CN103882398B - 太阳能硅片线切割导辊专用镀膜机和电镀机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能硅片线切割导辊及制作方法与专用镀膜机和电镀机，制作一种复合聚氨酯制成的V型导辊基体，在V型导辊基体表面上镀有金属复合层，在金属复合层表面镀有耐磨复合层，所述的金属复合层为镍、钛、铜和铬中的一种或多种组成的金属复合层，所述的耐磨复合层为防粘聚合体，防粘聚合体中有耐磨微粒。本发明制成的V型导辊在不改变现有切割工艺条件下，提高V型导辊的使用寿命和减少更换次数、稳定切片良率及提高设备利用率、降低切割综合成本。
Description
本申请是申请号为201110112579.7，申请日为2011年05月03日，专利名称为《太阳能硅片线切割导辊及制作方法与专用镀膜机和电镀机》的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及太阳能硅片切割设备技术领域，尤其是一种太阳能硅片线切割导辊专用镀膜机和电镀机。
背景技术
中国光伏发电产业近五年发展迅猛，太阳能硅片切割设备投入近几年以几十倍的投入运行，其中切割用钢线排线用V型导线辊，随切片机台的扩产而大量消耗、其中V型导线辊的表面磨损及耐磨特性直接影响切片品质和设备的利用率及综合线切成本。
在太阳能硅片线切割过程中，整个机理是利用碳化硅颗粒的坚硬特性和锋利菱角将硅棒截断，切割时切割钢线在V型钢线导辊上等间隔地、均匀地排线来带动砂浆在高速运动中的钢线表面,均匀平稳的使碳化硅微粒来切割硅棒表面，导线辊是控制切片厚度的一个关键控制点.在切割过程中导辊表面同时也被高速运动中的碳化硅间接磨损，V型槽间距发生变化而影响线切品质。
随着整个太阳能行业的发展，在太阳能硅片线切割中大量使用复合聚氨酯弹性体导辊，由于其表面的耐磨性受聚合体的材料结构影响，实际使用寿命周期在150-200小时之间已造成切片品质不稳定。在生产过程中更换导辊是个很复杂的工作，需要专业的操作人员花费5-8小时才能换好，也意味着企业需停机5-8小时，造成其他机台设备资源的浪费，换好后还需要清洗其他设，进行表面重新修复增加企业成本，增加工人劳动强度，整个行业都在为如何提高V型钢线导辊表面耐磨性和提高使用寿命及提高机台利用率、降低切割成本而又不改变现有切割导辊的制作工艺寻找新的途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种太阳能硅片线切割导辊在现有复合聚氨酯制成的V型导辊基体上镀一层耐磨复合层，提升V型导辊基体表面与砂浆钢线之间的耐磨特性，增加V型导辊基体的使用寿命，减少更换次数，稳定切片良率及降低生产成本。
本发明提供一种太阳能硅片线切割导辊制作方法实现在V型导辊基体表面镀上耐磨复合层，在镀耐磨层之前必须使复合聚氨酯基体表面金属化。
本发明提供一种专用镀膜机，采用磁控溅射工艺实现复合聚氨酯基体表面金属化处理。
本发明提供一种专用电镀机，采用电镀工艺实现耐磨复合层的电镀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能硅片线切割导辊，具有复合聚氨酯制成的V型导辊基体，V型导辊基体表面上镀有金属复合层，在金属复合层表面镀有耐磨复合层，所述的金属复合层为镍、钛、铜和铬中的一种或多种组成的金属复合层，所述的耐磨复合层为防粘聚合体，防粘聚合体中有耐磨微粒。
所述的金属复合层的厚度为0.10μm-0.38μm。
所述的耐磨复合层中的防粘聚合体为聚四氟乙烯树脂。
所述的耐磨微粒为粒径0.2μm-2.0μm的碳化硅和/或金刚石微粒，所述的耐磨复合层的厚度为2μm-15μm。
一种制作太阳能硅片线切割导辊的制作方法，具有如下步骤：
（a）制作表面带V型槽的V型导辊基体；
（b）去除V型导辊基体表面的微粒和污迹；
（c）去除V型导辊基体表面水迹；
（d）对V型导辊基体表面进行Ar/N2/O2离子表面微处理；
（e）对步骤（d）中完成表面微处理后的V型导辊基体的表面进行镀金属复合层，使用磁控溅射工艺使复合聚氨酯表面金属化；
（f）镀上金属复合层后的V型导辊基体降温冷却后进行干燥，以备后用；
（g）干燥后的V型导辊基体进行电镀耐磨复合层，V型导辊基体放置在电镀槽中，电镀槽中的电镀液为含有耐磨微粒以及防粘聚合体的高悬浮电镀液；
