CN106191968A - 一种电镀超硬磨料切割线的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电镀超硬磨料切割线的制作方法，其中包括一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，所用超硬磨料颗粒表面通过化学复合镀的方法包覆一层镍磷合金层，所述镍磷合金层中含有固体颗粒，所述固体颗粒为非导电颗粒。本发明中超硬磨料表面通过化学镀的方法形成含有固体颗粒的镍磷镀层，镀层中的固体颗粒为非导电体，掺杂在镍磷合金中，占据一定的体积空间，降低了镍磷合金导电性，抑制了沉积到钢线上的超硬磨料表面在电沉积过程中的阴极放电反应，从而避免超硬磨料在切割线上的团聚现象，使切割线的线径均匀，无需采取后续工序去掉团聚的超硬磨料，对线径进行修正，降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种电镀超硬磨料切割线的制作方法

技术领域

本发明涉及一种电镀超硬磨料切割线的制作方法。具体的说涉及一种电镀超硬磨料切割工具，属于电镀技术领域。

背景技术

电镀超硬磨料切割线是指采用电沉积的方法将超硬磨料通过电沉积金属固结到金属线基体上形成的切割工具。超硬磨料通常是指金刚石磨料、立方氮化硼磨料；电沉积金属通常为金属镍或镍合金；金属线基体一般采用高碳钢线。电镀超硬磨料切割线通常用于硅晶体、宝石、陶瓷等硬脆材料的切割加工过程中。

电镀超硬磨料切割线的一般制造过程为：镀前预处理，上砂，加厚和后处理。镀前预处理主要包括：金属线的碱洗除油、酸洗除锈和预镀镍；上砂是电镀超硬磨料切割线制造过程的关键工序，目前采用的上砂方法是通过搅拌使超硬磨料悬浮于电镀液中，金属线在电镀液中连续运行，和金属线接触的超硬磨料在电沉积的作用下粘附在金属线表面完成上砂过程，加厚是指将经过上砂的切割线在电沉积一定厚度的金属，将超硬磨料更牢固地固结在金属线基体上；后处理主要为干燥、除氢处理。

为了提高切割线制作时的生产效率，超硬磨料表面常采用金属化处理。传统的用于电镀切割线的超硬磨料表面金属化处理的方法是用化学复合镀方法在超硬磨料表面镀一层镍磷合金，该镍磷合金的磷含量的质量百分比为6～9％，增重的质量百分比为30～50％。采用这种金属化处理的超硬磨料用电沉积法制造切割线的不足之处在于：由于镍磷合金的增重较多，镍磷合金层的厚度较大，导电性好，上砂时造成超硬磨料在切割线表面团聚，该团聚现象不但造成切割线的线径波动大，而且影响切割质量，另外，需要采用后续工序将团聚的磨粒去掉，这不但增加了费用，也降低了切割线的制造效率。为解决这一问题，专利文献1提出了一种方案：超硬磨料表面的金属层厚度小于0.1μm，从而降低金属层的导电性，防止多余的超硬磨料在切割线上团聚。但是这种方法采用的金刚石表面的金属层太薄，在电镀液中容易被腐蚀掉，影响生产的持续性。

鉴于以上问题，本发明提出一种电镀超硬磨料切割线的制作方法，不但能避免电沉积过程中产生超硬磨料的团聚，而且切割线生产过程稳定。

专利文献1：中国发明专利，公开号1933942A，电沉积线性工具

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种电镀超硬磨料切割线的制作方法，能够避免电沉积过程中，超硬磨料在切割线表面产生团聚现象，从而使切割线的线径均匀，切割质量高。

本发明首先提供一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，所用超硬磨料颗粒表面通过化学复合镀的方法包覆一层镍磷合金层，所述镍磷合金层中含有固体颗粒，所述固体颗粒为非导电颗粒。

