CN102181913A

CN102181913A - 一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法

Info

Publication number: CN102181913A
Application number: CN 201110103940
Authority: CN
Inventors: 赵瑶
Original assignee: CHANGSHA TAIWEI SUPERHARD MATERIALS CO LTD
Current assignee: CHANGSHA TAIWEI SUPERHARD MATERIALS CO LTD
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，包括以下步骤：选取0.1-1mm的金属丝，利用洗涤剂除去表面的油污；将洗涤后的金属丝放入到含有酸液的酸洗槽中活化；选取含镍合金为阳极材料，配制电镀液；在电镀液pH=3.5-4.5，温度为40℃-65℃，电流密度为0.028-0.042A/cm²，超声频率20-30kHz，搅拌速率100-1000r/min，电镀15-30min，将金属、金刚石、纳米硬质颗粒沉积在芯线上，即得到复合材料金刚石线锯。本发明生产的金刚石线锯具有晶粒细化、组织致密、金刚石把持力更高、力学性能更优异、切割效率更高、切割精度高、使用寿命更长、工艺简单、一次成型等优点。

Description

一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法

技术领域

本发明涉及电铸方法，具体为一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法。

背景技术

在硅晶、宝石、陶瓷等硬脆材料切割中，采用的切割工具主要有游离磨料线锯和固结磨料线锯。固结磨料线锯的制备方法包括树脂结合剂固化技术和电镀技术。树脂结合剂金刚石线锯的耐磨及耐热性较差、磨料把持力较低。电镀金刚石线锯切割技术存在的缺点是：力学性能较差、缺陷较多，导致切割过程中，电镀金刚石线锯的断裂；镀层对金刚石把持力低，随着加工次数的增加，切屑附着于金刚石表面，由于金刚石磨粒自身的磨损及脱落等原因，切割性能逐渐下降；成本高、制备效率低。

电铸是电镀的特殊应用，合金电铸和复合电铸是电铸技术的重要发展方向。复合电铸是用电沉积或化学镀的方法使金属与固体微粒或纤维共沉积于基体材料，这样形成的金属层沉积层含有固体颗粒或纤维，通过颗粒或纤维强化提高电铸材料的硬度、强度和耐磨性，改善电铸产品的使用寿命。复合电铸工艺还具有制备工艺简单、成本低廉、可一次成型等诸多优点。目前，复合电铸是以镍层或铜层为主要的基础，加入硬质合金、金刚石、氮氧化合物等高硬度颗粒进行电铸得到更高强度的电铸层。在合金电铸方面已经开展了镍钴、镍铁、镍锰、镍铜等二元合金电铸的研究。采用电铸工艺制备的合金镀层具有很多优异的物理、化学和机械性能，内应力较低，硬度较高。

目前，为了延长金刚石线锯使用寿命，首先要提高金刚石线锯的力学性能及镀层对金刚石的把持力。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，包括以下步骤：

第一步：选取0.1-1mm的金属丝，利用洗涤剂除去表面的油污；

第二步：将洗涤后的金属丝放入到含有酸液的酸洗槽中活化；

第三步：选取含镍合金为阳极材料，配制电镀液；

第四步：在电镀液pH=3.5—4.5，温度为40℃—65℃，电流密度为0.028—0.042A/cm²，超声频率20—30 kHz，搅拌速率100—1000r/min，电镀15—30 min，即得到复合材料金刚石线锯。

本发明中，所述金属丝可以是钢丝、不锈钢丝、黄铜丝、钼丝、钨钼丝中的任何一种。

本发明中，所述钢丝、不锈钢丝、黄铜丝、钼丝、钨钼丝的线型可以是普通线和预变形线。

本发明中，所述洗涤剂可以是乙醇溶液、3%-9%氢氧化钠溶液、丙酮溶液、汽油中的任何一种。

本发明中，所述酸洗槽中的酸液为盐酸或者硫酸，所述酸液的浓度为3%-6%。

本发明中，所述电镀液中含有：

镍盐91-95份

钴盐0-20份

锰盐0-10份

铜盐0-15份

金刚石1-5份

十二烷基硫酸钠0.05-0.3份

糖精0-0.3份

硼酸3-4份

纳米硬质颗粒4-7份。

本发明中，所述纳米硬质颗粒为纳米氧化锆、纳米氧化钇、纳米氧化硅、纳米氧化钕、纳米氧化钼、纳米氮化钛、纳米氮化硅、纳米碳化硅、纳米碳化钨、纳米碳化钛、纳米氮化硼、纳米氧化铝、纳米碳化硼中的任何一种。

本发明中，所述金刚石的粒度为10μm—100μm。

本发明中，所述含镍合金中镍的含量为10%—100%。

本发明中，所述纳米硬质颗粒的粒度为10nm-500nm。

有益效果

本发明所制备的电铸复合材料金刚石线锯，创新性提出使用复合电铸法，将纳米硬质颗粒（如碳化物、氧化物、氮化物、稀土微粒等）与金属共同沉积在金属线上。通过添加纳米硬质颗粒制备复合电铸层的晶粒细小、组织致密，提高了金刚石线锯的硬度、强度、耐磨性及其使用寿命。创新性提出使用复合电铸法，将金属、金刚石及纳米硬质颗粒共同沉积在金属线上，制备出的复合材料金刚石线锯具有内应力低、硬度高、对金刚石把持力高等性能。通过控制电铸工艺参数提高了金刚石线锯的力学性能及使用寿命，该复合电铸法具有制备工艺简单，成本低廉，一次成型金刚石线锯等优点。创新性提出使用复合电铸法制备复合材料金刚石线锯，比起其他线锯，电铸复合材料金刚石线锯具有晶粒细化、组织致密、金刚石把持力更高、力学性能更优异、切割效率更高、切割精度高、使用寿命更长、工艺简单、一次成型等优点。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

