CN110438550B - 一种超锋利型金刚石线锯的制备方法及金刚石线锯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超锋利型金刚石线锯的制备方法及金刚石线锯，该制备方法包括金刚石的表面处理、钢丝表面清洁、钢丝表面预处理、裸粉附着、裸粉固结、收线等步骤。其中，金刚石的表面处理包括高温烧结、退镀反应、提纯、酸洗以及带电处理等子步骤，从而使金刚石表面变得粗糙，增加金刚石的棱角，提高金刚石在钢线上的把持力；并且金刚石表面不再镀镍，而用化学方法处理成金刚石裸粉，使其容易沉积到钢丝基体，实现裸粉上砂。因此，本发明金刚石线锯不存在金刚石粉团聚的现象，金刚线线径更细，性能更加稳定，并可减少被切割原料的损失；由于金刚石没有镍金属的包裹，切割时不存在镍金属被磨损掉粘在金刚线的表面的问题，切割力更加持久。

Description

一种超锋利型金刚石线锯的制备方法及金刚石线锯

技术领域

本发明涉及一种超锋利型金刚石线锯的制备方法及金刚石线锯。

背景技术

金刚石线锯是通过电沉积方法，把金刚石磨料固结在钢丝上而制成的一种锯齿状线切割工具，简称“线锯”。电镀金刚线切割效率高，切割表面质量优，广泛应用于硅片、水晶、蓝宝石及磁材等非金属硬脆性材料的切割。这些金刚线材料的共同特点之一是价值高，直径细、强度高、质量稳定，这也就意味着客户综合效益高，是金刚线企业发展的方向。

然而，由于金刚石是非导体，现有的金刚石线锯的金刚石线是在电镀之前需在金刚石粉表面预镀一层金属镍使其导电，这样就可以在电化学作用下使金刚石沉积到基体钢丝上，然后再镀一层镍金属使其固结在钢丝上，如图1和图2所示，因此成品金刚线表面的金刚石顶端有一层金属镍，如图3所示。这种结构的金刚线存下以下问题：1）由于金刚线所使用的金刚石微粉只有5μm-50μm，因此对其预镀镍的过程容易使金刚石微粉形成团聚，当两三颗团聚在一起的金刚石沉积到钢丝表面时，不仅增加了金刚线的直径，降低线锯的切割力，而且该线锯在使用过程中，容易使被切割的产品出现线痕等异常。2）在使用切割过程中，金刚石顶端的镍金属会被磨掉，粘在金刚线的表面或掉入切割液中，这在一定程度上也会降低金刚线的切割力。

因此有必要对现有的金刚石线加以改进，制备出直径更细、强度更高、质量更稳定的超锋利金刚石线锯，从而进一步提高客户的综合效益。

发明内容

针对上述现有金刚石线锯存在的问题，本发明提供一种超锋利型金刚石线锯的制备方法，对金刚石进行处理，提高金刚石在钢线上的把持力，并使用前不再在金刚石表面镀镍，裸粉上砂以免金刚石团聚。从而制得直径更细、强度更高、质量更稳定的超锋利金刚石线锯。具体技术方案如下：

一种超锋利型金刚石线锯的制备方法，包括步骤如下：

S1：金刚石的表面处理：将用于制备金刚石线锯的镀镍金刚石微粉进行退镀，去除其表面的镀镍层；然后进行毛化处理，增加其表面的粗糙度；再进行带电处理，使其表面带上正电荷，从而得到毛化带电金刚石裸粉；

S2：钢丝表面清洁：分别用氢氧化钠溶液和氨基磺酸溶液对用于制备金刚石线锯的钢丝表面进行清洗处理，得到表面清洁的钢丝芯线；

S3：钢丝表面预处理：将步骤S2中得到的表面清洁的钢丝芯线放入氨基磺酸镍电镀镍体系中，使其沉积一层复合镀镍层，以增加钢丝表面的结合力，从而得到基体钢丝；

S4：裸粉附着：将经步骤S1处理后得到的毛化带电金刚石裸粉放入复合上砂槽中，在电场的作用下使其沉积到步骤S3中得到的基体钢丝表面，同时根据需要调节沉积金刚石的密度与分布，从而得到金刚线半成品；