进一步的，所述超硬磨料可以为金刚石、立方氮化硼等。

基于所述的一种超硬磨料化学复合镀的方法，本发明一种电镀超硬磨料切割线的制作方法，是这样实现的，包括下述步骤：

第一步：超硬磨料颗粒表面除油及其他固体杂质的去除；

首先将超硬磨料颗粒放入碱性溶液中浸泡除油，清水清洗，再将超硬磨料颗粒放入强酸溶液中浸泡，除去表面的固体杂质，再清水冲洗；

本发明中所述超硬磨料颗粒是指金刚石磨料或立方氮化硼磨料；

第二步：超硬磨料表面化学复合镀含有固体颗粒的镍磷合金层；

将所述第一步处理的超硬磨料颗粒采用化学复合镀的方法镀覆一层含有固体颗粒的镍磷合金层，超硬磨料颗粒经化学复合镀覆含有固体颗粒的镍磷合金层后增重20～60％；化学复合镀的配方和工艺条件为：硫酸镍含量20～30g/L，次亚磷酸钠20～30g/L，乙酸钠10～15g/L，柠檬酸钠10～20g/L，糖精0.5～1g/L，氧化铝粉4～8g/L，温度70～80℃，PH值4.2～4.4；

所述增重20～60％是指含有固体颗粒的镍磷合金层的重量比超硬磨料化学复合镀敷后的总重量；

第三步：电镀超硬磨料切割线的制造；

以电镀镍溶液为电镀液，将经过第一、二步处理的超硬磨料加入到电镀镍液中，通过搅拌使超硬磨料颗粒悬浮于电镀镍液中，电镀镍液中超硬磨料浓度为5～50克/升，超硬磨料颗粒的重量按没有经化学复合镀含有固体颗粒的镍磷合金层时的重量计算，以金属线为阴极，进行电镀制造，电镀制造时，金属线以5～20m/min的速度在电镀镍液中连续行走，金属线上的电流密度控制在5～30A/dm²，在电沉积作用下，金属镍沉积到金属线上，同时将超硬磨料颗粒固结到金属线上，实现上砂过程，后经进一步电镀，使镀镍层厚度增加到超硬磨料粒径的40％～60％，即可完成电镀超硬磨料切割线的制造。

本发明中，所述超硬磨料颗粒的粒径为5～60微米，优选的，不同直径的金属线使用的超硬磨料颗粒的粒径不同，金属线的直径越小，使用的超硬磨料颗粒粒径越小，本发明中直径小于0.1mm的金属线优选使用的超硬磨料颗粒粒径为5～10μm，直径为0.1～0.18mm的金属线优选使用的超硬磨料粒径为10～20μm，直径为0.18～0.25mm的金属线优选使用的超硬磨料颗粒粒径为20～40μm，直径为0.25～0.5mm的金属线优选使用的超硬磨料颗粒粒径为40～60μm；

本发明中，所述超硬磨料颗粒经化学复合镀覆含有固体颗粒的镍磷合金层后增重20～60％，优选的，不同粒径的超硬磨料颗粒表面化学复合镀含有固体颗粒的镍磷合金层的增重量不同，超硬磨料颗粒的粒径越小，增重量越大，超硬磨料颗粒粒径5～10μm时，优选增重范围为50～60％，以55％为理想值，超硬磨料颗粒粒径10～20μm时，优选增重范围为40～50％，以45％为理想值，超硬磨料颗粒粒径20～40μm时，优选增重范围为30～40％，以35％为理想值；超硬磨料颗粒粒径40～60μm时，优选增重范围为20～30％，以25％为理想值；

本发明中，所述固体颗粒可以是氧化硅、氧化铝、碳化硅、氧化钛、氮化硅、金刚石、立方氮化硼等颗粒，也可以是其中的2种或2种以上的混合物；

本发明中，所述固体颗粒的粒度范围为50～200纳米，优选的，同一种粒径的超硬磨料颗粒，化学复合镀覆含有固体颗粒的镍磷合金层增重较大时，使用的所述固体颗粒的粒度较大；超硬磨料颗粒粒径5～10μm，增重范围为50～55％时，超硬磨料颗粒粒径10～20μm，增重范围为40～45％时，超硬磨料颗粒粒径20～40μm，增重范围为30～35％时；超硬磨料颗粒粒径40～60μm，增重范围为20～25％时，使用的所述固体颗粒的粒度范围为50～100纳米；超硬磨料颗粒粒径5～10μm，增重范围为55～60％时，超硬磨料颗粒粒径10-20μm，增重范围为45～50％时，超硬磨料颗粒粒径20～40μm，增重范围为35～40％时；超硬磨料颗粒粒径40～60μm，增重范围为25～30％时，使用的所述固体颗粒的粒度范围为100～200纳米；

