CN114559570B - 一种金刚线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种金刚线，所述金刚线的外周表面具有多个凹孔，每个所述凹孔的开口孔径为0.1‑3μm，其凹陷深度为0.1‑1μm。本申请提供的金刚线，由于所述金刚线的外周表面具有均匀分布的凹孔，从而可以增加金刚线的比表面积，因此在切片过程中，所述金刚线可以提高带液、排屑以及冷却效果，并且具有减少断线，降低钢线磨损，减少线耗等优点。

Description

一种金刚线及其制备方法
技术领域
本申请涉及光伏设备制造技术领域，具体涉及一种金刚线及其制备方法。
背景技术
随着光伏产业的发展，技改降本、绿色生产，已经成为企业生命力的一部分。硅片尺寸增大是市场不断帅选的产物，也是增加产能，降低成本的一个有效途径。但是，切片过程中，由于硅片尺寸的不断增大，钢线穿越硅片的路径不断增加，导致有效的带液、排屑、冷却效果逐渐降低。
发明内容
针对上述问题，本申请提出了一种金刚线及其制备方法。通过在所述金刚线的外周表面形成均匀分布的凹孔，从而增加金刚线的比表面积，因此在切片过程中，所述金刚线可以提高带液、排屑以及冷却效果，并且具有减少断线，降低钢线磨损，减少线耗等优点。
本申请的技术方案如下：
本申请提供一种金刚线，所述金刚线的外周表面具有多个凹孔，每个所述凹孔的开口孔径为0.1-3μm，优选为0.15-0.25μm，其凹陷深度为0.1-1μm，优选为0.15-0.25μm。
进一步地，所述金刚线的直径为d，长度为h，所述金刚线外表面的凹孔的数量为50-2000个/πdh，优选为1700-1900个/πdh。
进一步地，在所述金刚线的外表面上还具有多个凸起，所述凸起的平均粒径D50为3.0-10.0μm，优选为4.5-8μm。
进一步地，所述金刚线外表面的凸起的数量为100-500个/πdh，优选为150-250个/πdh。
所述凸起为金刚石微粉颗粒。
进一步地，所述金刚线的直径为30-80μm，优选为35-40μm，金刚线的比表面积为90000-350000μm2/πdh，优选为90000-160000μm2/πdh；
所述金刚线的外周表面为镍层。
本申请提供一种金刚线的制备方法，包括如下步骤：
提供钢线基体；
在所述钢线基体的表面电镀形成第一镍层；
在所述第一镍层表面形成砂镍层；
在所述砂镍层表面电镀形成第二镍层；
在所述第二镍层的表面形成多个凹孔，从而得到金刚线；
其中，每个所述凹孔的开口孔径为0.1-3μm，优选为0.15-0.25μm，其凹陷深度为0.1-1μm，优选为0.15-0.25μm。
进一步地，在所述第二镍层上通过反电解或化学腐蚀形成所述凹孔。
进一步地，当采用反电解形成凹孔时，所述第二镍层与阳极接触置于电解液中，通过电解，从而在所述第二镍层表面形成所述凹孔；
形成所述凹孔时的电流为形成第二镍层的电流的5-50％，形成所述凹孔的收线速度与形成所述第二镍层的收线速度相同。
进一步地，所述电解液选自氨基磺酸镍镀液或者硫酸镍镀液。
进一步地，当采用化学腐蚀形成凹孔时，将所述第二镍层浸泡在强酸热溶液中，从而在所述第二镍层表面形成所述凹孔，形成所述凹孔的收线速度为形成所述第二镍层的收线速度的15％。
进一步地，所述强酸溶液选自浓硝酸溶液；
优选为体积百分数为25-30％的浓硝酸。
进一步地，形成所述第二镍层时的收线速度为5m/min-50m/min。
进一步地，在所述第二镍层的表面形成多个凸起，所述凸起的平均粒径D50为3.0-8.0μm。
进一步地，制备的金刚线为前述的金刚线。
本申请提供的金刚线，由于所述金刚线的外周表面具有均匀分布的凹孔，从而可以增加金刚线的比表面积，因此在切片过程中，所述金刚线可以提高带液、排屑以及冷却效果，并且具有减少断线，降低钢线磨损，减少线耗等优点。
附图说明
附图用于更好地理解本申请，不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为本申请提供的现有技术金刚线的示意图。
图2为本申请提供的本申请的金刚线的示意图。
图3为本申请提供的金刚线的表面放大的示意图。
具体实施方式
以下对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。在本申请中上下位置依据光线入射方向而定，光线入射处为上。