S5：裸粉固结：将步骤S4中得到的金刚线通过氨基磺酸镍体系镀镍溶液，在电流的作用下使其表面再沉积一层固结镀镍层，使金刚石裸粉固结在基体钢丝的表面，同时调整金刚石微粉的埋入深度及出刃高度；固结镀镍层沉积完毕后通过加热装置烘干，得到成品金刚线；

S6：收线：将步骤S4中所得到的所得成品金刚线以规定的张力、排线间距绕在指定的工字轮上，即得到超锋利型金刚石线锯。

前述的超锋利型金刚石线锯的制备方法，步骤S1中所述的金刚石的表面处理包括如下子步骤：

a：高温烧结：将镀镍的金刚石微粉放入马弗炉中高温烧结，结束后降到室温；

b：退镀反应：将高温烧结后的金刚石微粉放入水中，搅拌，并依次缓慢加入浓硫酸和双氧水，进行退镀反应，退镀完毕后，再使用纯水将其清洗干净并烘干；

c：提纯：将退镀后的金刚石微粉投入高氯酸溶液中进行搅拌提纯，进一步清除其表面的镀镍，并使其表面毛化，然后再使用纯水将其清洗干净并烘干，获得毛化的金刚石裸粉；

d：酸洗：用氨基磺酸溶液对毛化的金刚石裸粉进行清洗，彻底清除其表面的镀镍，并进一步增加其表面的粗糙程度，然后用纯水清洗干净；

e：带电处理：将酸洗后清洗干净的金刚石裸粉放入玻璃烧杯中，加入阳离子表面活性剂搅拌处理，使其表面带有高密度的正电荷，即为毛化带电金刚石裸粉。

作为优选的技术方案的，步骤a中，所述高温烧结的温度为1200℃，处理时间为6h。

作为优选的技术方案的，步骤b中所述退镀反应，水与金刚石微粉的比例为100g金刚石微粉加入1L水；所述浓硫酸的加入量为100ml；所述双氧水为30%的双氧水，加入量为50ml。

作为优选的技术方案的，步骤c中所述提纯使用的高氯酸溶液没浓度为20%，提纯搅拌时间为30min。

作为优选的技术方案的，步骤d中所述酸洗使用的氨基磺酸溶液浓度为30±2g/L，酸洗温度为40℃，酸洗时间为15min。

作为优选的技术方案的，步骤e中所述使用阳离子表面活性剂搅拌处理，处理温度为60±2℃下，搅拌时间为30min。

前述的超锋利型金刚石线锯的制备方法，步骤S2中所述钢丝表面清洁为过程为先使用65±5℃的氢氧化钠溶液处理，然后水洗干净，再用45±5℃的40g/L氨基磺酸溶液处理，再次水洗干净。

前所述的超锋利型金刚石线锯的制备方法，步骤S5中所述固结镀镍层的烘干温度为120℃。

有益效果：

与普通的金刚石线锯相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明所使用的金刚石微粉没有镍镀层，是裸粉上砂，不存在金刚石粉团聚的现象，所生产的金刚线分布更加均匀，线径更加稳定。

2）由于本发明的金刚石粉表面没有预镀镍，因此在酸性的镀槽中不会因为镍被腐蚀而活性降低，过滤出来的金刚石粉只需再次化学处理即可使用，金刚石粉的利用率大大提高、降低综合成本。

3）与普通金刚石线锯相比，由于本发明其金刚线直径更细，相对直径可减少2%～8%，在切割使用时，线缝更小减少，可减少0.5%～3%被切割原料的损失。

4）与普通金刚石线锯相比，由于本发明金刚石的棱角裸露在外面，切割能力明显增加，可胜任切割低成本硅料，为光伏行业的平价上网作出贡献。

5）由于本发明金刚石没有镍金属的包裹，切割时不容易被磨损掉的镍金属或硅粉等杂质糊住，不会因为切屑液流量不够等因素导致切割能力下降，可用于超细金刚线的生产，降低钢线直径规格，增加客户收益。

