CN102225597A - 一种用于硬脆材料切割的连续线材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于硬脆材料切割的直径为0.06-10mm的连续线材及其制备方法。该线材由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成。本发明线材能满足线锯用线材对强度、耐磨性的特殊要求，提高硬脆材料的切割效率，降低成本。

Description

一种用于硬脆材料切割的连续线材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于硬脆材料切割的连续线材及其制备方法。

背景技术

硬脆材料包括各种宝石、玻璃、硅晶体、硬质合金、陶瓷、稀土磁性材料、石材、石英晶体等材料。硬脆材料大多为非导电体或者半导体，通常具有高硬度，高脆性，高耐磨性，高抗蚀性，高抗氧化性，高电阻率，耐高温等许多金属材料难以比拟的特性，因此在化工，机械，航天，能源领域得到了很广泛的应用。

硬脆材料的推广应用对于其加工技术提出了极高的要求。其中，切割加工是一道极为关键的工序。要求高效率、低成本、窄切缝(材料利用率高)、无损伤，无污染等。受硬脆性材料特性的限制，用于加工此类材料的切割方法主要为金刚石锯片，激光束切割，线锯等切割方法。这些方法各有利弊。比如，金刚石锯片切割虽然切割效率较高，但是切缝较宽，材料浪费比较多，不适用贵重材料加工。激光束切割的适用范围较广，但是切割深度有限，不利于加工大尺寸的材料，且设备投资费用昂贵。

线锯是在研磨浆料的配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线，最多可达1000条切割线相互平行地缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网”。马达驱动导线轮使整个切割线网以每秒5～25米的速度移动，是切割硬脆材料比较理想的工具。

根据所加工的硬脆性材料的用途，线锯采用不同规格的普通钢线或者涂覆有钻石粉的金刚线进行切割。普通钢线的线径大都在100～200微米之间，由于本身的硬度及磨损问题，在切割过程中必须配合切割磨料一起使用，如氧化铝，碳化硅等高硬度磨料配制的切割浆料。但由于切割浆料中的高硬度磨料对钢线长时间磨损，使得钢线线径发生变化而影响线切品质，同时缩短钢线使用寿命，降低了硬脆材料人切割效率，增加了生产成本。金刚线由于在钢线的外层涂覆有高硬度的钻石粉，所以可以直接用于对硬脆性材料的线切，不需要再额外使用切割磨料。但如果改用金刚线来切片需对当前线切割机进行结构改造、同时固定在钢线表面的金刚石粒径离散性大造成硬脆材料表面有不规则的线痕影响了大面积使用。

发明内容

本发明要解决现有线锯用普通线材强度低、耐磨性差，容易磨损，从而影响线锯使用寿命的技术问题。为此本发明提供一种用于硬脆材料切割的连续线材及其制备方法，其在金属线外层进行金属基非晶化处理，可以得到高强度，高耐磨性的由非晶态合金改性的线材，满足线锯用线材对强度、耐磨性的特殊要求，提高硬脆材料的切割效率，降低成本。

本发明提供的技术方案是，一种用于硬脆材料切割的连续线材，线材直径为0.06～10mm，其由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成。

非晶态合金又称为金属玻璃，具有长程无序、短程有序的亚稳态结构特征。固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。与传统的晶态合金相比，非晶合金具备很多优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨和耐腐蚀等。与普通线材相比，本发明的线材制作的线锯强度、耐磨性明显提高。

作为优选，所述的非晶态合金层的厚度为0.5～10微米。厚度太小非晶态合金涂层对线材强度、耐磨性的贡献有限，无法满足特殊要求。涂层厚度超过10um时，线材强度、耐磨性基本不受涂层厚度增加的影响，反而增加生产成本。

作为优选，所述的金属线为钢线、不锈钢线、钨钼线、钼线、钨丝或者黄铜线的任意一种材料的预变型线材或常规线材。钢线包括镀铜、镀锌、以及镀黄铜的钢线。金属线是经冷拉拔工艺制成。本发明的切割线材适用于多线切割机台，机台类型为NTC，MB，PV与HCT的任意一种。

由于线锯用线材直径超细，大都在100～200um，而熔融的非晶态合金温度一般在600～1000℃，超细钢线在超过100℃温度条件下，即会造成退火，导致其抗拉强度及硬度等机械性能的降低，因而在本发明申请前将非晶态合金应用到线锯用超细线材上难度很大。

