KR20160026845A - 연마재 소잉 와이어, 이의 제조 방법 및 이의 용도 - Google Patents

연마재 소잉 와이어, 이의 제조 방법 및 이의 용도 Download PDF

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제랄드 산체스
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서모컴팩트
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Abstract

스틸 코어와, 바인더와 연마재 입자를 포함하는 외부 코팅을 포함하는 연마재 와이어에서, 상기 바인더는 바인더 중량에 대하여 중량으로,
- 산소 0 내지 3%, 양호하게는 0 내지 2%; 및
- 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 0.3% 내지 9%를 포함하는 적어도 하나의 철 합금 층으로 형성된다.

Description

연마재 소잉 와이어, 이의 제조 방법 및 이의 용도{ABRASIVE SAWING WIRE, PRODUCTION METHOD THEREOF AND USE OF SAME}
본 발명은 스틸 코어와 철계 바인더(a binder based on iron)에 의해 코어에 유지된 연마재 입자를 포함하는 연마재 와이어에 관한 것이다.
본 발명의 이용 분야는 특히, 실리콘, 사파이어 또는 실리콘 카바이드와 같은 재료의 소잉(sawing)에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 웨이퍼와 같은 경질 재료의 절단은 주변부에 연마재 입자(예를 들어, 다이아몬드)를 가지는 와이어(스틸)에 의해 실행될 수 있다.
가능한 와이어 파단을 해결하기 위해서, 종래 기술에서는 고탄소 함량의 스틸 와이어의 사용을 공개적으로 추천하고 있다.
연마재 입자는 수지 또는 금속 바인더층에 의해 와이어에 접합된다. 이런 바인더는 와이어의 표면에 입자를 유지시켜서 여기에 연마재 특성을 부여한다.
그리고 와이어와 달리, 입자는 일반적으로, 절단될 재료보다 더 강한 재료로 만들어진다.
사실, 와이어의 용도로 첫 번째는, 바인더를 연마재 입자에 노출하도록 부분적으로 침식한다. 그리고 나서 절단될 재료의 표면상에 절단 와이어를 반복적으로 통과시켜서, 즉 연마재 입자의 돌출 부분이 재료에 마찰함으로써 재료의 소잉을 실행한다.
연마재 입자의 돌출 부분이 노출되면, 바인더는 더 이상 절단될 재료와 직접 접촉하지 않는다. 그러나, 두 개의 다음 메커니즘에 따라서 마모할 수 있다:
- 기계적 변형에 의해: 재료의 소잉시, 연마재 입자는 변경적으로 와이어의 주 방향을 따라서 전후 교대로 가압된다. 이 모션은 절단되는 재료와의 마찰의 직접적 결과이다. 그러므로, 바인더는 각 움직임 동안 약간 변형한다. 절단의 종료시에, 바인더는 국부적으로 너무 변형되어서 와이어의 표면에 연마재 입자를 효율적으로 유지할 수 없게 할 수 있다.
- 연마/침식: 이 메커니즘은 와이어와 함께 이동하는 바인더와 절단될 재료 사이에 위치된 절단될 재료의 파편의 존재로부터 야기한다. 소잉 이동에 의해서, 재료의 파편은 바인더를 침식하고, 그 결과로, 바인더 두께의 계속적인 감소가 이루어진다. 절단의 종료시에, 바인더는 와이어의 표면에 연마재 입자를 더 이상 충분히 효율적으로 유지할 수 없는 두께이다. 연마재 입자가 분리하면, 와이어의 연마력과 그러므로 재료를 절단하는 성능은 계속해서 감소한다.
일반적으로, 기계적 변형은 바인더의 연마보다 더 강한 현상이다.
와이어의 연마 성질의 약화를 지체하거나 심지어 억제하기 위해서, 금속 합금을 근거한 바인더가 개발되어 왔다. 이들은 수지보다 더 좋은 경도 성질을 가지는 것으로 나타난다.
그러므로, 와이어의 마모를 제한하기 위해서, 니켈 및 인 합금계 바인더가 사용될 수 있다. 바인더는 와이어 표면에 화학적으로 증착되어 연마재 그레인(abrasive grains)을 커버한다. 추가로 이의 경도는 순 니켈의 경도보다 크다.
본딩 층의 크래킹(cracking)을 제한하기 위해서, 서류 EP 2 428 317은 전해질 니켈 증착에서 황, 산소 및 수소 함량을 제한하는 것을 공개적으로 추천하고 있다.