6）本发明所使用的金刚石粉经过毛化处理，表面棱角增加，粗糙度增加，把持力明显提高，切割时颗粒脱落风险降低，切割力增加。

7）由于本发明的金刚石表面刀刃更多，可有效提高切割力，处理此金刚石粉自锐性增加，切割时一片一片脱落，即锋刃被磨后呈片状脱落，新的锋刃继续参与切割，金刚线的切割力更加持久。

附图说明

图1为现有的金刚石线锯的金刚石线结构示意图；

图2为现有的金刚石线锯的金刚石线结构截面图；

图3为现有的金刚石线锯的金刚石微粉结构示意图；

图4为本发明金刚石的表面处理流程图；

图5为本发明超锋利型金刚石线锯结构示意图；

图6为本发明的金刚石线结构截面图；

图7为本发明的金刚石微粉结构示意图；

图8为本发明金刚石线局部显微图；

图9为本发明金刚石微粉与现有技术的金刚石微粉对比图。

图中：1、钢丝芯线；2、复合镀镍层；3、固结镀镍层；4、现有金刚石微粉；5、毛化后金刚石微粉。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1 用本发明的技术方案，制备规格为66±2μm的超锋利型电镀金刚线，制备过程如下：

S1：金刚石的表面处理：选用D50=7.5的镀镍金刚石微粉，其镍增重为30%；对其表面进行处理，如图4所，具体步骤如下：

a：高温烧结：将镀镍金刚石微粉放入马弗炉中常压高温1200℃处理6h，结束后降到室温；

b：退镀反应：将高温烧结后的金刚石微粉放入水中，比例100g金刚石：1L水，搅拌，并依次缓慢加入浓硫酸100ml，30%双氧水50ml，进行退镀反应，退镀完毕后，再使用纯水将其清洗干净并烘干备用。

c：提纯：将退镀后的金刚石微粉投入20%的高氯酸溶液中进行搅拌提纯30min，进一步清除其表面的镀镍，并使其表面毛化，然后再使用纯水将其清洗干净并烘干，获得毛化的金刚石裸粉；

d：酸洗：用浓度为30±2g/L的氨基磺酸溶液，40℃下对步骤c中获得的毛化的金刚石裸粉进行清洗15min，彻底清除其表面的镀镍，并进一步增加其表面的粗糙程度，然后用纯水清洗干净；

e：带电处理：将酸洗后清洗干净的金刚石裸粉放入玻璃烧杯中，加入阳离子表面活性剂，60±2℃温度下，搅拌30min，使其表面带有高密度的正电荷，即得到毛化带电金刚石裸粉5，如图7和图8所示。

S2：钢丝表面清洁：选用直径为60μm的钢丝，分别经过65±5℃氢氧化钠溶液、水洗水、45±5℃的40g/L氨基磺酸溶液以及水洗水处理，得到表面清洁的芯线1。

S3：钢丝表面预处理：将步骤S2中得到的表面清洁的钢丝芯1线放入氨基磺酸镍电镀镍体系中，使其沉积一层很薄的复合镀镍层2，以增加钢丝表面的结合力，镍层的性能通过钢丝的走速、溶液浓度、pH值、温度及电流等参数来调节，从而得到基体钢丝。

S4：裸粉附着：将经步骤S1处理后得到的毛化带电金刚石裸粉放入复合上砂槽中，在电场的作用下使其沉积到步骤S3中得到的基体钢丝表面，同时通过钢丝的走速、溶液浓度、金刚石粉浓度、pH值、搅拌速度、温度及电流等参数来调节得到所需的金刚石的密度与分布，从而得到金刚线半成品。

