CN103189158B - 具有电镀在衬底线上的磨料颗粒的锯线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定磨料锯线（100），其包括磨料颗粒（130），所述磨料颗粒借助于电解沉积的结合层（140）保持在线（100）上，衬底线与现有技术的衬底线的不同之处在于其包括覆盖有金属护套（120）的碳素钢芯线（110）。碳素钢芯线（110）确保芯线具有足够的强度。金属护套（120）由导电率是碳素钢的导电率的至少三倍、优选八倍的金属制成。金属护套（120）的厚度为覆盖有金属护套的芯线（110）的直径的至少2％。这些条件确保通过衬底线的电流的至少一半通过护套（120），即，通过在电镀工艺中需要的地方。这样的衬底线减小了在磨料颗粒（130）的电镀期间需要具有多个电触点。

Description

具有电镀在衬底线上的磨料颗粒的锯线

技术领域

本发明涉及适于锯切硬脆材料的固定磨料锯线，其中磨料颗粒通过以电解方式施加的粘合层附着在衬底线上。

背景技术

当前，用于锯切硬脆材料的主要技术通过多环形单线锯来进行，这些硬脆材料诸如为切削长度短于臂长度的硅、石英、砷化镓、金刚砂、刚玉、磁性材料或者任何其它昂贵材料。在这种锯中，包括悬浮在载液（通常为聚乙二醇）中的磨料颗粒（主要为金刚砂）的悬浮液通过圆薄的高张力钢线被拖入工件的切口。所述线由开槽的铰盘以环的方式被引导，所述环被布置成彼此平行因此形成线幅（wireweb）。工件由于在线和工件之间滚动的磨料颗粒的滚动粘合作用而被切削。该过程因为悬浮液组分在使用期间的变化而是棘手的，因为线和磨料两者均被磨损并且必须被不断地补充因而是昂贵的，因为悬浮液通过铰盘喷出因而是脏的，并且因为使用过的悬浮液（在该悬浮液中具有工件材料碎片和钢部分）和线必须以受控的方式被丢弃因而具有高的环境成本。

因此，行业中正在寻求一些技术方案来进行悬浮液的制备、悬浮液的控制和丢弃。所提议的其中一种技术方案是摒弃用于磨料颗粒的载液的使用并且将磨料颗粒直接固定在线上。因此仅仍需要冷却液来冲走可能集中在线上的碎片。这导致：

更佳的锯切作用，因为磨料颗粒的全部冲量被转化成工件中的切削（不再有微粒的滚动）；

更纯净的残留产品，因为冷却液主要包含工件碎片；以及

消耗品的更佳使用，因为磨料被更佳地使用并且线磨损较小（由于磨料不能相对于线移动）。

线锯切割固有地导致工件材料（有时是贵重的）的损失。因此还在不断地努力以保持“锯痕损失”（工件材料由于锯切碎片损失的量）尽可能低。这可通过将线的直径保持得尽可能小来实现。对于松散的磨料锯切，标准是120μm，而已显示可以使用80μm的线来切削例如硅锭。120μm规格的线导致大约135μm的锯痕损失，因为磨料在切削中也占用一些宽度。

此外，在线锯切中，在线上必定存在张力。因为线被推靠在工件上，因此纵向施加的张力被转化为切削平面中的横向力。该横向力（与线的纵向运动结合）迫使线来切削工件。线因此在锯切期间呈弓形形状。张力越高，弓形越小，切削也越快。实践中，该张力在幅面中大约为25牛顿。因此，锯线必须能够至少承受该力的1.5至2倍，因为否则会存在线断裂的风险。因此在与线的直径成比例的锯痕宽度的进一步降低与和线的直径的平方成比例的线的强度之间存在冲突。如将进一步所示的，在固定的磨料锯线中，当将磨料颗粒固定到线上时，该问题甚至变得更为突出。