다른 해결책은 코발트/니켈 합금으로 만든 바인더를 사용하는 것을 포함한다. 지금, 이 형태의 니켈/코발트의 전착은 발암물질인 황산 니켈과 같은 화합물을 포함한다. 또한, 금속 니켈은 알러지를 일으킬 수 있다.
금속 바인더는 일반적으로 절단 영역으로 공급되는 물과 접촉해서 부식할 수 있다. 물론 이 현상은 연마재 와이어의 수명에 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문에, 바인딩 금속의 부식을 이 기술분야의 숙련된 자에 의해 없애는 것이 바람직하다.
와이어와 바인더는 그러므로 어떤 요구조건을 만족해야 한다.
바람직하게, 바인더는 와이어 사용 동안에 크랙되지 않아야 한다. 와이어가 최대 스트레스 제한치에서 늘어날 때, 바인더의 표면은 크랙되지 않아야 한다.
그러므로, 이런 바인더에, 특히 연마재 와이어의 코어상의 연마재 그레인의 유지를 보장하고, 뿐만 아니라 바인더의 마모와 저하(degradation)를 제어하도록 하는, 변경안을 개발할 필요가 있다. 본 발명의 목적은 이런 기술적 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
본 출원인은 와이어의 표면에 철계 바인더의 의해 유지된 연마재 입자를 가지는 와이어를 개발해 왔다.
본 발명에 따른 와이어는 특히 높은 니켈 함량으로 포함하는 바인더와 이의 제조 또는 사용에 의한 가능한 암과 알레르기를 피할 수 있는 철계 바인더를 포함한다.
더욱이, 본 발명의 목적은 스틸 코어와, 바인더와 연마재 입자를 포함하는 외부 코팅을 포함하는 연마재 와이어이며, 상기 바인더는 바인더의 중량에 대해서 다음 원소를 포함하는 적어도 하나의 철 합금 층으로 형성된다:
- 산소 0 내지 3%, 양호하게는 0 내지 2%; 및
- 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 0.3% 내지 9%.
이미 언급한 바와 같이, 바인더는 스틸 코어의 주변에 연마재 입자를 유지할 수 있다. 그러므로 연마재 입자는 본질적으로 상기 코어상에서의 자유도(degree of liberty)를 가지지 않는다. 양호하게, 입자는 스틸 코어상에서의, 특히 본 발명에 따른 연마재 와이어의 사용시에 자유도를 가지지 않는다.
사실, 철 합금 바인더는 종래의 수지 바인더보다 코어상에 입자의 보다 양호한 유지성을 제공한다. 이는 심지어 절단 작업 동안 와이어의 사용시에, 입자를 보다 효율적으로 제 위치에 유지할 수 있는, 내연마성 및 경도 특성을 가진다.
연마재 입자는 스틸 코어와 직접 접촉될 수 있지만, 또한 양호하게 얇은 바인더층에 의해 코어로부터 분리될 수 있다. 이는 특히 도 1에 기술된 방법을 사용할 때 사실로 나타난다.
바인더는 적어도 부분적으로 연마재 입자를 커버한다.
특정 실시예에 따라서, 외부 조성 코팅은 본 발명에 따라서 적어도 하나의 추가 철 합금 바인더를 포함한다. 그러므로, 바인더는 싱글 층 또는 다수의 층, 양호하게는 2개 층의 형태로 나타나야 한다.
바인더층은 서로 다른 철 합금으로 만들어질 수 있다.
"층(layer)"은 균질 조성물의 와이어의 외피를 의미한다. 그러므로, 두 층은 이들 화학적 조성물 사이의 차이에 의해서 또는 이들 중 하나에만 있는 연마재에 의해서 구별될 수 있다.
스틸 코어와 접촉하고 있는 첫 번째 바인더층은 와이어상에 연마재 입자를 유지하는 추가 층의 것보다 큰 경도를 가질 수 있다.
그러나, 추가 바인더층(들)(외부층(들))은 양호하게 높은 내연마성 및 내크래킹성이다. 양호하게는, 바인더층은 취성이 아니며 하부층보다 양호한 연성(ductile) 특성을 가진다.
그러므로, 특정 실시예에 따라서, 연마재 와이어는 스틸 코어와, 바인더와 연마재 입자를 포함하는 외부 코팅을 포함한다. 바인더는 이 특정 경우에, 본 발명에 따라서 두 철 합금 바인더층으로 형성된다. 스틸 코어에 인접한 제1 바인더층을 커버하는 제2 바인더층은 보다 양호한 연마성 및/또는 내부식 성질을 가지는 철 합금으로 만들어진다.