S5：裸粉固结：将步骤S4中得到的金刚线通过氨基磺酸镍体系镀镍溶液，在电流的作用下使其表面再沉积一层固结镀镍层3，使金刚石裸粉固结在基体钢丝的表面，同时通过调节金属钢丝走速、电流、ph值、温度、溶液浓度等来调整金刚石微粉的埋入深度及出刃高度；固结镀镍层沉积完毕后通过加热装置于120℃下烘干，得到成品金刚线，如图5和图6所示。

S6：收线：将步骤S4中所得到的所得成品金刚线以规定的张力、排线间距绕在指定的工字轮上，即得到规格为66±2μm的超锋利型金刚石线锯。

实施例2 用本发明的技术方案，制备规格为72±2μm的超锋利型电镀金刚线，制备过程如下：

S1：金刚石的表面处理：选用D50=8.0的镀镍金刚石微粉，其镍增重为25%-50%；对其表面进行处理，如图4所，示具体步骤如下：

a：高温烧结：将镀镍金刚石微粉放入马弗炉中常压高温1200℃处理6h，结束后降到室温；

b：退镀反应：将高温烧结后的金刚石微粉放入水中，比例100g金刚石：1L水，搅拌，并依次缓慢加入浓硫酸100ml，30%双氧水50ml，进行退镀反应，退镀完毕后，再使用纯水将其清洗干净并烘干备用。

c：提纯：将退镀后的金刚石微粉投入20%的高氯酸溶液中进行搅拌提纯30min，进一步清除其表面的镀镍，并使其表面毛化，然后再使用纯水将其清洗干净并烘干，获得毛化的金刚石裸粉；

d：酸洗：用浓度为30±2g/L的氨基磺酸溶液，40℃下对步骤c中获得的毛化的金刚石裸粉进行清洗15min，彻底清除其表面的镀镍，并进一步增加其表面的粗糙程度，然后用纯水清洗干净；

e：带电处理：将酸洗后清洗干净的金刚石裸粉放入玻璃烧杯中，加入阳离子表面活性剂，60±2℃温度下，搅拌30min，使其表面带有高密度的正电荷，即得到毛化带电金刚石裸粉5，如图7和图8所示。

S2：钢丝表面清洁：选用直径为55μm的钢丝，分别经过65±5℃氢氧化钠溶液、水洗水、45±5℃的40g/L氨基磺酸溶液以及水洗水处理，得到表面清洁的芯线1。

S3：钢丝表面预处理：将步骤S2中得到的表面清洁的钢丝芯1线放入氨基磺酸镍电镀镍体系中，使其沉积一层很薄的复合镀镍层2，以增加钢丝表面的结合力，镍层的性能通过钢丝的走速、溶液浓度、pH值、温度及电流等参数来调节，从而得到基体钢丝。

S4：裸粉附着：将经步骤S1处理后得到的毛化带电金刚石裸粉放入复合上砂槽中，在电场的作用下使其沉积到步骤S3中得到的基体钢丝表面，同时通过钢丝的走速、溶液浓度、金刚石粉浓度、pH值、搅拌速度、温度及电流等参数来调节得到所需的金刚石的密度与分布，从而得到金刚线半成品。

S5：裸粉固结：将步骤S4中得到的金刚线通过氨基磺酸镍体系镀镍溶液，在电流的作用下使其表面再沉积一层固结镀镍层3，使金刚石裸粉固结在基体钢丝的表面，同时通过调节金属钢丝走速、电流、ph值、温度、溶液浓度等来调整金刚石微粉的埋入深度及出刃高度；固结镀镍层沉积完毕后通过加热装置于120℃下烘干，得到成品金刚线，如图5和图6所示。