当前研究出各种技术来将磨料颗粒（通常为金刚石微尘）固定到载线：

可通过机械结合来进行该固定：通过将金刚石微粒挤压在软护套高张力线中，诸如在当前申请的申请号为EP2010/055678的申请中描述的那样。

也已考虑过冶金结合，例如通过将微粒镀或焊到线的表面，诸如在WO99/46077中所描述的那样。然而，这较不优选，因为线的热负荷导致线强度的不利损失。在150μm以下的细线的情况下，热负荷甚至变得更有问题，因为线的表面与线的体积的比值变得更大：热量流入增加，而被加热的线的质量减小，而导致甚至更高的热负荷。

已详尽地研究了诸如在US6070570中描述的树脂结合。然而，其被证实在锯切期间难以将微粒保持在树脂中。

借助金刚石微粒的电解或非电镀固定。该方法已形成于用于切削硅碇的替代锯条技术，并且通常还使用于金刚石切削工具。

由于在本申请中对固定技术的后一类型进行了改进，因此将对其更加详细地讨论。基本上存在两种不同的方式通过电化学手段来将金刚石附着到线上：

存在非电镀镍（EN）工艺。在该工艺中，线被浸入磨料颗粒和水溶液的镀液中，该镀液包括金刚石和电解质，该电解质包括金属离子（镍）、还原剂（例如次氯酸磷酸钠）、络合剂（诸如柠檬酸）和镀浴稳定剂。镀液是自动催化的，将线浸没在镀液中，镍镀层将形成在线上。不需要具有电流源来电镀所述线（因此术语为非电镀）。现在，当金刚石微粒被涂覆有导电层（优选为镍）时，金刚石微粒将同样被类似地涂覆有镍，由此将金刚石微粒固定到所述线。该工艺的缺点在于，其进行得慢，镀液具有有限的使用期，并且镀液需要严格的镀液维护。而且该工艺在表面上产生氢，这可能有损于钢的疲劳寿命。通常，EN涂层富含有磷，而使涂层更硬。该硬化需要进行超过400℃的热处理，这对于细线也是不优选的。

US2003/0140914描述了使用非电镀液来为铬-镍钢的钢线涂覆金刚石微粒和镍。为了防止线的氢脆，不锈钢线首先被涂覆以1至10μm厚的中间层（铜、镍或黄铜），以防止氢扩散到钢中。

不锈钢的使用具有强度上的问题：实际上其更难以获得高水平的张力，因为不锈钢的奥氏体或马氏体结构不允许高水平的应变硬化。而且不锈钢线上的氧化皮将阻止在表面上开始奥氏体反应，这必须用例如预镀镍（nickelstrike）的线的预处理。

当利用非电镀液涂覆时，通常使用分批工艺，在US2004/0001922中描述了这种分批工艺的实施例。

接着是存在镍和涂覆镍的磨料颗粒的电镀。在该情况下，形成在线衬底和电解镀液之间流动的电流，这使阳离子（镍离子）在镀液中所形成的电场中朝衬底移动。通过使金刚石微粒与线衬底电接触，它们还被涂覆以镍并粘合到所述线。

JP2010082773描述了一种工艺，其中，碳素钢首先被覆盖有不锈钢涂层，以防止发生氢脆。之后，金刚石微粒通过电镀被固定在镍涂层中。该公开还提及了必须将电流密度限制到阈值之下，以限制电解槽入口处的氢释放。限制电流密度还意味着提高了镀液长度和/或降低涂覆速度，这是不利的。

在镍和涂覆金刚石的镍的电镀期间，通过衬底线发送电流，并且因此必须在线和电源之间建立接触。由于目的是形成长的长度的锯线（至少数十千米），因此这样的电接触必须允许在移动的线和电流源之间运动，以允许用于卷轴-卷轴生产工艺（reeltoreelproductionprocess）。尽管当线的表面光滑时，这可通过接触辊来容易地建立，但这在磨料颗粒粘合到表面时就不可能再进行。实际上，辊和线之间的接触表面由于存在微粒而将大大地减少，并且由于不规则涂层而将出现局部高电流密度（电火花）。

存在一些可能来提供电流源与具有不规则涂层的移动线（诸如固定磨料锯线）之间的可动电接触。例如存在将电解质作为阳极触点使用于线上的可能性。这例如在当前申请的WO2007/147818中被描述。然而，该触点的缺点在于，前面施加的涂层的一部分被再次溶解，这将松开仅部分地附着到线上的磨料颗粒。