일반적으로, 철 합금 바인더의 경도는 탄소 및/또는 인의 도입에 의해서 개선될 수 있다.
붕소는 합금에 포함되는 산소의 량을 제한할 수 있다. 사실, 본 출원인은 철계 합금에서의 산소의 3 중량% 이상의 존재가 합금을 부서지기 쉽게 한다는 것을 발견했다. 붕소 및/또는 인의 추가는 전착에서 철계 합금으로 병합될 수 있는 산소를 제한할 수 있다.
인의 추가는 내부식 성질을 개선할 수 있다.
그러므로, 특정 실시예에 따라서, 철 합금은 탄소의 0.5 내지 1.5 중량%, 적합하게는 1 중량%를 포함할 수 있다.
다른 특정 실시예에 따라서, 철 합금은 붕소의 0.3 내지 1 중량%, 적합하게는 0.5 중량%를 포함할 수 있다.
다른 특정 실시예에 따라서, 철 합금은 인의 1 내지 9 중량%, 적합하게는 4 중량%를 포함할 수 있다.
단층 또는 다층일 수 있는 바인더는 특히 철 합금의 연속 전착에 의해 얻어질 수 있다.
다른 특정 실시예에 따라서, 철 합금은 철의 적어도 97 중량%, 니켈의 1 중량% 이하 및/또는 코발트의 1 중량% 이하를 포함할 수 있다. 사실상, 전착된 철에 니켈 또는 코발트의 추가는 이들 농도의 안정화의 기술적 문제를 제기할 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 철 합금은 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 0.3% 내지 9%를 포함한다. 다수의 원소를 포함할 경우에, 전체 탄소, 붕소 및 인 함량은 양호하게 0.3 내지 9% 범위이다.
바인더층 각각을 형성하는 합금은 양호하게 비커스(Hv)로 표시하면, 300 내지 900Hv 범위, 양호하게는 600Hv의 경도를 가진다.
바인딩 금속층의 경도는 이 기술분야에 숙련된 자의 일반적인 지식 내의 기술에 따라서 마이크로-경도 테스터에 의해서 측정된다. 비커스 압자(Vickers indenter)는 층 두께와 호환가능한 하중(load)로 일반적으로 이용된다. 이런 로드는 일반적으로 1g-하중 내지 100g-하중 범위에 있다. 비커스 압자에 의해 남겨진 마크가 층 두께에 대해서 너무 크면(심지어 적은 하중에서도), 누프(Knoop) 경도값이 변환 테이블에 의해서 비커스 경도로 변환될 수 있다.
재료를 절단할 수 있는 연마재 입자는 특히 실리콘 카바이드 SiC; 실리카 SiO2; 텅스텐 카바이드 WC; 실리콘 니트리드 Si3N4; 붕소 니트리드 BN; 크롬 디옥사이드 CrO2; 알루미늄 옥사이드 Al2O3; 다이아몬드; 및 니켈, 철, 코발트, 구리 또는 티타늄으로 예비 코팅된 다이아몬드 또는 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 만들어질 수 있다.
특정 실시예에 따라서, 연마재 와이어는 몇 개의 다른 형태의 연마재 입자를 포함할 수 있다.
이 기술분야의 숙련된 자의 능력내에서 절단될 재료에 따라서 적절한 바인더/연마재 입자를 선택될 것이다.
특정 실시예에 따라서, 연마재 입자는 바인더와 다를 수 있는, 필름으로 커버된 그레인으로 형성된다. 필름은 각 그레인을 양호하게 일체형으로 적어도 부분적으로 커버한다. 다이아몬드 그레인을 커버링하는 재료는 예를 들어, 니켈, 코발트, 철, 구리 또는 티타늄이다.
입자, 즉 그레인 및 가능하게 필름의 전체 직경은 양호하게 1 마이크로미터 내지 500 마이크로미터 범위이다. 이는 스틸 코어의 직경의 1/3보다 작은 것이 바람직하다. 그러므로, 특정 실시예에 따라서, 입자 직경은 0.12mm 직경을 가지는 코어에 대해서 10 내지 22 범위일 수 있다.
직경은 구형이 아닐 때는 입자의 가장 큰 직경(또는 가장 큰 치수)을 의미한다.