本发明中，所述含有固体颗粒的镍磷合金层中，固体颗粒的重量百分比为10～30％，以20％为理想，固体颗粒的重量百分比小于10％时，含有固体颗粒的镍磷合金层的导电性过高，超硬磨料在切割线上会产生团聚现象，固体颗粒的重量百分比大于30％时，含有固体颗粒的镍磷合金层的电阻值过大，降低电镀超硬磨料切割线的生产效率；所述固体颗粒的重量百分比为10～30％是指固体颗粒的重量比含有固体颗粒的镍磷合金层的总重量。

本发明中，所述含有固体颗粒的镍磷合金层中，磷的重量百分比为4～10％，以6～7％最为理想，磷的重量百分比小于4％时，含有固体颗粒的镍磷合金层在电镀镍液中耐腐蚀性不足，产生过早的腐蚀破坏，磷的重量百分比大于10％时，含有固体颗粒的镍磷合金层的脆性过高，在电镀镍液中相互碰撞，容易产生脆性开裂；所述磷的重量百分比是指镍磷合金层中磷的重量比镍磷合金的总重量。

本发明中，所述碱性溶液为重量百分比为5～20％的氢氧化钠溶液；

本发明中，所述强酸溶液为重量百分比为浓度30％以上的硝酸；

本发明中，所述的电镀镍液为硫酸镍镀镍溶液或者氨基磺酸镍镀镍溶液；

本发明中，所述的金属线为线径不大于0.50mm的高碳钢线或者钢丝绳，优选直径范围为0.05～0.45mm。

有益效果：

和传统电镀超硬磨料切割线使用的超硬磨料相比，本发明中超硬磨料表面通过化学镀的方法形成含有固体颗粒的镍磷镀层，镀层中的固体颗粒为非导电体，掺杂在镍磷合金中，占据一定的体积空间，必然降低了镍磷合金导电性，抑制了沉积到钢线上的超硬磨料表面在电沉积过程中的阴极放电反应，从而避免超硬磨料在切割线上的团聚现象，使切割线的线径均匀，无需采取后续工序去掉团聚的超硬磨料，对线径进行修正，降低了生产成本，提高了生产效率。

综上所述，本发明提供的方法解决了现有电镀超硬磨料切割线生产中超硬磨料在切割线上的团聚问题，提高了切割质量，降低了生产成本。

附图说明

图1：传统方法制造电镀超硬磨料切割线局部示意图

图2：化学镀含有固体颗粒的超硬磨料示意图

图3：化学镀含有固体颗粒的超硬磨料扫面电镜照片

图4：本发明方法制造的一段电镀超硬磨料切割线的示意图

图5：实施例1制作的一段电镀超硬磨料切割线的扫描电镜照片

图6：实施例2制作的一段电镀超硬磨料切割线的体视显微镜照片

图7：实施例3制作的一段电镀超硬磨料切割线的扫描电镜照片

图8：实施例4制作的一段电镀超硬磨料切割线的体视显微镜照片

图9：本发明方法制作的电镀超硬磨料切割线局部图

图中标号：1-团聚的超硬磨料 2-金属线 3-镀镍层 4-镀有镍磷合金的超硬磨料5-超硬磨料 6-固体颗粒 7-镍磷合金层 8-镀有含固体颗粒镍磷合金的超硬磨料

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1：基线直径0.08mm，金刚石粒径10μm的电镀超硬磨料切割线的制造