另一个方案是使用导电纤维涂覆的轮，诸如在JP2004082253中所描述的那样。纤维（例如不锈钢纤维）如同刷毛一样被布置在接触轮上，并且即使在存在金刚石微粒时也确保良好电接触。然而，缺点在于纤维还趋于被涂覆镍，这必须被定期更换。

因此当依照电解法制造固定磨料的锯线时存在克服该电接触问题的需要。

发明内容

发明人因此提出一种结合制造和工艺两方面的技术方案，以克服与该电接触问题相关的问题。而且，它们提出的建议也克服了当试图在电解涂覆工艺中制造小规格锯线时出现的问题。“小间距”是指：具有薄于150μm的衬底线。而且，它们提出的技术方案具有一些其它方面的优势，诸如足够的断裂负荷、增大的制造速度以及增加对氢的屏蔽。

根据本发明的第一方面，要求保护一种固定磨料锯线，该固定磨料锯线包括：直径为“d”的碳素钢芯线和覆盖所述钢芯线的金属护套。直径“d”意味着圆的直径，该圆的面积与所述线的通过垂直于该线的轴线的平面的横截面的钢面积相同。包括护套外皮的碳素钢芯的总直径为“D”。护套的厚度因此为（D-d）/2。磨料颗粒通过金属结合层固定到所述金属护套。所述护套与现有技术的区别在于，所述护套的金属的导电率是所述芯线的所述碳素钢的导电率的至少三倍，并且所述芯线的所述直径“d”小于所述覆盖钢芯线的护套的所述直径“D”的96%。后者要求还能够被精确地表达为所述护套的厚度必须是整个直径“D”的总直径的至少2%。

尽管现在将研究低至100μm的碳素钢的直径，但优选该直径小于150μm，优选地小于140μm或130μm，例如120μm。

曾经的在减小直径方面的努力对于直径小于150μm的小规格线来说存在严重问题，因为每米的电阻急剧地增大并且变成电解涂覆工艺的限制因素。这在表1中示出，其中对于多种钢类型，每米的电阻用两个极端的线尺寸250μm和120μm（无涂层）来计算：

表1

用于小规格线的每米的增大电阻导致镀液中的纵向电压下降，而使在镀液的接触侧的线表面上电镀流密度增大，而较远离的线表面上电流密度减小。“接触侧”意味着镀液的供应电流所在的一侧，并且因此电流进入电解槽。局部的高电流密度导致在电解槽的入口处由于金属离子的扩散而使氢释放增大，并且沿线进一步向下没有涂层，因为电压成倍地下降。

该表清楚地表明线的电阻对于较厚的线而言不是问题。

碳素钢芯的选择优选于不锈钢线，因为其导电率已明显更高。而且碳素钢能够被冷拉至3倍及更高倍的真实伸长，这导致有利的拉伸特性。

实际的碳素钢组分不仅包括铁和碳，而且还包括许多其它合金和微量元素，这些其它合金和微量元素在强度、延展性、成形性、耐蚀性等方向对钢特性具有深远影响。关于该应用，最主要的是强度，对于碳素钢芯线下列成分是优选的：

至少0.70wt%的碳，上限取决于形成线的其它合金元素（参见以下）。

含量在0.30至0.70wt%之间的锰。锰与碳一样增大使线变硬的应变，并且在钢的制造中也用作脱氧剂。

含量在0.15至0.30wt%之间的硅。硅在制造期间被用于对钢脱氧。与碳一样，硅帮助增加使钢变硬的应变。

与铝、硫（在0.03wt%以下）、磷（在0.30wt%以下）、铜（在0.60wt%以下）一样的元素的存在应被保持为最小值。

钢的其余成分是铁和其它成分。

通过这类碳素钢，容易达到超过3500N/mm²的拉伸强度，而通过材料和处理的适当的选择，能够获得超过3750N/mm²甚至3900N/mm²的强度。这些水平在钢芯线上获得（不考虑护套的强度）。

