3为本发明实施例1制备得到的含磨料镀层的微型铣刀的镀层的EDS能谱图，所述含磨料镀层中，磷元素含量为8wt％，磨料含量为1000pieces/mm2。

[0133] 实验例2

[0134] 为了对比说明本发明各实施例制备得到的含磨料镀层的微型铣刀的耐磨性能进行了检测，且测试结果如下。

[0135] 表1不同含磨料镀层的微型铣刀的磷元素和磨料含量测试结果

[0136] 编号 P(wt％) 磨料(pieces/mm2)实施例1 8.0 1000
实施例2 7.8 950
实施例3 7.9 970
实施例4 7.0 550
实施例5 8.5 960
实施例6 8.0 980
实施例7 7.9 950
实施例8 7.9 980
实施例9 7.6 940
实施例10 7.9 500
实施例11 7.3 720
实施例12 7.5 800
实施例13 7.0 850
实施例14 6.9 600

[0137] 为对比说明磷含量对镀层性能的影响，对各实施例对应的镀层进行测试，测试表明，当磷含量在7.0-9.0wt％范围内，对应的镀层的耐腐蚀性能和耐磨性能好，可以满足使用需求，当磷含量为8.0wt％时，对应镀层性能最优。

[0138] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。