（h）将完成电镀耐磨复合层后的V型导辊基体1进行水清洗，清洗完毕后进行高速旋转并用热风烘干；
（i）完成V型导辊基体检验后真空包装出货。
步骤（e）所述的磁控溅射工艺中采用的金属靶为镍、钛、铜和铬中的一种或多种组合，金属复合层的镀层厚度为0.10μm-0.38μm。
步骤（g）所述的防粘聚合体为聚四氟乙烯树脂，耐磨微粒粒径0.2μm-2.0μm的碳化硅和/或金刚石微粒，耐磨复合层的镀层厚度为2μm-15μm。
一种生产太阳能硅片线切割导辊的专用镀膜机，用于复合聚氨酯制成的V型导辊基体表面金属化，包括真空室以及抽真空机组，真空室内设有一对安装V型导辊基体的导辊自公转机架，导辊自公转机架上对应设置至少一组安装V型导辊基体的夹具，真空室内安装有至少一个磁控靶位以及与磁控靶位对应设置的金属靶位，真空室外设有控制磁控靶位工作的磁控电源柜。
为提高工作效率，所述的导辊自公转机架上设置有四组安装V型导辊基体的夹具，可同时加工1至4组V型导辊，工作效率较高。
为实现四种金属的磁控溅射，所述的磁控靶位数量为四个，四个磁控靶位均匀围绕在导辊自公转机架的周向，金属靶位可配置镍靶、钛靶、铜靶、铬靶中的一种或多种组合的金属，可按工艺需要配置不同的金属组合。
一种生产太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机，用于在已表面金属化的V型导辊基体表面电镀耐磨复合层，包括电镀槽、电镀电源、设置在电镀槽内的镍电极、支撑镍电极的电极支架和电镀液循环泵，镍电极具有安装V型导辊基体的空腔，镍电极的两端设有支撑V型导辊基体并驱动V型导辊基体转动的导辊支架，镍电极和V型导辊基体之间的空腔内具有隔离网，所述的电镀槽内具有电镀液，镍电极的两端分别为电镀液的进液口和出液口，出液口与电镀槽连通，进液口与电镀槽通过电镀液循环泵连通形成电镀液循环回路，所述的电镀电源的正极与V型导辊基体电连接，电镀电源的负极与镍电极电连接。
优选电镀液，所述的电镀液为镍复合电镀液，电镀液中含有碳化硅和/或金刚石微粒以及聚四氟乙烯树脂。
为实现不停机自动添加微粒，提高生产效率并实现镀层的均匀一致性，还具有控制镍电极内电镀液中碳化硅和/或金刚石微粒浓度的微粒添加装置，所述的微粒添加装置包括微粒贮存器和实时微粒含量探测控制器，所述的微粒贮存器与镍电极的空腔连通，所述的实时微粒含量探测控制器设置在镍电极空腔内的电镀液中并与微粒贮存器控制连接。
为实时监控电镀液的品质，所述的电镀槽上设有测量电镀液的pH计和温度计。
本发明的有益效果是，本发明一种太阳能硅片线切割导辊及制作方法与专用镀膜机和电镀机，采用磁控溅射的真空镀膜法和电镀复合耐磨层法在V型导辊基体表面制作耐磨层，制成的V型导辊基体在不改变现有切割工艺条件下，提高V型导辊基体的使用寿命和减少更换次数、稳定切片良率及提高设备利用率、降低切割综合成本。使用不同的结构材料的耐磨复合层和轴向不等厚镀层来提升V型导辊基体表面与砂浆钢线之间的耐磨特性匹配来增加V型导辊基体的使用寿命，采用轴向不等厚度镀层能有效地降底钢线在V型导辊基体出线端的磨损，并能改善硅片TTV，减少线痕的产生。
所获得的含微粒的耐磨复合层对砂浆有不粘性易清洗特点、可帮助操作者易观察到每一刀后耐磨复合层的损伤和破坏区域状况及时预防切片品质的波动趋势和耐磨作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的太阳能硅片线切割导辊最佳实施例的机构示意图及其局部放大图；
图2是本发明的太阳能硅片线切割导辊的制作方法的流程示意图；
图3是本发明的生产太阳能硅片线切割导辊的专用镀膜机的最佳实施例的半透视视图；
图4是本发明的生产太阳能硅片线切割导辊的专用镀膜机的最佳实施例的结构示意图；
图5是本发明的生产太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机的最佳实施例的结构示意图。