如图2和图3所示，本申请提供一种金刚线，所述金刚线的外周表面具有多个凹孔，每个所述凹孔的开口孔径(所述开口孔径为该凹孔中最大直径处)为0.1-3μm，其凹陷深度为0.1-1μm。
具体地，每个所述凹孔的开口孔径可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm或3μm。
所述凹孔的凹陷深度可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm。
在本申请中，所述金刚线的直径为d，长度为h，所述金刚线外表面的凹孔的数量为50-2000个/πdh，优选为1700-1900个/πdh，例如可以为50个/πdh、100个/πdh、150个/πdh、200个/πdh、250个/πdh、300个/πdh、350个/πdh、400个/πdh、450个/πdh、500个/πdh、550个/πdh、600个/πdh、650个/πdh、700个/πdh、750个/πdh、800个/πdh、850个/πdh、900个/πdh、950个/πdh、1000个/πdh、1100个/πdh、1200个/πdh、1300个/πdh、1400个/πdh、1500个/πdh、1600个/πdh、1700个/πdh、1800个/πdh、1900个/πdh或2000个/πdh。
在本申请中，在所述金刚线的外表面上还具有多个凸起，所述凸起的平均粒径D50为3.0-10.0μm，优选为4.5-8μm，例如可以为3.0μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm、4.0μm、4.1μm、4.2μm、4.3μm、4.4μm、4.5μm、4.6μm、4.7μm、4.8μm、4.9μm、5.0μm、5.1μm、5.2μm、5.3μm、5.4μm、5.5μm、5.6μm、5.7μm、5.8μm、5.9μm、6.0μm、6.1μm、6.2μm、6.3μm、6.4μm、6.5μm、6.6μm、6.7μm、6.8μm、6.9μm、7.0μm、7.1μm、7.2μm、7.3μm、7.4μm、7.5μm、7.6μm、7.7μm、7.8μm、7.9μm、8.0μm、8.1μm、8.2μm、8.3μm、8.4μm、8.5μm、8.6μm、8.7μm、8.8μm、8.9μm、9.0μm、9.1μm、9.2μm、9.3μm、9.4μm、9.5μm、9.6μm、9.7μm、9.8μm、9.9μm或10.0μm。
在本申请中，所述金刚线外表面的凸起的数量为100-500个/πdh，优选为150-250个/πdh，例如可以为100个/πdh、150个/πdh、200个/πdh、250个/πdh、300个/πdh、350个/πdh、400个/πdh、450个/πdh或500个/πdh。
所述凸起为金刚石微粉颗粒。
在本申请中，所述金刚线的直径为30-80μm，优选为35-40μm。
具体地，所述金刚线的直径可以为30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm或80μm。
具体地，所述金刚线的长度h可以为1000μm。
具体地，所述金刚线的比表面积可以为比表面积90000-350000μm2/πdh，优选为90000-160000μm2/πdh。
所述金刚线的外周表面为镍层。
金刚线的直径采用千分尺测试，金刚线的比表面积、凹孔的开口孔径、凹孔的凹陷深度、凹孔的数量通过SEM测试。凸起的D50值是用马尔文粒度测试仪器测试的，凸起的数量采用金刚线线锯测试仪测试。带液、排屑以及冷却效果通过切割线弓以及切割液温度表征(金刚线的带液冷却效果主要通过切割时线弓大小来表征，线弓为金刚线在切割区域发生的形变，线弓大即表示金刚线的形变大，对应的该切割区域的温度高，说明该金刚线的带液冷却效果差)，线弓采用直板尺测试(线弓是指切割后刚线与硅棒接触的位置与切割前钢线位置的高度差)。磨损量通过千分尺测量使用前以及使用后的差表征。
本申请提供一种金刚线的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：提供钢线基体；
步骤二：在所述钢线基体的表面电镀形成第一镍层；
步骤三：在所述第一镍层表面形成砂镍层；
步骤四：在所述砂镍层表面电镀形成第二镍层；
步骤五：在所述第二镍层的表面形成多个凹孔，从而形成金刚线；
其中，所述凹孔的开口孔径为0.1-3μm，其凹陷深度为0.1-1μm。