第一步：金刚石磨料表面除油及其他固体杂质的去除

首先将金刚石磨料放入20Wt％的NaOH溶液中浸泡除油，清水清洗，再将金刚石磨料放入浓度30％的硝酸溶液中浸泡，除去表面的固体杂质，再清水冲洗。

第二步：金刚石表面化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)

将第一步处理的金刚石磨料采用化学复合镀的方法镀覆一层含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)，金刚石磨料经化学复合镀覆含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)后增重60％；化学复合镀的配方和工艺条件为：硫酸镍含量20g/L，次亚磷酸钠25g/L，乙酸钠12g/L，柠檬酸钠10g/L，糖精0.5g/L，氧化铝粉8g/L，温度80℃，PH值4.2；

第三步：电镀超硬磨料切割线的制造

以电镀镍溶液为电镀液，将经过第一、二步处理的金刚石磨料加入到电镀镍液中，通过搅拌使金刚石磨料悬浮于电镀镍液中，电镀镍液中金刚石磨料浓度为5克/升，金刚石磨料的重量按没有经化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)时的重量计算，以线径为0.08mm的高碳钢线为阴极，进行电镀制造，电镀制造时，金属线以20m/min的速度在电镀镍液中连续行走，金属线上的电流密度控制在25A/dm²，在电沉积作用下，金属镍沉积到金属线上，同时将金刚石固结到金属线上，实现上砂过程，后经进一步电镀，使镀镍层(3)厚度增加到金刚石粒径的40％～60％，即可完成电镀超硬磨料切割线的制造。

本实施例中，所述金刚石磨料的粒径为10微米。

本实施例中，所述固体颗粒(6)为氧化铝；所述氧化铝的粒径为150纳米，氧化铝在镍磷合金层(7)中的重量百分比为30％。

本实施例中，所述含有氧化铝的镍磷合金层(7)中，磷的重量百分比为8％。

本实施例中，所述的电镀镍液为氨基磺酸镍镀镍溶液。

图5为本实施例1制造的超硬磨料切割线照片，从照片上看没有金刚石磨料的明显团聚现象，切割线表面的金刚石磨料分布均匀。

实施例2：基线直径0.18mm，金刚石粒径30-40μm的电镀超硬磨料切割线的制造

第一步：金刚石磨料表面除油及其他固体杂质的去除

首先将金刚石磨料放入15Wt％的NaOH溶液中浸泡除油，清水清洗，再将金刚石磨料放入浓度35％的硝酸溶液中浸泡，除去表面的固体杂质，再清水冲洗。

第二步：金刚石表面化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)

将第一步处理的金刚石采用化学复合镀的方法镀覆一层含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)，金刚石磨料经化学复合镀覆含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)后增重35％；化学复合镀的配方和工艺条件为：硫酸镍含量25g/L，次亚磷酸钠25g/L，乙酸钠12g/L，柠檬酸钠20g/L，糖精0.8g/L，碳化硅粉6g/L，温度70℃，PH值4.4；

第三步：电镀超硬磨料切割线的制造；

以电镀镍溶液为电镀液，将经过第一、二步处理的金刚石磨料加入到电镀镍液中，通过搅拌使金刚石磨料悬浮于电镀镍液中，电镀镍液中金刚石磨料浓度为20克/升，金刚石磨料的重量按没有经化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)时的重量计算，以线径为0.18mm的高碳钢线为阴极，进行电镀制造，电镀制造时，金属线以13m/min的速度在电镀镍液中连续行走，金属线上的电流密度控制在20A/dm2，在电沉积作用下，金属镍沉积到金属线上，同时将金刚石固结到金属线上，实现上砂过程，后经进一步电镀，使镀镍层(3)厚度增加到金刚石粒径的40％～60％，即可完成电镀超硬磨料切割线的制造。