양호하게, 그레인을 커버하는 필름은 금속 재료, 가능하게 강자성 재료로 만들어진다. 또한, 필름을 형성하는 재료는 양호하게 전기 전도성이다.
특히 철, 코발트, 니켈, 구리 및 티타늄을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료의 필름일 수 있다.
필름은 연마재 입자를 양호하게 일체형으로 적어도 부분적으로 커버한다. 그러나, 본 발명에 따라서 연마재 와이어의 사용 동안, 절단될 재료와 접촉하고 있는 그레인 부분은 바인더와 동일한 방식으로 첫 번째 절단 작업을 하자마자 부식되는, 필름을 포함하지 않는다.
코팅된 그레인의 전체 질량에 대한, 필름의 질량은 양호하게 다이아몬드 그레인의 경우에, 10% 내지 60% 범위에 있다.
필름은 특히 필름 제조 방법에서의 연마 그레인/입자의 사용 전에 그레인상에 증착될 수 있다. 그레인의 각각 상에 증착을 실행할 수 있는 기술은 특히 음극 스퍼터링, 뿐만 아니라 전기 분해, 화학 기상 증착(CVD) 및 무전해 니켈 도금을 포함한다.
일반적으로, 연마재 와이어의 표면적의 5 내지 50%가 연마재 입자에 의해 점유되는 것(와이어가 새것일 때, 바인더층으로 가능하게 커버되는 것)으로 관찰될 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 연마재 와이어의 스틸 코어는 원형 횡단면을 가지는 와이어이다. 이는 양호하게 70마이크로미터 내지 1밀리미터 범위의 직경을 가지는 스틸 와이어이다.
절단될 재료에 따라서 코어 직경을 채택하는 것은 이 기술분야의 숙련된 자의 능력 범위에 있을 것이다. 그러므로, 200 마이크로미터 내지 1밀리미터 범위의 직경을 가지는 코어는 특히 잉곳내의 실리콘 브릭을 절단하는데 채택된다. 그러나, 70 내지 200 마이크로미터 범위의 직경을 가지는 코어는 특히 브릭내의 실리콘 웨이퍼를 절단하는데 채택된다.
연마재 와이어의 코어는 일반적으로 양호하게 2,000 또는 3,000 MPa 보다 큰, 그러나 5,000 MPa보다 작은 내견인성(resistance to traction)을 가지는 와이어의 형태로 나타난다.
한편, 코어는 파단시 연신성을 가질 수 있다. 즉, 파단하기 전에 코어의 길이의 증가는 양호하게 1% 이상, 보다 양호하게는 여전히 2% 이상이다. 그러나, 바람직하게 10 또는 5% 이하이다.
양호하게, 와이어 코어는 전기 전도성 재료로 만들어지고, 즉 20℃에서 10-5 ohm.m보다 낮은 저항을 가지는 재료이며, 특히 스틸이다.
스틸 코어는 카본 스틸, 페라이트 스테인리스 스틸, 오스텐나이트 및 황동 도금 스틸을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 만들어진다. 카본 스틸은 바람직하게 탄소의 0.6 내지 0.8 중량%을 함유한다.
본 발명은 또한 상술한 연마재 와이어를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 특히 다음 단계를 포함한다:
- 적어도 철 II 이온, 연마재 입자, 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 소스를 포함하는 전해조(B1)에 통과시킴으로써, 바인더와 가능하게 금속 필름으로 코팅된 연마재 입자를 포함하는 코팅을 스틸 코어(스틸 와이어)상에 전착하는 단계;
- 선택적으로, 적어도 철 II 이온, 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 소스를 포함하는 전해조(B2)에 통과시킴으로써, 철 합금 바인더의 추가 층을 전착하는 단계.
포함된 연마재 입자는 자성일 수 있다.
Fe III 이온이 전해조에 존재될 수 있어도, 특히 대기 산소와 같은 산화 원소와 전해조의 접촉을 제한함으로써, 이의 농도를 제한하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해서 압축 공기가 전해조에 교반하는 것을 피하게 될 것이다.
양호하게는, 본 방법은 전착 전에 다음 단계중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
- 알칼리 매질에서 스틸 코어의 탈지(degreasing)
- 산 매질에서 스틸 코어의 산세척(pickling)
본 방법이 철 합금의 제2 전착을 포함할 때, 전해조(B2)는 전해조(B1)와 다른 조성물을 가질 수 있다. 이 전해조는 양호하게 연마재 입자를 포함하지 않는다.