具体地，所述凹孔的开口孔径可以为0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm。所述凹孔的凹陷深度可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1.0μm。
在步骤一中包括前处理步骤：所述前处理步骤是采用化学方式去除钢线基体表面油渍、锈渍，活化钢线基体表面，提高镀层结合力。
所述前处理具体如下步骤：
1a：碱洗+超声：在超声条件下，温度控制在50-70℃左右，用NaOH溶液清洗除去钢线基体表面油污(由于钢线基体制作过程中黄铜钢丝经过多道次不同孔径模具在润滑液中湿拉而成，出成品模具时，钢线基体表面粘附有一层油性润滑液，或润滑液焦化物)，清洗速度为10-60m/min。从而完成第一次清洗。
1b：热水洗+冷水洗：先使用温度为50-70℃的热水清洗完成第一次清洗后的钢线基体，清洗时间为10-60m/min，然后将清洗后的钢线基体置于温度为10-30℃左右的冷水中进行清洗，清洗速度为10-60m/min，从而完成第二次清洗。
1c：酸洗：使用氨基磺酸或硫酸(pH值控制在2.5-3.0)使完成第二次清洗后的钢线基体表面活化，从而完成酸洗，便于后续预镀镍层；
具体地，氨基磺酸水解：NH2SO3H+H2O→NH+ 4+HSO- 4
氨基磺酸的分子式为NH2SO3H。市售商品为白色粉末，在常温下，只要保持干燥不与水接触，固体的氨基磺酸不吸湿，比较稳定。氨基磺酸的水溶液具有与盐酸、硫酸等同等的强酸性，故别名又叫固体硫酸，它具有不挥发、无臭味和对人体毒性极小的特点。氨基磺酸水溶液对铁等金属的腐蚀作用较慢，可添加一些氯化钠，使之相当于转化为盐酸，从而有效地溶解铁垢。氨基磺酸水溶液可去除铁、钢、铜、不锈钢等材料制造的设备表面的水垢和腐蚀产物。另外，它还是唯一可用作镀锌金属表面清洗的酸。当与水配比成1：4时。可以腐蚀蛋壳(碳酸钙和碳酸镁)。
1d：水洗：使用水清洗完成酸性后的钢线基体表面残酸，从而完成水洗。
在步骤二中，采用电化学反应，通过阴阳电荷相吸，将镍离子电镀沉积在钢线基体的表面；电镀液的温度为40-60℃左右。
在步骤三中，采用电化学反应方式和物理悬砂方式相结合，将表面镍化的金刚石颗粒置于电镀液中搅拌均匀混合，从而将所述表面镍化的金刚石颗粒电镀沉积在第一镍层的表面上，从而形成砂镍层；电镀液的温度为54℃左右，电镀液为氨基磺酸镍液体。
在步骤四中，采用电化学反应方式，使所述砂镍层的表面覆上第二镍层，从而加固金刚砂和钢线基体表面的结合力，电镀液的温度为40-60℃左右。
在步骤五中，在所述第二镍层上可以通过反电解或化学腐蚀形成所述凹孔。
当采用反电解形成凹孔时，所述第二镍层与阳极棒接触置于电解液中，所述第二镍层与阳极棒接触的部位也相当于阳极，从而发生电化学反应，在所述第二镍层的表面形成凹孔，形成所述凹孔时的电流为形成第二镍层的电流的5-50％(形成凹孔的电流电流越小，即释放到电镀液中的离子越少，那么阳极反应的速度就越慢，在所述第二镍层表面形成的凹孔的速度就越慢)，形成所述凹孔的收线速度与形成所述第二镍层的收线速度相同。
所述电解液选自氨基磺酸镍镀液或者硫酸镍镀液。
具体地，形成第二镍层以及形成所述凹孔的收线速度为5m/min-50m/min，例如可以为5m/min、10m/min、20m/min、30m/min、40m/min或50m/min。
当采用化学腐蚀形成凹孔时，将所述第二镍层浸泡在强酸热溶液中，从而在所述第二镍层表面形成所述凹孔。形成所述凹孔的收线速度为形成所述第二镍层的收线速度的15％。
具体地，形成第二镍层的收线速度为5m/min-50m/min，例如可以为5m/min、10m/min、20m/min、30m/min、40m/min或50m/min。
形成凹孔的收线速度为0.75m/min-7.5m/min，例如可以为0.75m/min、1m/min、1.5m/min、2m/min、2.5m/min、3m/min、3.5m/min、4m/min、4.5m/min、5m/min、5.5m/min、6m/min、6.5m/min、7m/min或7.5m/min。
所述强酸溶液选自浓硝酸溶液，优选为体积百分数为25-30％的浓硝酸。
所述方法还包括步骤六：后处理步骤，所述后处理步骤采用高压清洗方式和电加热方式，使成品表面干燥，干净。
所述后处理步骤包括如下步骤：