图中：1.V型导辊基体，1-1.金属复合层，1-2.耐磨复合层，2.真空室，21.磁控靶位，22.金属靶位，23.磁控电源柜，3.抽真空机组，4.导辊自公转机架，41.夹具，5.电镀槽，51.镍电极，51-1.隔离网，51-2.进液口，51-3.出液口，52.电极支架，53.电镀液循环泵，54.导辊支架，6.电镀电源。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的本发明的太阳能硅片线切割导辊的最佳实施例，具有复合聚氨酯制成的V型导辊基体1，V型导辊基体1表面上镀有金属复合层1-1，在金属复合层1-1表面镀有耐磨复合层1-2，金属复合层1-1为镍、钛、铜和铬中的一种或多种组成的金属复合层，耐磨复合层1-2为防粘聚合体，防粘聚合体中参杂有耐磨微粒。金属复合层1-1的厚度为0.10μm-0.38μm。耐磨复合层1-2中的防粘聚合体为聚四氟乙烯树脂，耐磨微粒为粒径0.2μm-2.0μm的碳化硅和/或金刚石微粒，耐磨复合层1-2中的厚度为2μm-15μm。
如图2所示的本发明的制作太阳能硅片线切割导辊的制作方法的流程示意图，具有如下步骤：
（a）制作表面带V型槽的V型导辊基体1；
（b）去除V型导辊基体1表面的微粒和污迹；
（c）去除V型导辊基体1表面水迹；
（d）对V型导辊基体1表面进行Ar/N2/O2离子表面微处理；
（e）对步骤（d）中完成表面微处理后的V型导辊基体1的表面进行镀金属复合层1-1，使用磁控溅射工艺使复合聚氨酯表面金属化；
（f）镀上金属复合层1-1后的V型导辊基体1降温冷却后进行干燥，以备后用；
（g）干燥后的V型导辊基体1进行电镀耐磨复合层1-2，V型导辊基体1放置在电镀槽中，电镀槽中的电镀液为含有耐磨微粒以及防粘聚合体的高悬浮电镀液；
（h）将完成电镀耐磨复合层1-2后的V型导辊基体1进行水清洗，清洗完毕后进行高速旋转并用热风烘干；
（i）完成V型导辊基体1检验后真空包装出货。
步骤（e）所述的磁控溅射工艺中采用的金属靶为镍、钛、铜和铬中的一种或多种组合，金属复合层1-1的镀层厚度为0.10μm-0.38μm。
步骤（g）所述的防粘聚合体为聚四氟乙烯树脂，耐磨微粒粒径0.2μm-2.0μm的碳化硅和/或金刚石微粒，耐磨复合层1-2的镀层厚度为2μm-15μm。
如图3图4所示的本发明的生产太阳能硅片线切割导辊的专用镀膜机的最佳实施例，用于复合聚氨酯制成的V型导辊基体1表面金属化，包括真空室2以及抽真空机组3，真空室2内设有一对安装V型导辊基体1的导辊自公转机架4，导辊自公转机架4上对应设置四组安装V型导辊基体1的夹具41，真空室2内安装有四个磁控靶位21以及与磁控靶位21对应设置的金属靶位22，真空室2外设有控制磁控靶位21工作的磁控电源柜23。
磁控靶位21数量为四个，四个磁控靶位21均匀围绕在导辊自公转机架4的周向，金属靶位22可配置镍靶、钛靶、铜靶、铬靶中的一种或多种组合的金属。
如图5所示的本发明的生产太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机的最佳实施例，用于在已表面金属化的V型导辊基体1表面电镀耐磨复合层1-2，包括电镀槽5、电镀电源6、设置在电镀槽5内的镍电极51、支撑镍电极51的电极支架52和电镀液循环泵53，镍电极51具有安装V型导辊基体1的空腔，镍电极51的两端设有支撑V型导辊基体1并驱动V型导辊基体1转动的导辊支架54，镍电极51和V型导辊基体1之间的空腔内具有隔离网51-1，电镀槽5内具有电镀液，镍电极51的两端分别为电镀液的进液口51-2和出液口51-3，出液口51-3与电镀槽5连通，进液口51-2与电镀槽5通过电镀液循环泵53连通形成电镀液循环回路，电镀电源6的正极与V型导辊基体1电连接，电镀电源6的负极与镍电极51电连接。还具有控制镍电极51内电镀液中碳化硅和/或金刚石微粒浓度的微粒添加装置，微粒添加装置包括微粒贮存器和实时微粒含量探测控制器，微粒贮存器与镍电极51的空腔连通，实时微粒含量探测控制器设置在镍电极51空腔内的电镀液中并与微粒贮存器控制连接。电镀槽5上设有测量电镀液的pH计7和温度计8。
电镀液为镍复合电镀液，电镀液中含有碳化硅和/或金刚石微粒以及聚四氟乙烯树脂。
以下通过加工NTC442V型导辊基体1表面镀4μm厚度含粒径D50=1.0μm的碳化硅微粒耐磨复合层1-2和复合聚氨酯V型导辊基体1表面金属化厚度0.15μm磁控溅射98%镍和2%钛的复合金属层1-1，来具体阐述本发明的全部操作过程：
第一步、准备V型导辊基体1：取NTC442已完成开V型槽的导辊1至4根，使用超声波清洗机去除V型导辊基体1表面的微粒和污迹点；使用低温真空烘干机去除V型导辊基体1表面水迹点。