铬（0.005wt%至0.30wt%）、钒（0.005wt%至0.30wt%）、镍（0.05wt%至0.30wt%）、钼（0.05wt%至0.25wt%）和微量硼的存在对于共析组分以上的碳含量（0.80%wtC）可以减少晶界渗碳体，并且由此改善线的形成性。这样的合金形成能够使碳含量为0.090wt%至1.20wt%，导致拉伸强度能够比钢芯线水平高4000MPa。这种钢也优选并且在US2005/0087270示出。

通常，钢芯线的拉伸强度（以N/mm²表示）必须大于以下值：

TS≥4700-7.4×d

其中，“d”是以微米表示的芯线的直径。

然而，根据发明人的经验，即使使用导电率更好的碳素钢芯线也不足以消除电阻问题。

在钢芯线的外周处存在一定厚度的高导电率金属护套能够减小线的每米的电阻。由于圆线的大部分横截面积小于其外周的横截面积，因此最佳的是使护套形成导电率更好的部分。另外，在护套上，电流被镀液中而不是芯中的金属离子消耗。穿过芯的整个电流的部分“B_芯”因此由公式给出：

其中，α=d/D和A=γ_护套/γ_芯，其中γ_护套和γ_芯是护套和芯的导电率（每米西门子，S/m）。穿过护套的电流的部分因此为B_护套=1-B_芯。

在任何情况下，穿过护套的电流部分比穿过芯的电流部分高，即，B_芯必须小于0.5，以在最需要电流的地方，即线的表面处，具有最多的电流。这能够通过施加两个限制来实现：

护套的导电率越高，通过护套的电流的部分越高，护套也能够更薄。通过优选护套金属的导电率必须是钢芯线的导电率的至少三倍，即，A≥3。在这种情况下，芯能够大于0.866×D，即，芯仍具有足够的强度。因此合适的护套是银（导电率为62.1MS/m，每米百万西门子）、铜（58.8MS/m）、金（41.7MS/m）、铝（37.0MS/m）、钴（17.2MS/m）、锌（16.8MS/m）。合金不是优选的，因为合金的导电率通常比它们的构成金属低。

甚至更优选的是，所述金属护套的导电率是钢芯线的导电率的至少八倍，即A≥8。剩下的适当金属仅是铜和银，其中铜更优选，因为其可用性和较低成本。对于铜，芯的任选直径是带护套的钢芯线的直径“D”的0.88至0.95倍，其相当于护套直径在整个带护套的钢芯线的在2.5至6%之间。

芯的直径不能大于带护套的钢芯线的直径“D”的96%（即，“D”包括外部护套）。较大的芯不能导致每米电阻的进一步降低。

线的附加优点在于，闭合的金属护套防止氢脆。对于碳素钢，特别是高拉伸线，氢脆是特别严重的问题。

线的每米电阻的减小的另外优点在于，在每单位长度中产生较小的耐热性。该热量在该过程中可能产生问题，因为在长的线上的小的温度增加已经能够导致长度增加，这在不同的工艺步骤之间形成线松驰。

钢芯和第一金属层之间的界面能够呈现一定程度的粗糙度，并且甚至能够互锁。这种界面的优点在于使护套层更好地粘附到钢芯线。“互锁”意味着金属护套的某些突出部钩入钢芯线的对应凹部中。对于该应用，粗糙度被表示为关于由金相截面确定的算术平均偏差粗糙度“Ra”。平均“Ra”必须大于0.50微米，甚至更优选是在0.70微米以上。

平均“Ra”通过拍摄线的周长的不同节段的分离图片来确定，并且对于每个节段确定粗糙度“Ra”，然后计算平均值。横截面周长的至少一半必须以不同的节段测量，以获得整个周长上的良好覆盖率。应该使用500至1000倍的放大率。

磨料颗粒可以是超级磨料颗粒，诸如金刚石（天然的或人工的，后者有时更为优选，因为它们的低成本和它们的晶脆性）、立方氮化硼或者其混合物。对于较少需要的应用，可以使用诸如碳化钨（WC）、碳化硅（SiC）、氧化铝（Al₂O₃）或者氮化硅（Si₂N₃）的微粒：尽管它们较软，但它们比金刚石便宜很多。最优选的是人工金刚石。

