CN102248610A - 一种锆基非晶态合金改性切割钢线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非晶态改性切割钢线，由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成，该非晶态合金为锆基非晶态合金。该切割钢线的硬度高，磨损少，断线率低。
Description
技术领域
本发明涉及线锯切割线材领域，特别是一种锆基非晶态合金改性切割钢线。
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，采用不同的切割钢线。现有线锯用切割刚材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。
本申请人于2011年6月3日申请了“一种用于硬脆材料切割的连续线材及其制备方法”(申请号：CN201110149694.1)，该发明通过严格控制金属线经过装有熔融状态非晶态合金的石英炉挤出口的速度，在普通线锯用切割钢材的外层进行金属基非晶化处理，得到高强度，高耐磨性的由非晶态合金改性的线材，满足了线锯用线材对强度、耐磨性的特殊要求，提高硬脆材料的切割效率，降低成本。
但是不同的硬脆材料对切割要求不同，而不同的非晶态合金改性的物理性能不同，需要进一步研究不同非晶态合金改性的切割钢线，以满足不同硬脆材料对切割的特殊要求。改性的非晶态合金与普通钢线相比硬度提高，磨损减少，但申请人在实际生产过程中发现不同金属基非晶态合金的硬度有差异，因而需要寻找一种硬度更好的非晶态合金，进一步提高切割钢线的硬度，减少磨损。
发明内容
本发明要解决的技术问题是进一步改进切割钢线的硬度。
本发明提供的技术方案是一种非晶态改性切割钢线，由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成，该非晶态合金为锆基非晶态合金。
作为优选，锆基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Zr含量65-80％之间；Fe含量0-10％之间；Ni含量0-12％之间；Nb含量0-10％之间；Si含量0-10％之间；B含量2-10％之间；其中Fe，Ni，Nb，Si，B可以是其中的一种或多种；其他元素Mg、Cu、Zn、Ag，Ce、Nd、Gd、Er、Cr、Mn、Ge、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr、Nd、W、Hf、Ta、V、Ti、Nb中没有或其中的一种或几种，其总含量为0-5％。
作为优选，锆基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Zr含量75-80％之间；Fe含量6-8％之间；Ni含量3-10％之间；Si含量0-3％之间；B含量3-5％之间；其他元素含有Gd、Cr、Mn、Al、Ta、V、Ti、Nb其中的一种或几种，其总含量为2-5％。该配比的锆基非晶态改性切割钢线硬度更大，磨损率、短线率更低。
本发明采用真空电弧炉制备锆基非晶态合金。将各组分混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜干锅内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至1×10-2Pa以下，然后充入熔融Ti纯化过的氩气至气压在0.05-0.07MPa，熔炼电流密度为350-400A，融化后，持续熔炼10秒钟，并加电磁搅拌，断电，让合金随铜坩埚冷却后，重新充电继续熔炼2-3次，得到均匀的锆基非晶态合金锭。
本发明可以采用熔融合金冷却法，电镀法，化学镀以及等离子喷涂法进行非晶态合金对钢线的改性。
例如采用熔融合金冷却法：将制备好的合金锭装入干锅炉中，加热熔融合金锭并保温；将前期不同工艺处理好的钢线在牵引作用下经过盛有熔融态合金锭的坩埚炉中，通过的速度为V＝500-800mm/秒，让钢丝表面均匀涂覆上一层合金液，经过坩埚炉后快速冷却形成非晶态合金，最终让钢丝表面均匀涂覆上了一层非晶态合金，从而得到了一种经过非晶态合金改性的切割线材。钢线直径0.06-10mm，涂覆的非晶态合金涂层厚度0.5-10um。
本发明涉及了一种用于线锯切割的锆基非晶态合金改性钢线应用。主要用于石材、宝石、石英晶体、硬质合金、陶瓷、单/多晶硅等的线锯切割，使用这种钢线切割，改善了钢线的磨损度，大大降低了切割过程中钢线的断线率。
具体实施方式
使用本发明制备的锆基非晶态合金改性的钢线在太阳能多线切割机台上切割太阳能单晶/多晶硅。所有实施例采用的钢成分、线径与实施例1相同，均采用的经冷拔工艺制备的钢线，线径0.1mm，有涂层钢线的涂层厚度均为0.5um。结果见表1。与普通钢线相比，锆基非晶态合金改性的切割钢线硬度提高，磨损率大大降低，断线率也减少。
表1
Claims (3)
1.一种非晶态改性切割钢线，由金属线及包覆在金属线外表面的非晶态合金层组成，其特征为该非晶态合金为锆基非晶态合金。
2.权利要求1所述的非晶态改性切割钢线，其特征在于锆基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Zr含量65-80％之间；Fe含量0-10％之间；Ni含量0-12％之间；Nb含量0-10％之间；Si含量0-10％之间；B含量2-10％之间；其中Fe，Ni，Nb，Si，B可以是其中的一种或多种；其他元素Mg、Cu、Zn、Ag，Ce、Nd、Gd、Er、Cr、Mn、Ge、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr、Nd、W、Hf、Ta、V、Ti、Nb中没有或其中的一种或几种，其总含量为0-5％。
3.权利要求1所述的非晶态改性切割钢线，其特征在于锆基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Zr含量75-80％之间；Fe含量6-8％之间；Ni含量3-10％之间；Si含量0-3％之间；B含量3-5％之间；其他元素含有Gd、Cr、Mn、Al、Ta、V、Ti、Nb其中的一种或几种，其总含量为2-5％。
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