本实施例中，所述金刚石磨料的粒径为30-40微米。

本实施例中，所述固体颗粒(6)为碳化硅；所述碳化硅的粒径为50纳米，碳化硅在镍磷合金层(7)中的重量百分比为20％。

本实施例中，所述含有碳化硅的镍磷合金层(7)中，磷的重量百分比为7％。

本实施例中，所述的电镀镍液为硫酸镍镀镍溶液。

图6为本实施例2制造的超硬磨料切割线照片，从照片上看没有金刚石磨料的明显团聚现象，切割线表面的金刚石磨料分布均匀。

实施例3：基线直径0.37mm，立方氮化硼粒径50-60μm的电镀超硬磨料切割线的制造

第一步：立方氮化硼磨料表面除油及其他固体杂质的去除

首先将立方氮化硼磨料放入10Wt％的NaOH溶液中浸泡除油，清水清洗，再将立方氮化硼磨料放入浓度35％的硝酸溶液中浸泡，除去表面的固体杂质，再清水冲洗。

第二步：立方氮化硼表面化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)

将第一步处理的立方氮化硼采用化学复合镀的方法镀覆一层含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)，立方氮化硼磨料经化学复合镀覆含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)后增重30％；化学复合镀的配方和工艺条件为：硫酸镍含量20g/L，次亚磷酸钠30g/L，乙酸钠15g/L，柠檬酸钠20g/L，糖精1g/L，氧化硅粉5g/L，温度80℃，PH值4.2；

第三步：电镀立方氮化硼切割线的电镀制造

以电镀镍溶液为电镀液，将经过第一、二步处理的立方氮化硼磨料加入到电镀镍液中，通过搅拌使立方氮化硼磨料悬浮于电镀镍液中，电镀镍液中立方氮化硼磨料浓度为50克/升，立方氮化硼磨料的重量按没有经化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)时的重量计算，以线径为0.37mm的高碳钢线为阴极，进行电镀制造，电镀制造时，金属线以5m/min的速度在电镀镍液中连续行走，金属线上的电流密度控制在20A/dm²，在电沉积作用下，金属镍沉积到金属线上，同时将立方氮化硼固结到金属线上，实现上砂过程，后经进一步电镀，使镀镍层(3)厚度增加到立方氮化硼粒径的40％～60％，即可完成电镀超硬磨料切割线的制造。

本实施例中，所述立方氮化硼磨料的粒径为50-60微米。

本实施例中，所述固体颗粒(6)为氧化硅；所述氧化硅的粒径为200纳米，氧化硅在镍磷合金层(7)中的重量百分比为10％。

本实施例中，所述含有氧化硅的镍磷合金层(7)中，磷的重量百分比为10％。

本实施例中，所述的电镀镍液为硫酸镍镀镍溶液。

图7为本实施例3制造的电镀超硬磨料切割线照片，从照片上看没有立方氮化硼颗粒的明显团聚现象，切割线表面的立方氮化硼磨料分布均匀。

实施例4：基线为直径0.45mm的钢丝绳，立方氮化硼粒径50-60μm的电镀超硬磨料切割线的制造

第一步：立方氮化硼磨料表面除油及其他固体杂质的去除

首先将立方氮化硼磨料放入10Wt％的NaOH溶液中浸泡除油，清水清洗，再将金刚石磨料放入浓度35％的硝酸溶液中浸泡，除去表面的固体杂质，再清水冲洗。

第二步：立方氮化硼表面化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)

将第一步处理的立方氮化硼采用化学复合镀的方法镀覆一层含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)，立方氮化硼磨料经化学复合镀覆含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)后增重30％；化学复合镀的配方和工艺条件为：硫酸镍含量20g/L，次亚磷酸钠30g/L，乙酸钠15g/L，柠檬酸钠20g/L，糖精1g/L，氧化硅粉5g/L，温度80℃，PH值4.2；