前述的连续线材的制备方法，具有如下工艺步骤：

1)、非晶态合金制备

将一种或一种以上非晶态合金置于惰性气体气氛下的电弧炉中熔炼，真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为350～550A，铜模铸造条件下制成母合金；

2)、非晶态合金与金属线复合

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将金属线快速经过装有熔融状态非晶态合金的石英炉挤出口，通过的速度为1～1000mm/秒，使金属线外表面均匀地覆上一层合金液，经过石英炉后合金液快速冷却使金属线外表面均匀地覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到由非晶态合金改性的切割线材。

由于在2)、非晶态合金与金属线复合过程中，严格控制了金属线通过装有熔融状态非晶态合金的石英炉挤出口的速度，使高温熔融非晶态合金与金属线复合过程中，金属线自身温度得到有效控制，不影响金属线的机械性能。

为适应不同的切割材质的需要，进一步提高切割线材的强度、耐磨性及耐腐蚀性能与使用寿命，所述的非晶合金有三种以上，其制备工艺步骤如下：

1)、非晶态合金制备

将高熔点二种或二种以上不同金属基非晶态合金按比例置于熔融Ti纯化过的惰性气体气氛下的电弧炉中熔炼，并采用电磁搅拌，要求真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为350～550A，熔炼以确保获得成分均匀的中间合金；第二步将中间合金与其他金属基非晶态合金按比例放入坩锅内，将坩锅置于真空炉中，将真空度抽至1×10^-2Pa以下，冲入惰性气体作为保护气体，惰性气体的压力为0.3～0.7个大气压，在温度600～1100℃条件下熔炼，然后再铜模铸造条件下制成母合金；

2)、非晶态合金与金属线复合

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将金属线在收线卷绕轮的牵引下快速经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口，通过的速度为1～1000mm/秒，让金属线外表面均匀地涂覆上一层合金液，经过石英炉后合金液快速冷却使金属线外表面均匀地涂覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到由非晶态合金改性的线材。

由于在1)非晶态合金制备过程中分两步熔炼非晶态合金，保证了合金组分均匀，从而保证在金属层表面0.5～10um非晶态合金层成分的均匀，保证切割表面质量。

作为优选，金属线经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口的速度为500-800mm/秒。

本发明的有益效果是，本发明的硬脆材料切割用连续线材强度高，耐磨性好，能满足线锯用线材对强度、耐磨性的特殊要求，有效提高硬脆材料的切割效率，降低成本。本发明的制备工艺，由于采用熔融合金冷却法，其非晶合金层与金属线结合强度好。

附图说明

图1：本发明的用于硬脆材料切割的连续线材的具体实施例的结构示意图。

图中：1金属线，2非晶态合金层

具体实施方式

实施例1

如图1所示的本发明的用于硬脆材料切割的连续线材，线材直径为0.12mm，其由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成。其非晶态合金层的厚度为2微米，金属线为钢线的预变型线材。

前述硬脆材料切割用连续线材的制备方法：

1.非晶态母合金料成份比(重量份)：镍基非晶49.5份，镁基非晶28.5份，铜基非晶18.5份，钼基非晶3.5份。

2.耐磨母合金料制作工艺

将高熔点镁基非晶28.5份、钼基非晶3.5份，置于熔融Ti纯化过的惰性气体气氛下的电弧炉中熔炼，并采用电磁搅拌，要求真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为550A，熔炼以确保获得成分均匀的中间合金；第二步将中间合金与镍基非晶49.5份和铜基非晶18.5份放入坩锅内，将坩锅置于真空炉中，将真空度抽至1×10^-2Pa以下，冲入惰性气体作为保护气体，惰性气体的压力为0.7个大气压，在温度900℃条件下熔炼，然后再铜模铸造条件下制成母合金100份

3.非晶态合金与钢线涂覆工艺

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将已拉伸好的钢线在收线卷绕轮的牵引下快速经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口，通过的速度为V＝800mm/秒，让钢丝表面均匀涂覆上一层合金液，经过石英炉后快速冷却使钢线表面均匀涂覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到了一种由非晶态合金改性的切割线材。

实施例2

一种用于硬脆材料切割的连续线材，结构如图1所示，线材直径为0.25mm，其由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成。其非晶态合金层的厚度为4微米，金属线为钢线的预变型线材。