6a：热水洗+吹扫：用于除去表成品表面的残余镀液；具体地，使用温度为55℃左右的热水清洗，浸泡清洗10-60m/min。吹扫：采用负压方式将钢线表面的残余水渍清理干净，负压压力0.1-0.5Kpa。
6b：热处理：将步骤6a得到的金刚线烘干，烘干温度为200-300℃。所述热处理用于增大钢线表面与金刚石结合力；除去电镀过程中产生的氢，防止镀层表面氢脆；去除钢线表面水分，防止生锈。热处理后得到本申请所述的金刚线。
6c：收线：使用10N张力，排距0.6mm，以15m/min速度收线；
控制点：排线平整，无凹、凸股等异常。
6d：检测：使用万能拉伸机检测钢线力学性能，如破断张力，伸长率等；
使用金刚线线锯检测仪：检测金刚线表面镀层质量，如包络外径，出刃率，堆积直径等参数。
实施例
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊要求，均为常规方法。
下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本申请提供一种金刚线的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：提供钢线基体；
具体如下步骤：
1a：碱洗+超声：在超声条件下，温度控制在60℃左右，用NaOH溶液清洗除去钢线基体表面油污，清洗的时间为50min。从而完成第一次清洗。
1b：热水洗+冷水洗：先使用温度为60℃左右的热水清洗完成第一次清洗后的钢线基体，清洗时间为10min，然后将清洗后的钢线基体置于温度为25℃的冷水中进行清洗，清洗时间为10min，从而完成第二次清洗。
1c：酸洗：使用氨基磺酸(pH值控制在2.5)使完成第二次清洗后的钢线基体表面活化，从而完成酸洗，便于后续预镀镍层；
1d：水洗：使用水清洗完成酸性后的钢线基体表面残酸，从而完成水洗。
步骤二：在所述钢线基体的表面电镀形成第一镍层；
具体地，采用电化学反应，通过阴阳电荷相吸，将镍离子电镀沉积在钢线基体的表面；电镀液的温度为54℃左右，电镀液为氨基磺酸镍镀液。
步骤三：在所述第一镍层表面形成砂镍层；
具体地，采用电化学反应方式和物理悬砂方式相结合，将表面镍化的金刚石颗粒置于氨基磺酸镍镀液中，从而将所述表面镍化的金刚石颗粒电镀沉积在第一镍层的表面，从而形成砂镍层，保证金刚砂良好的结合性和均匀分布；氨基磺酸镍镀液的温度为54℃左右。
步骤四：在所述砂镍层表面电镀形成第二镍层；
具体地，采用电化学反应方式，使所述砂镍层的表面覆上第二镍层，从而加固金刚砂和钢线基体表面的结合力，电镀液的温度为54℃左右，所述电镀液为氨基磺酸镍镀液。
步骤五：在所述第二镍层的表面形成多个凹孔，从而形成金刚线；
具体地，在所述第二镍层上可以通过反电极形成所述凹孔，所述第二镍层与阳极接触置于电解液中，形成所述凹孔时的电流为形成第二镍层的电流的20％，形成所述凹孔的收线速度与形成所述第二镍层的收线速度相同，均为5m/min。
所述电解液为氨基磺酸镍镀液。
所述凹孔的开口孔径为1μm，其凹陷深度为1μm。
步骤六：后处理步骤
所述后处理步骤包括如下步骤：
6a：热水洗+吹扫：用于除去表成品表面的残余镀液；具体地，使用温度为55℃左右的热水清洗，浸泡清洗10min时间。吹扫：采用负压方式将钢线表面的残余水渍清理干净，负压压力0.5Kpa。
6b：热处理：将步骤6a得到的金刚线烘干，烘干温度为200-300℃。从得到所述金刚线。
所述金刚线的各项参数如表1。
实施例2-实施例5以及对比例2与实施例1的不同之处在于凹孔的孔径、深度、数量、凸起的D50、数量以及金刚线的直径不同，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例6-实施例8与实施例3的不同之处在于凹孔的孔径，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例9-实施例11与实施例3的不同之处在于凹孔的深度，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例12-实施例13与实施例3的不同之处在于凹孔的数量，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例14-实施例16与实施例3的不同之处在于凸起的D50，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例17-实施例18与实施例3的不同之处在于凸起的数量，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例19-实施例20与实施例3的不同之处在于金刚线的直径，所述金刚线的各项参数见表1。