磨料颗粒至少被部分涂覆有导电涂层，因为否则它们将被以电解的方式覆盖有金属结合层。示例性涂层是钛、碳化钛、锆、钯、钨、碳化钨、铬、铁、铜或镍涂层。铜和镍涂层是最优选的，因为它们容易得到。金属涂层的重量比应小于总重的50%（金刚石和涂层），优选小于30%。

粘合层是重要的，因为其是将磨料颗粒附着在带护套的钢芯线的层。磨料微料通过电镀附着在金属护套上。不明确地考虑磨料颗粒缩入护套中的方法。因此本发明锯线的护套层基本上没有磨料颗粒形成的缺口，即，磨料颗粒仅由金属结合层保持，而不通过护套层保持。

对于金属结合层中的金属优选的金属是铁、镍、铬、钴、钼、钛、铜、锌、锡和其合金。最优选的是镍，因为其它金属具有环境或者健康方面的限制，并且在它们的使用中与诸如半导体材料（最明显为硅）之类的工件材料不相容。根据本发明的层不单单通过电解涂覆工艺（不是非电镀涂覆工艺）来施加。因此粘合层显示出具有晶粒的晶体结构。非电镀镍显示出非晶形结构。

金属结合层的厚度在2至10微米之间，优选地在3至6微米之间，优选的厚度大约为4微米。

磨料颗粒的尺寸必须根据金属结合层的厚度选择（反之亦然）。确定微粒自身的形状和尺寸是一种其自身的技术领域。由于微粒不具有（不应该具有）球形形状，为了该应用，对微粒的“尺寸”而不是它们的“直径”进行说明（因为直径意味着球形形状）。微粒的尺寸是由本领域中已知的任何测量方法确定的线性大小（以微米表示），并且始终处于连接微粒表面上的彼此最远离的两点的线（通过微粒的大部分）的长度与连接微粒表面上的彼此最靠近的两点的线（通过微粒的大部分）的长度之间。

设想用于固定磨料锯线的微粒的尺寸落入“微型粉”的种类。微型粉的尺寸不能再通过标准的筛分技术（它们对于微型粉常用的）来确定。相反地，它们必须由其它技术确定，诸如，激光衍射、直接镜检法、电阻或测光沉淀法。标准的ANSIB74.20-2004更详细地说明了这些方法。对于该应用的目的，当说明微粒尺寸时，是指由激光衍射方法（或者“低角度激光光散射”，由于其也被称为）确定的微粒尺寸。该过程的输出是中间尺寸为d₅₀的连续的或者差示的微粒尺寸分布（即，微粒的一半小于该尺寸并且微粒的一半大于该尺寸）。

超级磨料通常通过该标准而不是通过筛数来确定尺寸范围。例如，在20至30微米级中的微粒分布具有20微米（即“d₅”）至30微米（即“d₉₅”）之间的微粒的90%，并且超过40微米的微粒分布小于千分之一，同时中间尺寸d₅₀必须在25.0±2.5微米之间。

磨料颗粒中间尺寸d₅₀优选为金属结合层的厚度的1至5倍之间。较小的微粒消失在涂层中，较大的微粒不能被粘合层充分地保持。更优选地是中间微粒尺寸为金属结合层厚度的1至3倍之间，最优选的是微粒是金属结合层厚度的1至2倍。

存在的磨料颗粒的量取决于待被切削的工件的材料。一方面，密度不应太高，以防止加载锯线，另一方面，密度不应太低，因为否则线不能切削。通常，优选的是区域范围在1％至50%之间、或者2％至20%之间、或者甚至在2％至10%之间。这样，能够获得足够的切削性能，同时在使用期间不发生线的加载。通过视觉检查可以估计区域范围。

