CN102268616B - 一种非晶态合金改性切割钢线 - Google Patents

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，该非晶态合金为镁基或铜基非晶态合金。这种钢线切割大大提高了切割效率，降低了切割成本，并且镁基或者铜基非晶态合金具有较高的强度和较好的韧性，降低了切割过程中断线的风险，为切割基材提供优良的切割表面平整度。

Description

一种非晶态合金改性切割钢线

技术领域

本发明涉及线锯切割线材领域，特别是一种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。如太阳能电池用单多晶硅片的切割，对表面平整度要求很高，TTV值一般小于30um，如果表面平整度不好，影响后端电池片的制备，会降低电池片的使用寿命。但申请人在实际生产过程中发现不同金属基非晶态合金切割钢线的切割表面平整度不同，因而需要切割表面平整度好的金属基非晶态合金。

发明内容

本发明要解决的技术问题是进一步改进非晶态合金改性切割钢线的切割表面平整度。

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，其特征在于该非晶态合金为镁基或铜基非晶态合金。镁基或者铜基非晶态合金具有较高的强度和较好的韧性，实验证明此类合金改性的钢线能为切割基材提供优良的切割表面平整度。

作为优选，镁基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Mg含量在60‐92%之间；Zn含量在0‐25%之间；Cu含量在0‐15%之间；Ni含量在0‐25%之间；其中Zn、Cu、Ni,可以是其中的一种或几种；其他元素Ag，Ce、Nd、Gd、Er、Cr、Mn、Fe、B、Ge、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr、Nd、W、Hf、Ta、V、Ti、Zr、Nb中没有或其中的一种或几种，其总含量为0‐10%。

作为优选，镁基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Mg含量在60‐92%之间；Zn含量在1‐25%之间；Cu含量在2‐4%之间；Ni含量在3‐25%之间；其他元素Ag，Ce、Nd、Gd、Er、Cr、Mn、Fe、B、Ge、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr、Nd、W、Hf、Ta、V、Ti、Zr、Nb中没有或其中的一种或几种，其总含量为2‐3%。

作为优选，镁基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Mg含量在80‐92%之间；Zn含量在1‐7%之间；Cu含量在2‐4%之间；Ni含量在3‐6%之间；其他元素Er、Cr、Mn、Fe、B、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr中没有或其中的一种或几种，其总含量为2‐3%。

作为优选，铜基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Cu含量在40‐84%之间；Zr含量在0‐50%之间；Ti含量在0‐15%之间；Ni含量在0‐25%之间；Al含量在0‐20%之间，Gd含量在0‐50%之间，Nb含量在0‐15%之间，Pr含量在0‐32%之间，其中Zr，Ti，Ni，Al，Gd，Nb，Pr在非晶态合金中含有一种或几种;其他元素Ag，Ce、Nd、Mg、Er、Cr、Mn、Fe、B、Ge、C、Ca、Sc、Y、La、Nd、W、Hf、Ta、V、Zn中没有或其中的一种或几种，其总含量为0‐10%。

作为优选，铜基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Cu含量在46‐71%之间，Zr含量在5‐44%之间，Ti含量在0‐7%之间；Al含量在0‐3%之间，Nb含量在0‐3%之间，Pr含量在0‐25%之间，其他元素Ag，Ce、Nd、Mg、Er、Cr、Mn、Fe、B、Ge、C、Ca、Sc、Y、La、Nd、W、Hf、Ta、V、Zn中没有或其中的一种或几种，其总含量为0‐10%。

作为优选，铜基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Cu64%，Zr26%，Ti7%，Al1%，其他元素Ag，Ce、Nd、Mg总含量2%。

本发明采用真空电弧炉制备非晶态合金。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0.04‐0.07MPa，熔炼电流密度为350‐450A，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=1‐1000mm/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0.05‐10mm，涂覆的非晶态合金涂层厚度0.5‐10um。

这种钢线具有超高强度和一定的韧性，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，使用这种钢线切割大大提高了切割效率，降低了切割成本，并且降低了切割过程中断线的风险，得到非常平整的切割表面。

具体实施方式

使用本发明制备的非晶态合金涂覆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。按照GB/T1992‐2005方法测定硅表面平整度，所有实施例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。

TTV为总的厚度偏差，是基片上最大厚度与最小厚度之差，表示同一片基片厚度的均匀性，这个参数越大表示平整度越差差。

结果见表1，与普通钢线相比，镁基或者铜基非晶态合金改性钢线的TTV值降低，表明硅表明平整度得到改善。

表1

Claims (2)

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，其特征在于该非晶态合金为镁基或铜基非晶态合金； 

所述的镁基非晶态合金的化学成分按原子百分比为：Mg含量在 60‐92%之间；Zn含量在 1‐25%之间；Cu含量在 2‐4%之间；Ni含量在 3‐25%之间；其他元素 Ag，Ce、Nd、Gd、Er、Cr、Mn、Fe、B、Ge、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr、W、Hf、Ta、V、Ti、Zr、Nb中其中的一种或几种，其总含量为 2‐3%；所述的铜基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Cu64%，Zr26%，Ti7%，Al1%，其他元素 Ag，Ce、Nd、Mg总含量2%。

2.权利要求 1所述的非晶态改性切割钢线，其特征是镁基非晶态合金其化学成分按原子百分比为：Mg含量在 80‐92%之间；Zn含量在 1‐7%之间；Cu含量在 2‐4%之间；Ni含量在 3‐6%之间；其他元素 Er、Cr、Mn、Fe、B、C、Al、Ca、Sc、Y、La、Pr中其中的一种或几种，其总含量为 2‐3%。