实施例21
实施例21与实施例3的不同之处在于，步骤五，在实施例21中步骤五的采用化学腐蚀形成凹孔，具体地：将所述第二镍层浸泡在强酸热溶液中，从而在所述第二镍层表面形成所述凹孔。形成所述凹孔的收线速度为形成所述第二镍层的收线速度的15％。形成第二镍层的收线速度为10m/min。形成凹孔的收线速度为1.5m/min。所述强酸溶液为体积百分数为25-30％的浓硝酸。所述金刚线的各项参数如表1。
对比例1
对比例1与实施例3的不同之处仅在于，对比例1中的金刚线没有凹孔，各项参数如表1。
表1为各实施例以及对比例的金刚线的性能参数
小结：由上表可知，本申请所述的金刚线由于所述金刚线的外周表面具有均匀分布的凹孔，从而可以增加金刚线的比表面积，因此在使用该金刚线进行切片时，由于线弓较小，带液能力较强，所述金刚线排屑以及冷却效果均较好，并且还具有减少断线，降低钢线磨损，减少线耗等优点。
尽管以上结合对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请保护之列。

Claims (14)

1.一种金刚线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供钢线基体；
在所述钢线基体的表面电镀形成第一镍层；
在所述第一镍层表面形成砂镍层；
在所述砂镍层表面电镀形成第二镍层；
在所述第二镍层的表面形成多个凸起；
在所述第二镍层的表面形成多个凹孔，从而得到金刚线；
其中，每个所述凹孔的开口孔径为0.1-3μm，其凹陷深度为0.1-1μm，
在所述金刚线的外表面上还具有多个所述凸起；
当采用反电解形成凹孔时，所述第二镍层与阳极接触置于电解液中，通过电解，从而在所述第二镍层表面形成所述凹孔；
形成所述凹孔时的电流为形成第二镍层的电流的5-50%，形成所述凹孔的收线速度与形成所述第二镍层的收线速度相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述凹孔的开口孔径为0.15-0.25μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹孔的凹陷深度为0.15-0.25μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚线的直径为d，长度为h，所述金刚线外表面的凹孔的数量为50-2000个/πdh。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金刚线外表面的凹孔的数量为1700-1900个/πdh。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起的平均粒径D50为3.0-10.0μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起的平均粒径D50为4.5-8μm。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金刚线外表面的凸起的数量为100-500个/πdh。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金刚线外表面的凸起的数量为150-250个/πdh。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起为金刚石微粉颗粒。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚线的直径为30-80μm。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚线的直径为35-40μm。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液选自氨基磺酸镍镀液或者硫酸镍镀液。
14.根据权利要求1-13任一项所述的方法，其特征在于，形成所述第二镍层时的收线速度为5m/min-50m/min。
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