根据本发明的第二方面，提供一种制造根据本发明的固定磨料锯线的方法，该方法包括以下步骤：

a．选择直径为“d”的碳素钢芯线。优选的是该线的直径小于150μm，并且具有根据第19段和第20段的组分。钢芯线的伸张强度（N/mm²）必须在4700-7.4×d（“d”为μm）之上。

b．用导电率是钢芯线的碳素钢的导电率的至少三倍的涂层金属涂覆钢芯。涂层被加厚，直到包含涂层的钢芯线的总直径“D”至少为d/0.96。

c．通过将线引导通过包括粘合金属离子种类和磨料颗粒的镀液，带护套的钢芯线被电解地涂覆有金属结合层。该步骤以连续的过程被执行，其中，带护套的钢芯线从放线卷轴解绕，涂覆以粘合层和磨料颗粒并且卷绕在收紧线轴上。接触位置是与带护套的线的接触位置，而不是与磨料涂覆线的接触位置，并且所有电流通过线并通过镀液在该接触位置处被供应。接触位置因此仅在镀液的线入口侧。

在步骤“a”中，可用的碳素钢芯线例如是锯线，因为它们用于松散的磨料锯切。

在步骤“b”中，涂层能够从包含优选金属种类的电解镀液电解地涂覆，该镀液包含如在第24段提及的所需要的厚度的优选金属种类。

在步骤“c”中，磨料颗粒优选至少部分地涂覆有导电层，以在磨料颗粒上具有良好的粘合金属生长。优选地，通过将线引导通过磨料颗粒和包括电解质的粘合金属的混合物而使磨料颗粒与线紧密接触。

在其它优选实施方式中，紧接着步骤“c”，通过从与步骤“c”相同的电触点引入电流，借助在包括金属粘合金属的镀液中进行电解涂覆，使金属结合层进一步加厚。优选地，除了在镀液中不存在磨料颗粒之外，该镀液与用于步骤“c”中的相同。

在该过程的另一个优选实施方式中，选择直径为“d₀”的碳素钢线，接着对碳素钢线涂覆金属护套，直到获得总的线直径“D₀”。“D₀”至少为d₀/0.96。金属护套为优选的金属种类，如第24段所提及的。现在通过将线随后牵伸通过较小的模而使该线的直径减小，直到获得最终直径D。该方法是优选的，因为：

其允许使用护套金属条，以用大直径处覆盖钢芯线（不能应用于具有150μm以下的直径的线上的方法），这更经济；

或者，其允许更高的电流密度，以在更厚的线上电解地放置护套金属涂层。实际上，对于更厚的线，线的每米的电阻足够低，以不出现问题。

另外，钢芯线与牵伸线的金属护套之间的界面在金相横截面上显示出粗糙界面。这种粗糙界面有利地增强钢芯线和金属护套之间的粘合。

附图说明

图1示出了根据发明产品的实施方式。

图2示出了形成本发明产品的装置。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的固定磨料锯线的剖视图。存在直径为“d”的碳素钢芯线和覆盖该钢芯线的金属护套，覆盖钢芯线的护套的直径为“D”。磨料颗粒通过金属结合层附着在金属护套上。当钢芯与护套之间的界面粗糙时（如本文所示），必须将钢芯线的平均直径取为“d”。

在第一系列的实验中，碳素钢芯线杆（公称直径为5.5）与公称碳含量为0.925wt%和组分与第20段的组分一样的高碳钢一起使用。该线被去除氧化皮，干拉至3.05mm，被韧化处理并且进一步被干拉至0.89mm的直径，接着再韧化处理。材料被分离成两部分。第一部分接着被电镀有铜和锌，接着进行扩散。涂层的量大约为5至6g/kg，并且涂层的铜含量为67%的Cu。该线在湿法拉丝架上被进一步拉至总体上为120μm的线直径。因此青铜涂层的厚度大约为0.15μm。青铜的导电率大约为13MS/m。拉线的断裂负荷为45.3N。

该线被用作用于带金属护套的芯线，如图2所示该芯线用于在双卷轴装置上电解涂覆有磨料颗粒。该装置具有：用于退绕护套芯线的进给线轴的放线支架；一系列溢出盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中，分离的镀液被连续地循环；以及具有收紧线轴的收紧单元。每个溢出盘均具有阳极，该阳极与相应的受控电源连接。所有电源均被连接至共用导体，该共用导体与单一的电接触辊连接。不存在其它电接触辊。从电动模式应清楚，来自每个涂覆液i₁、i₂、i₃和i₄的所有电流i_总都必须穿过线，即，i_总=i₁+i₂+i₃+i₄。