采用0.2mm预变形钢丝作为芯线，芯线通过乙醇槽进行除油，经过3%盐酸槽进行活化处理，再通过电镀槽进行电铸，阳极材料为镍钴（比例9:1），电镀溶液包括氨基磺酸镍400g/L、硫酸钴45g/L、硼酸30g/L及十二烷基硫酸钠0.2g/L、30μm金刚石12g/L、纳米氧化锆30g/L，电镀液pH=4、温度50℃、电流密度0.032A/cm²、搅拌速率100r/min、电镀时间为25min。最终制备出0.28mm复合材料金刚石线锯，线径偏差5μm，抗拉强度2900MPa以上。用于切割蓝宝石，切割速度850m/min，切割次数为12次，切缝宽度为0.3mm，切割表面粗糙度0.26μm。

实施例2

采用0.25mm不锈钢丝作为芯线，芯线通过碱5%氢氧化钠溶液槽进行除油，经过4%的硫酸槽进行活化处理，再通过电镀槽进行电铸，阳极材料为镍锰（比例7:3），电镀溶液由硫酸镍500g/L、氨基磺酸锰80 g/L、硼酸40 g/L、糖精0.2 g/L及十二烷基硫酸钠0.3 g/L、20μm金刚石14g/L、纳米碳化硅70 g/L，电镀液pH=4.5、温度40℃、电流密度0.036A/cm²、超声频率25kHz、搅拌速率为400r/min、电镀时间20min。最终制备出0.3mm复合材料金刚石线锯，线径偏差5μm，抗拉强度3000MPa以上。用于切割单晶硅，切割速度900m/min，切割次数为16次，切缝宽度为0.32mm，切割表面粗糙度0.27μm。

实施例3

采用0.32mm预变形钼丝作为芯线，芯线通过丙酮溶液槽除油，经过4%的盐酸槽进行活化处理，再通过电镀槽进行电铸，阳极材料为镍钴（比例5:5），电镀溶液由硫酸镍320 g/L、硫酸钴300g/L、十二烷基硫酸钠0.1g/L、硼酸25g/L、糖精0.2g/L、40μm金刚石16g/L、纳米氧化钕35 g/L，电镀液pH=3.5、温度60℃、电流密度0.04A/cm²、搅拌速度150 r/min、电镀时间为15min。最终制备出0.4mm复合材料金刚石线锯，线径偏差10μm，抗拉强度3100MPa以上。用于切割水晶，切割速度950m/min，切割次数为15次，切缝宽度为0.42mm，切割表面粗糙度0.28μm。

实施例4

采用0.5mm的钢丝作为芯线，钢丝线经过8%的氢氧化钠溶液槽进行除油，经过3%硫酸槽进行活化处理，再通过电镀槽进行电铸，阳极材料为镍，电镀溶液由氨基磺酸镍600 g/L、十二烷基硫酸钠0.2 g/L、硼酸40 g/L、糖精0.2 g/L、50μm金刚石20 g/L、纳米氮化硼50 g/L，电镀液pH=4、温度65℃、电流密度0.028 A/cm²，超声频率20 kHz、搅拌速率为200 r/min、电镀时间30min。最终制备出0.58mm复合材料金刚石线锯，线径偏差20μm，抗拉强度3400MPa以上。用于多晶硅开方，切割速度800m/min，切割次数为18次，切缝宽度为0.6mm，切割表面粗糙度0.26μm。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：选取0.1-1mm的金属丝，利用洗涤剂除去表面的油污；

第三步：选取含镍合金为阳极材料，配制电镀液；

2.根据权利要求1所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述金属丝可以是钢丝、不锈钢丝、黄铜丝、钼丝、钨钼丝中的任何一种。

3.根据权利要求2所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述钢丝、不锈钢丝、黄铜丝、钼丝、钨钼丝的线型可以是普通线和预变形线。

4.根据权利要求1所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述洗涤剂可以是乙醇溶液、3%-9%氢氧化钠溶液、丙酮溶液、汽油中的任何一种。

5.根据权利要求1所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述酸洗槽中的酸液为盐酸或者硫酸，所述酸液的浓度为3%-6%。

6.根据权利要求1所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述电镀液中含有：

镍盐91-95份

钴盐0-20份

锰盐0-10份

铜盐0-15份

金刚石1-5份

十二烷基硫酸钠0.05-0.3份

糖精0-0.3份

硼酸3-4份

纳米硬质颗粒4-7份。

7.根据权利要求6所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述纳米硬质颗粒为纳米氧化锆、纳米氧化钇、纳米氧化硅、纳米氧化钕、纳米氧化钼、纳米氮化钛、纳米氮化硅、纳米碳化硅、纳米碳化钨、纳米碳化钛、纳米氮化硼、纳米氧化铝、纳米碳化硼中的任何一种。

8.根据权利要求6所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述金刚石的粒度为10μm—100μm。

9.根据权利要求1所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述含镍合金中镍的含量为10%—100%。

10.根据权利要求6所述的一种制备电铸复合材料金刚石线锯的方法，其特征在于，所述纳米硬质颗粒的粒度为10nm-500nm。