전해조(B1)는 양호하게 고경도의 바인더층을 생성하며, 반면에 전해조(B2)는 양호한 내부식성을 갖는, 연성 바인더, 즉 저취성의 층을 양호하게 생성한다.
이미 상술한 바와 같이, 바인더는 두 층을 포함할 수 있다. 제2 층을 커버링하는 가능한 층은 제2 전해조(B2)에 통과를 반복하든지, 또는 Fe II 이온을 포함하는 적어도 다른 전해조에 통과시킴으로써 얻을 수 있다.
통상적으로, 전해조(B1) 및 전해조(B2), 가능하게 다른 전해조는 서로 독립적으로, Fe II 이온의 20 내지 100 g/L을 포함한다.
다른 한편, 전해조(B1)는 연마재 입자, 양호하게 1 내지 100 g/L을 포함한다.
이미 상술한 바와 같이, 바인더를 형성하는 철 합금은 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.
그러므로, 탄소는 바인더를 형성할 수 있는 전해조에 적어도 하나의 탄소 소스를 추가함으로써 도입될 수 있다. 이 탄소 소스는 시트르산, L- 아스코르브산, 숙신산, 선형 체인을 갖춘 디카르복실산, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 전해조에서 1.2 g/l의 시트르산 및 3 g/l의 아스코르브산이 전해조에 사용될 수 있다.
붕소는 바인더를 형성할 수 있는 전해조에 적어도 하나의 붕소 소스를 추가함으로써 도입될 수 있다. 이 붕소 소스는 붕산, 보란 디메틸아민, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 40 g/l의 붕산과 1.8 g/l의 보란 디메틸아민이 전해조에 사용될 수 있다.
인은 바인더를 형성할 수 있는 전해조에 적어도 하나의 인 소스를 추가함으로써 도입될 수 있다. 이 인 소스는 하이포인산나트륨, 하이포인산, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, l 내지 20 g/l의 하이포인산나트륨이 사용될 수 있다.
코발트와 니켈은 전해조에 Co II 이온 및/또는 Ni II 이온의 추가로 도입될 수 있다. 그러나 전착 바인더에서 니켈 및/또는 코발트 응축을 안정화시키는 것이 어려울 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 방법 단계뿐만 아니라 사용된 장치에 대한 추가 상세한 설명을 위해서, 특허 출원 번호 FR 12 53017을 참고로 해야 한다.
본 발명은 또한 특히 실리콘, 사파이어 및 실리콘 카바이드를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있는 재료를 소잉하는, 상술한 연마재 와이어의 용도에 관한 것이다. 연마재 와이어는 실리콘 웨이퍼 제조의 콘텍스트(context)에 사용될 수 있다.
절단될 재료에 따라서 연마재 와이어를 채택하는 것은 이 기술분야의 숙련된 자의 능력 범위에 있을 것이다. 보다 특히, 연마재 입자는 절단될 재료보다 더 단단한 것으로 선택된다.
본 발명과 장점은 본 발명의 설명으로서 제공된, 아래의 비제한 도면과 예시로부터 보다 더 잘 나타날 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따라서 연마재 와이어를 얻을 수 있는 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 연마재 와이어의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른 연마재 와이어의 연마재 입자의 단면도를 도시한다.
도 1에 도시한 장치(2)는 스틸 와이어(4)상에 본 발명에 따른 연마재 와이어(3)를 준비하도록 전착 방법의 특정 실시예를 실행할 수 있다.
본 방법은 특히 아래 단계를 포함한다:
- 화살표 F을 따라서 코일(24) 형태로 저장된 스틸 와이어(4)(코어)를 권출하는 단계;
- 선택적으로, 알칼리 매질에서 스틸 코어(4)를 탈지하는 단계;
- 선택적으로, 산 매질에서 스틸 코어(4)를 산세척하는 단계;
- 선택적으로, 스틸 코어(4)를, 양호하게 800 A/m보다 큰 세기를 가지는 자장을 가하는 자화 장치(26)를 통과시켜서, 코어(4)를 영구적으로 자화시키는 단계;
- 적어도 철 II 이온, 연마재 입자(6), 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 소스를 포함하는 전해질(38)의 전해조(B1)(36)에 통과시킴으로써, 바인더와 연마재 입자를 포함하는 조성물 코팅을 스틸 코어상에 전착하는 단계;
- 선택적으로, 적어도 철 II 이온, 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 소스를 포함하는 전해질(52)의 전해조(B2)에 통과시킴으로써, 제2 바인딩층을 전착하는 단계;
- 연마재 와이어(3)를 얻는 단계; 및
- 선택적으로, 모터(70)에 의해서 양호하게 코일(68) 형태로 연마재 와이어(6)를 저장하는 단계를 포함한다.