S6：收线：将步骤S4中所得到的所得成品金刚线以规定的张力、排线间距绕在指定的工字轮上，即得到规格为72±2μm的超锋利型金刚石线锯。

实施例3 用本发明的技术方案，制备规格为60±2μm的超锋利型电镀金刚线，制备过程如下：

S1：金刚石的表面处理：选用D50=6.5的镀镍金刚石微粉，其镍增重为25%-50%；对其表面进行处理，如图4所，具体步骤如下：

a：高温烧结：将镀镍金刚石微粉放入马弗炉中常压高温1200℃处理6h，结束后降到室温；

b：退镀反应：将高温烧结后的金刚石微粉放入水中，比例100g金刚石：1L水，搅拌，并依次缓慢加入浓硫酸100ml，30%双氧水50ml，进行退镀反应，退镀完毕后，再使用纯水将其清洗干净并烘干备用。

c：提纯：将退镀后的金刚石微粉投入20%的高氯酸溶液中进行搅拌提纯30min，进一步清除其表面的镀镍，并使其表面毛化，然后再使用纯水将其清洗干净并烘干，获得毛化的金刚石裸粉；

d：酸洗：用浓度为30±2g/L的氨基磺酸溶液，40℃温度下对步骤c中获得的毛化的金刚石裸粉进行清洗15min，彻底清除其表面的镀镍，并进一步增加其表面的粗糙程度，然后用纯水清洗干净；

e：带电处理：将酸洗后清洗干净的金刚石裸粉放入玻璃烧杯中，加入阳离子表面活性剂，60±2℃温度下，搅拌30min，使其表面带有高密度的正电荷，即得到毛化带电金刚石裸粉5，如图7和图8所示。

S2：钢丝表面清洁：选用直径为50μm的钢丝，分别经过65±5℃氢氧化钠溶液、水洗水、45±5℃的40g/L氨基磺酸溶液以及水洗水处理，得到表面清洁的芯线1。

S3：钢丝表面预处理：将步骤S2中得到的表面清洁的钢丝芯1线放入氨基磺酸镍电镀镍体系中，使其沉积一层很薄的复合镀镍层2，以增加钢丝表面的结合力，镍层的性能通过钢丝的走速、溶液浓度、pH值、温度及电流等参数来调节，从而得到基体钢丝。

S4：裸粉附着：将经步骤S1处理后得到的毛化带电金刚石裸粉放入复合上砂槽中，在电场的作用下使其沉积到步骤S3中得到的基体钢丝表面，同时通过钢丝的走速、溶液浓度、金刚石粉浓度、pH值、搅拌速度、温度及电流等参数来调节得到所需的金刚石的密度与分布，从而得到金刚线半成品。

S5：裸粉固结：将步骤S4中得到的金刚线通过氨基磺酸镍体系镀镍溶液，在电流的作用下使其表面再沉积一层固结镀镍层3，使金刚石裸粉固结在基体钢丝的表面，同时通过调节金属钢丝走速、电流、ph值、温度、溶液浓度等来调整金刚石微粉的埋入深度及出刃高度；固结镀镍层沉积完毕后通过加热装置于120℃下烘干，得到成品金刚线，如图5和图6所示。

S6：收线：将步骤S4中所得到的所得成品金刚线以规定的张力、排线间距绕在指定的工字轮上，即得到规格为60±2μm的超锋利型金刚石线锯。

通过上述实施例可以看出，由于本发明制备技术所使用的金刚石微粉没有镍镀层，是裸粉上砂，不存在金刚石粉团聚的现象，所生产的金刚线上的金刚石分布更加均匀，线径更加稳定；且由于金刚石粉表面没有预镀镍，因此在酸性的镀槽中不会因为镍被腐蚀而活性降低，过滤出来的金刚石粉只需再次化学处理即可使用，金刚石粉的利用率大大提高、降低综合成本。

本发明金刚线线锯的金刚线直径更细，与普通金刚石线锯相比相对直径可减少2%～8%，在切割使用时，线缝更小减少，可减少0.5%～3%被切割原料的损失；且由于本发明金刚石的棱角裸露在外面，切割能力明显增加，可胜任切割低成本硅料，为光伏行业的平价上网作出贡献。