第三步：电镀超硬磨料切割线的电镀制造

以电镀镍溶液为电镀液，将经过第一、二步处理的金刚石磨料加入到电镀镍液中，通过搅拌使金刚石磨料悬浮于电镀镍液中，电镀镍液中立方氮化硼磨料浓度为50克/升，立方氮化硼磨料的重量按没有经化学复合镀含有固体颗粒(6)的镍磷合金层(7)时的重量计算，以线径为0.45mm的钢丝绳为阴极，所述钢丝绳为3根钢丝绞合而成，进行电镀制造，电镀制造时，金属线以5m/min的速度在电镀镍液中连续行走，钢丝绳上的电流密度控制在20A/dm²，在电沉积作用下，金属镍沉积到钢丝绳上，同时将立方氮化硼磨料固结到钢丝绳上，实现上砂过程，后经进一步电镀，使镀镍层厚度增加到立方氮化硼磨料粒径的40％～60％，即可完成电镀超硬磨料切割线的制造。

本实施例中，所述立方氮化硼磨料的粒径为40-60微米。

本实施例中，所述固体颗粒(6)为氧化硅；所述氧化硅的粒径为150纳米，氧化硅在镍磷合金层(7)中的重量百分比为10％。

本实施例中，所述含有氧化硅颗粒的镍磷合金层(7)中，磷的重量百分比为10％。

本实施例中，所述的电镀镍液为硫酸镍镀镍溶液。

图8为本实施例4制造的电镀立方氮化硼切割线照片，从照片上看没有立方氮化硼磨料的明显团聚现象，切割线表面的立方氮化硼磨料分布均匀。

如上所述，对本发明实施例进行了详细说明，但只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多变形，这对本领域的技术人员是显而易见。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，其特征在于，所用超硬磨料颗粒表面通过化学复合镀的方法包覆一层镍磷合金层，所述镍磷合金层中含有固体颗粒，所述固体颗粒为非导电颗粒。

2.如权利要求1所述的一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，其特征在于，所述超硬磨料颗粒为金刚石或立方氮化硼中的一种。

3.一种电镀超硬磨料切割线的制备方法，基于权利要1所述的一种超硬磨料颗粒表面化学复合镀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：超硬磨料颗粒表面除油及其他固体杂质的去除；

第二步：超硬磨料颗粒表面化学复合镀含有固体颗粒的镍磷合金层；

第三步：电镀超硬磨料切割线的制造。

4.如权利要求3所述的一种电镀超硬磨料切割线的制备方法，其特征在于：第一步所述超硬磨料颗粒粒径为5～60微米。

5.如权利要求3所述的一种电镀超硬磨料切割线的制备方法，其特征在于，第二步所述超硬磨料颗粒经化学复合镀覆含有固体颗粒的镍磷合金层后增重20～60％。

6.如权利要求3所述的一种电镀超硬磨料切割线的制备方法，其特征在于，第三步的具体过程为：以电镀镍溶液为电镀液，将经过第一、二步处理的超硬磨料颗粒加入到电镀镍液中，通过搅拌使超硬磨料颗粒悬浮于电镀镍液中，电镀镍液中超硬磨料颗粒浓度为5～50克/升，超硬磨料颗粒的重量按没有经化学复合镀含有固体颗粒的镍磷合金层时的重量计算，以金属线为阴极，进行电镀制造，电镀制造时，金属线以5～20m/min的速度在电镀镍液中连续行走，金属线上的电流密度控制在5～30A/dm²，在电沉积作用下，金属镍沉积到金属线上，同时将超硬磨料颗粒固结到金属线上，实现上砂过程，后经进一步电镀，使镀镍层厚度增加到超硬磨料粒径的40％～60％，即可完成电镀超硬磨料切割线的制造。

7.如权利要求1所述的一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，其特征在于，固体颗粒是氧化硅、氧化铝、碳化硅、氧化钛、氮化硅、金刚石、立方氮化硼颗粒中的一种或几种。

8.如权利要求1或7所述的一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，其特征在于，所述固体颗粒的粒度范围为50～200纳米。

9.如权利要求1所述的一种超硬磨料表面化学复合镀的方法，其特征在于，所述含有固体颗粒的镍磷合金层中，固体颗粒的重量百分比为10～30％，磷的重量百分比为4～10％。

10.如权利要求6所述的一种电镀超硬磨料切割线的制备方法，其特征在于，所述的金属线为线径不大于0.50mm的高碳钢线或者钢丝绳中的一种。