第一盘Ⅰ包含浸入长度为70cm的涂镍金刚石和电解质的混合物。金刚石具有在从6至12μm的范围内的中间尺寸9μm（5%至95%范围），并且被涂覆镍（镍占总重的30%）。流过第一盘Ⅰ的电解质具有下列组分、酸性和温度：

氨基磺酸镍电解质量（单位）

氨基磺酸镍

（Ni（SO₃NH₂）4H₂O440g/l

NiCl₂6H₂O20g/l

H₃BO₃30-40g/l

pH3.2-3.80

温度45℃

电解槽Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ具有相同的构造并且具有25cm的浸入长度。它们用于将镍粘合层“加厚”达至镍的总厚度为4μm，并且不包含磨料颗粒。

第一电解槽在10.7伏的电压下保持15A/dm²的电流密度。其它电解槽中的电流密度被保持在20A/dm²，电压从10V达到用于最后一个盘的19V。通过线传送的总电流i_总是0.96安培，而导致每米14.7瓦特的热扩散。在电解槽的入口处氢释放是明显的，并且磨料颗粒仅仅由涂层保持。线在处理期间也是易碎的，这表示有氢脆。不能对其进行锯切测试。断裂负荷下降至41.4N（下降8.6%）。

现在，当计算穿过芯并且穿过护套的电流的部分时，得到仅全部电流的1.4%穿过护套。导电率“A”仅为2.9。线的电阻为每米15.9Ω/m，这大约相当于未涂覆的碳素钢线的电阻。发明人注意到，电流在其应该流动的地方不流动。

在随后的测试中，被留置的0.89的经韧化处理的线的部分被涂覆有大约370g/kg的纯铜的电解铜涂层。纯铜的导电率为59MS/m。该线随后被湿法拉丝至137.6μm的总直径。钢芯直径为123μm，而导致7.3μm的涂层厚度。断裂负荷为48.2N，这导致护套芯线的拉伸强度为3313N/mm²。钢芯线的拉伸强度估计大约为4200N/mm²。界面清楚地示出粗糙度以及甚至互锁性。每米的电阻为4.1Ω/m。

确切地，在该护套芯线上进行与第一样品相同的涂覆工艺。另外，第一电解槽被保持在15A/dm²的电流密度，但现在仅需要4.7V的电压。其它电解槽中的电流密度被保持在20A/dm²，电压为最大值7V。传送通过线的总电流i_总是1.10安培，而导致每米4.8瓦特的热扩散。在电解槽的入口处无明显的氢释放，并且磨料颗粒由涂层良好地保持。在张力测试中线的最终强度为48.1N（0.2%的可忽略不计的损失）。

铜的导电率为碳素钢芯的导电率的10.6倍。钢芯线直径与护套钢芯线直径的直径比为89%。穿过护套的电流部分为73%，即，大于50%。仅27%的电流穿过钢芯线。本发明人推断出，大部分电流通过其所需要的地方：即，表面处。

对这种线在DWTRTS-480单线、双卷轴锯上进行确认锯切测试。一块25×125mm²的单晶硅被从该块的较短侧锯切，即，线与块之间的接触长度为25mm。该线在180m的长度上以450m/min的平均线速往复运动，线的张力保持恒定于12N，并且锯速为4.5m/min。在切削期间形成的弓形根据时间的变化而被测量。大的弓形意味着低的切削能力，小的弓形意味着高的切削能力。对同一线重复锯切，可评估线的磨损。本发明的线在第一次切削结束时呈现出8mm的弓形，第二次切削结束时呈现出11mm的弓形，第三次切削结束时呈现出16mm的弓形。

以同样的方式（利用相同的原材料）用不同的铜涂层厚度制备样品：

总直径为122μm的样品具有1μm厚度的涂层。在电镀前，线的断裂负荷为44N。直径的比为0.984，并且通过芯的电流部分为74%，即，仅26%的电流穿过涂层。每米的电阻为11.7Ω/m。在涂覆期间，观测到氢释放。在涂覆之后，断裂负荷降至42.6N（3.2%的损失）。