第二步、真空镀膜：将V型导辊基体1装载到专用镀膜机中的导辊自公转机架4上，配置四个金属靶位22上的靶材：取三个镍金属靶和一个钛金属靶；V型导辊基体1表面微处理，等离子清洗气体为80%氩气+20%氧气，基础真空度需达到2.0x10-3Pa；通过磁控溅射工艺V型导辊基体1表面金属化镀膜厚度为0.150μm-0.160μm之间，整个金属化过程由自动化程序控制，全部完成需耗时3小时。
第三步、电镀耐磨层：将一根已表面金属化的V型导辊基体1安装到专用电镀机中的镍电极51的空腔中，V型导辊基体1安装在导辊支架54上，导辊支架54可驱动V型导辊基体1转动(转速从0-15rpm)，取500kg镍复合电镀液并调节好pH值和温度，用电镀液循环泵53将镍复合电镀液从电镀槽5中打入到镍电极51中并使电镀液充满并且开始回流，并确保新的镍复合电镀进入到镍电极51内部形成循环回路，将V型导辊基体1表面接上电镀电源6，在镍电极51中加入500g粒径D50=1μm的碳化硅微粒和粒径为80nm的聚四氟乙烯树脂，V型导辊基体1电镀成含96%碳化硅微粒和4%聚四氟乙烯树脂的耐磨复合层厚度4μm时，电镀液pH值：3.2，电镀液温度：45℃,电镀时间：20分钟，清水冲洗时间5分钟、风干时间2分钟。
通过上述三大步可制得耐磨层厚度为4μm的太阳能硅片线切割导辊，可替代常规钢线导辊使用而不改变原有线切割机的工艺，导辊使用寿命可增加30%-40%、减少导辊更换次数，节约人力，提高设备利用率，降低生产成本。
Claims (7)
1.一种太阳能硅片线切割导辊的专用镀膜机，用于复合聚氨酯制成的V型导辊基体（1）表面金属化，其特征是：包括真空室（2）以及抽真空机组（3），真空室（2）内设有一对安装V型导辊基体（1）的导辊自公转机架（4），导辊自公转机架（4）上对应设置至少一组安装V型导辊基体（1）的夹具（41），真空室（2）内安装有至少一个磁控靶位（21）以及与磁控靶位（21）对应设置的金属靶位（22），真空室（2）外设有控制磁控靶位（21）工作的磁控电源柜（23）。
2.如权利要求1所述的专用镀膜机，其特征是：所述的导辊自公转机架（4）上设置有四组安装V型导辊基体（1）的夹具（41）。
3.如权利要求1或2所述的专用镀膜机，其特征是：所述的磁控靶位（21）数量为四个，四个磁控靶位（21）均匀围绕在导辊自公转机架（4）的周向，金属靶位（22）可配置镍靶、钛靶、铜靶、铬靶中的一种或多种组合的金属。
4.一种太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机，用于在已表面金属化的复合聚氨酯制成的V型导辊基体（1）表面电镀耐磨复合层（1-2），其特征是：包括电镀槽（5）、电镀电源（6）、设置在电镀槽（5）内的镍电极（51）、支撑镍电极（51）的电极支架（52）和电镀液循环泵（53），镍电极（51）具有安装V型导辊基体（1）的空腔，镍电极（51）的两端设有支撑V型导辊基体（1）并驱动V型导辊基体（1）转动的导辊支架（54），镍电极（51）和V型导辊基体（1）之间的空腔内具有隔离网（51-1），所述的电镀槽（5）内具有电镀液，镍电极（51）的两端分别为电镀液的进液口（51-2）和出液口（51-3），出液口（51-3）与电镀槽（5）连通，进液口（51-2）与电镀槽（5）通过电镀液循环泵（53）连通，所述的电镀电源（6）的正极与V型导辊基体（1）电连接，电镀电源（6）的负极与镍电极（51）电连接。
5.如权利要求4所述的太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机，其特征是：所述的电镀液为镍复合电镀液，电镀液中含有碳化硅和/或金刚石微粒以及聚四氟乙烯树脂。
6.如权利要求5所述的太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机，其特征是：还具有控制镍电极（51）内电镀液中碳化硅和/或金刚石微粒浓度的微粒添加装置，所述的微粒添加装置包括微粒贮存器和实时微粒含量探测控制器，所述的微粒贮存器与镍电极（51）的空腔连通，所述的实时微粒含量探测控制器设置在镍电极（51）空腔内的电镀液中并与微粒贮存器控制连接。
7.如权利要求4所述的太阳能硅片线切割导辊的专用电镀机，其特征是：所述的电镀槽（5）上设有测量电镀液的pH计（7）和温度计（8）。
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