另外，由于本发明金刚石没有镍金属的包裹，切割时不容易被磨损掉的镍金属或硅粉等杂质糊住，不会因为切屑液流量不够等因素导致切割能力下降，可用于超细金刚线的生产，降低钢线直径规格，增加客户收益。且本发明所使用的金刚石粉经过毛化处理，表面棱角增加，粗糙度增加，把持力明显提高，切割时颗粒脱落风险降低，切割力增加；与此同时，与普通金刚石线锯相比，如图9所示，本发明金刚石表面刀刃更多，可有效提高切割力，处理此金刚石粉自锐性增加，切割时一片一片脱落，即锋刃被磨后呈片状脱落，新的锋刃继续参与切割，金刚线的切割力更加持久。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种超锋利型金刚石线锯的制备方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1：金刚石的表面处理：将用于制备金刚石线锯的镀镍金刚石微粉进行退镀，去除其表面的镀镍层；然后进行毛化处理，增加其表面的粗糙度；再进行带电处理，使其表面带上正电荷，从而得到毛化带电金刚石裸粉；

S2：钢丝表面清洁：分别用氢氧化钠溶液和氨基磺酸溶液对用于制备金刚石线锯的钢丝表面进行清洗处理，得到表面清洁的钢丝芯线；

S3：钢丝表面预处理：将步骤S2中得到的表面清洁的钢丝芯线放入氨基磺酸镍电镀镍体系中，使其沉积一层复合镀镍层，以增加钢丝表面的结合力，从而得到基体钢丝；

S4：裸粉附着：将经步骤S1处理后得到的毛化带电金刚石裸粉放入复合上砂槽中，在电场的作用下使其沉积到步骤S3中得到的基体钢丝表面，同时根据需要调节沉积金刚石的密度与分布，从而得到金刚线半成品；

S5：裸粉固结：将步骤S4中得到的金刚线通过氨基磺酸镍体系镀镍溶液，在电流的作用下使其表面再沉积一层固结镀镍层，使金刚石裸粉固结在基体钢丝的表面，同时调整金刚石微粉的埋入深度及出刃高度；固结镀镍层沉积完毕后通过加热装置烘干，得到成品金刚线；

S6：收线：将步骤S4中所得到的所得成品金刚线以规定的张力、排线间距绕在指定的工字轮上，即得到超锋利型金刚石线锯；

步骤S1中所述的金刚石的表面处理包括如下子步骤：

a：高温烧结：将镀镍的金刚石微粉放入马弗炉中1200℃高温烧结6h，结束后降到室温；

b：退镀反应：将高温烧结后的金刚石微粉放入水中，搅拌，水与金刚石微粉的比例为100g金刚石微粉加入1L水；并依次缓慢加入100ml的浓硫酸和50ml的30%双氧水，进行退镀反应，退镀完毕后，再使用纯水将其清洗干净并烘干；

c：提纯：将退镀后的金刚石微粉投入浓度为20%的高氯酸溶液中进行搅拌提纯30min，进一步清除其表面的镀镍，并使其表面毛化，然后再使用纯水将其清洗干净并烘干，获得毛化的金刚石裸粉；

d：酸洗：用浓度为30±2g/L的氨基磺酸溶液40℃下对毛化的金刚石裸粉进行清洗15min，彻底清除其表面的镀镍，并进一步增加其表面的粗糙程度，然后用纯水清洗干净；

e：带电处理：将酸洗后清洗干净的金刚石裸粉放入玻璃烧杯中，加入阳离子表面活性剂搅拌处理，处理温度为60±2℃下，搅拌时间为30min，使其表面带有高密度的正电荷，即为毛化带电金刚石裸粉。

2.根据权利要求1所述的超锋利型金刚石线锯的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述钢丝表面清洁为过程为先使用65±5℃的氢氧化钠溶液处理，然后水洗干净，再用45±5℃的40g/L氨基磺酸溶液处理，再次水洗干净。

3.根据权利要求1所述的超锋利型金刚石线锯的制备方法，其特征在于：步骤S5中所述固结镀镍层的烘干温度为120℃。

4.一种超锋利型金刚石线锯，其特征在于：该金刚石线锯由权利要求1-3所述的制备方法制得。

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