总直径为127μm的样品具有4μm厚度的涂层。在电镀前，线的断裂负荷为46.1N。直径的比为0.937，并且通过芯的电流部分为40%，即，60%的电流穿过涂层。每米的电阻为6.5Ω/m。在涂覆期间，未观测到氢释放。在涂覆之后，线呈现出47.6N的断裂负荷（3%的增益）。

结果表示需要具有用于护套金属的最小导电性的最小护套厚度，以能够在细线上以良好方式用磨料颗粒进行电解涂覆。

Claims (12)

1.一种固定磨料锯线，其包括：

直径为'd'的碳素钢芯线；

覆盖所述碳素钢芯线的金属护套，覆盖有所述金属护套的所述碳素钢芯线的直径为'D'；以及

磨料颗粒，所述磨料颗粒借助于金属结合层被固定在所述金属护套上，

其中，所述金属护套的金属的导电率是所述碳素钢芯线的碳素钢的导电率的至少三倍，以及

其中，所述金属护套为以下材料之一：铜、银、铝、金、锌、钴；

所述碳素钢芯线的所述直径'd'小于覆盖有所述金属护套的所述碳素钢芯线的所述直径'D'的96％；

其特征在于：所述金属护套和所述碳素钢芯线之间的粗糙界面在垂直于所述碳素钢芯线的平面中的金相截面中是可辨别的，并且所述粗糙界面的算术平均偏差粗糙度Ra平均高于0.50μm；所述粗糙界面是互锁的，所述金属护套没有由磨料颗粒形成的缺口。

2.根据权利要求1所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述金属护套的所述金属的所述导电率是所述碳素钢芯线的所述碳素钢的导电率的至少八倍。

3.根据权利要求1所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述碳素钢包括至少0.70wt％的碳、含量在0.30至0.70wt％之间的锰、含量在0.15至0.30wt％之间的硅、含量小于0.03wt％的铝、小于0.03wt％的硫、含量小于0.30wt％的磷、含量小于0.60wt％的铜、以及其余的为铁。

4.根据权利要求3所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述碳素钢还包括含量在0.005wt％至0.30wt％之间的铬、含量在0.005wt％至0.30wt％之间的钒、含量在0.05wt％至0.30wt％之间的镍、含量在0.05wt％至0.25wt％之间的钼。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述碳素钢芯线的所述直径'd'小于150微米。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述碳素钢芯线的拉伸强度至少为3500N/mm²。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述磨料颗粒为以下材料之一：金刚石、立方氮化硼、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钨、它们的混合物。

8.根据权利要求7所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述磨料颗粒被涂覆有为以下材料之一的涂层：钛、碳化钛、硅、锆、钯、钨、碳化钨、铬、铁、铜、镍。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述金属结合层中的金属为以下材料之一：铁、镍、铬、钴、钼、钨、铜、锌、锡、它们的合金。

10.根据权利要求9所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述金属结合层的厚度在2至10微米之间。

11.根据权利要求10所述的固定磨料锯线，其特征在于：所述磨料颗粒的中间尺寸在所述金属结合层的厚度的1至5倍之间。

12.一种用于形成根据权利要求1-11中任一项所述的固定磨料锯线的方法，包括以下步骤：

选择直径为“d₀”的碳素钢芯线；

用金属护套覆盖所述碳素钢芯线，直至达到直径'D₀'，所述直径D₀大于d₀/0.96，所述金属护套的金属的导电率是所述碳素钢的导电率的至少三倍；

对所获得的中间的线进行牵拉步骤以将由所述金属护套覆盖的所述碳素钢芯线的直径减小到更细直径'D'；

在连续的卷轴-卷轴工艺中，通过在单个的接触位置供应电流而将所述磨料颗粒固定在所述金属护套上的金属结合层中，所述接触位置是在电解槽的线入口侧与带护套的线接触的位置，所述电解槽包括结合金属和磨料颗粒；

通过在所述接触位置处施加电流而在包含结合金属的电解槽中以电解的方式加厚所述金属结合层。