前述硬脆材料切割用连续线材的制备方法：

1.非晶态母合金料成份比(重量份)：镍基非晶49.5份，镁基非晶28.5份，铜基非晶18.5份，钼基非晶3.5份。

2.耐磨母合金料制作工艺

将镍基非晶49.5份，镁基非晶28.5份，铜基非晶18.5份，钼基非晶3.5份。置于惰性气体气氛下的电弧炉中熔炼，并采用电磁搅拌，要求真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为350A，熔炼以确保获得成分均匀的中间合金；第二步将中间合金与镍基非晶49.5份和铜基非晶18.5份放入坩锅内，将坩锅置于真空炉中，将真空度抽至1×10^-2Pa以下，冲入惰性气体作为保护气体，惰性气体的压力为0.3个大气压，在温度600℃条件下熔炼，然后再铜模铸造条件下制成母合金100份

3.非晶态合金与钢线涂覆工艺

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将已拉伸好的钢线在收线卷绕轮的牵引下快速经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口，通过的速度为V＝500mm/秒，让钢丝表面均匀涂覆上一层合金液，经过石英炉后快速冷却使钢线表面均匀涂覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到了一种由非晶态合金改性的切割线材。

实施例3

一种用于硬脆材料切割的连续线材，结构如图1所示，线材直径为0.40mm，其由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成。其非晶态合金层的厚度为6微米，金属线为钢线的预变型线材。

前述硬脆材料切割用连续线材的制备方法：

1.非晶态母合金料成份比(重量份)：镍基非晶49.5份，镁基非晶28.5份，铜基非晶18.5份，钼基非晶3.5份。

2.耐磨母合金料制作工艺

将上述非晶态合金成分置于惰性气体气氛下的电弧炉，真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为550A，，铜模铸造条件下制成母合金。

3.非晶态合金与钢线涂覆工艺

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将已拉伸好的钢线在收线卷绕轮的牵引下快速经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口，通过的速度为200mm/秒，让钢丝表面均匀涂覆上一层合金液，经过石英炉后快速冷却使钢线表面均匀涂覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到了一种由非晶态合金改性的切割线材。

实施例4

实施例1、2、3硬脆材料切割的连续线材与普通钢线在MB多线切割机6寸单晶切割情况对比：

Claims (6)

1.一种用于硬脆材料切割的连续线材，线材直径为0.06～10mm，其特征是：其由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成。

2.权利要求1所述的连续线材，其特征是：所述的非晶态合金层的厚度为0.5～10微米。

3.权利要求1所述的连续线材，其特征是：所述的金属线为钢线、不锈钢线、钨钼线、钼线、钨丝或者黄铜线的任意一种材料的预变型线材或常规线材。

4.权利要求1到3任一项所述的连续线材的制备方法，其特征是具有如下工艺步骤：

1)、非晶态合金制备

将一种或一种以上非晶态合金置于惰性气体气氛下的电弧炉中熔炼，真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为350～550A，铜模铸造条件下制成母合金；

2)、非晶态合金与金属线复合

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将金属线快速经过装有熔融状态非晶态合金的石英炉挤出口，通过的速度为1～1000mm/秒，使金属线外表面均匀地覆上一层合金液，经过石英炉后合金液快速冷却使金属线外表面均匀地覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到由非晶态合金改性的切割线材。

5.权利要求4所述的连续线材的制备方法，其特征是：所述的非晶合金有三种以上，其制备工艺步骤如下：

1)、非晶态合金制备

将高熔点二种或二种以上不同金属基非晶态合金按比例置于熔融Ti纯化过的惰性气体气氛下的电弧炉中熔炼，并采用电磁搅拌，要求真空度小于2×10^-3Pa，熔炼电流为350～550A，熔炼以确保获得成分均匀的中间合金；第二步将中间合金与其他金属基非晶态合金按比例放入坩锅内，将坩锅置于真空炉中，将真空度抽至1×10^-2Pa以下，冲入惰性气体作为保护气体，惰性气体的压力为0.3～0.7个大气压，在温度600～1100℃条件下熔炼，然后再铜模铸造条件下制成母合金；

2)、非晶态合金与金属线复合

将制备好的母合金装入高频加热石英炉中，加热熔融母合金并保温；将金属线在收线卷绕轮的牵引下快速经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口，通过的速度为1～1000mm/秒，让金属线外表面均匀地覆上一层合金液，经过石英炉后合金液快速冷却使金属线外表面均匀地覆上了一层非晶态合金复合层，从而得到由非晶态合金改性的线材。

6.权利要求5所述的连续线材的制备方法，其特征是金属线经过装有熔融状态母合金的石英炉挤出口的速度为500-800mm/秒。

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