사용된 장치(2)는 전기 분해 전류(ie)를 발생하는 소스(28)를 포함한다. 소스(28)의 양의 단자는 용기(34)에 포함된 전해질(38)의 전해조(B1)(36)에 위치된 전극(40)에 연결된다. 전극(40)은 유리하게는 순철(pure iron)로 제조된다. 소스(28)의 음의 단자는 전기 도체(32, 46)를 통해서 용기(34)의 어느 측면상에 배열된 두 개의 도전성 풀리(30, 48)에 연결된다. 두 개의 도전성 풀리(30, 48)는 스틸 코어(4)와 기계적 접촉을 하는 두 개의 포인트(A, B)를 제공할 수 있으므로 소스(28)의 음의 단자에 연결된다.
선택적으로, 장치(2)는 전해조(B1)(36)에 함침되면 연마재 입자(6)와 스틸 코어(4)를 자화하기 위한 장치(44)를 더 포함한다. 이는 전해조(B1)(36) 위에 위치설정되어 있다.
사용된 연마재 입자는 스틸 코어상에 외부 합성 코팅의 신속한 전착을 허용할 수 있는 자성이다. 그러므로 입자는 스틸 코어에 의해 당겨질 수 있으며, 이 공정 동안 자화된다.
이미 상술한 바와 같이, 연마재 입자의 자성 특성은 특히 이들을 커버하는 자성 필름으로부터 비롯될 수 있다.
그러므로, 스틸 코어는 전해조(B1)내로 통과시 전착에 의해 바인더와 연마재 입자로 이루어진 코팅으로 커버된다.
특정 실시예에 따라서, 그리고 나서 제2 바인더층은 제2 전해조(B2)(52)를 통과함으로써, 스틸 코어상에 증착될 수 있다.
용기(50)에 포함된 제2 전해조(B2)(52)는 전해질을 포함한다. 이는 양호하게 연마재 입자를 포함하지 않는다.
제2 바인더층의 전착 단계는 특히, 배치된 제2 전류 소스(56)의 양의 단자에 연결된 전극(54)을 가지는 전해조에, 제1 바인더층과 연마재 입자로 커버된 스틸 코어를 함침하는 단계를 포함한다. 전극(54)은 유리하게는 순철로 제조된다.
제2 전류 소스(56)의 음의 단자는 전기 도체(58, 60)를 통해서 제2 전해조(B2)(52)를 함유하는 용기(50)의 어느 측면상에 배열된 두 개의 전도성 풀리(62, 64)에 연결된다.
도전성 풀리(62, 64)는 접점(C, D)에서 제2 전류 소스(56)의 음의 단자와 스틸 코어(4) 사이의 연결을 제공한다.
제2 전해조를 통과한 후, 연마재 와이어(3)를 얻는다. 이는 코일(68)의 형태로 저장될 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 장치(2)는 특허출원 번호 FR 12 53017에 추가로 상세히 기술되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연마재 와이어(3)는 연마재 입자(6)를 부분적으로 커버링하는 제1 바인더층(10)으로 코팅된 코어(4)를 가진다.
이 특정 실시예에 따라서, 연마재 와이어는 연마재 입자(6)를 커버링하는 제2 바인더층(12)을 더 포함한다. 이 제2 바인더층은 제1 층보다 보다 더 내크랙킹성(즉 낮은 취성)과 내연마성을 가진다. 제2 바인더층은 스틸 코어(4)를 커버링하는 제1 층(10)보다 더 연성이다.
두 층(10, 12)과 연마재 입자(6)는 연마재 와이어(3)의 연마재 와이어(3)의 외부 합성 코팅(8)을 형성한다.
특정 실시예에 따라서, 연마재 입자(6)는 필름(18)으로 커버된 연마재 그레인(16)을 포함한다(도 3). 필름은 양호하게 스틸 코어(4)상에 입자의 전착을 용이하게 하는 자성 재료로 만들어져 있다. 사실, 외부 합성 코팅의 전착은 양호하게 금속 필름, 가능하게 강자성체으로 커버된 입자의 존재하에서 실행된다.
[본 발명의 실시예]
다수의 연마재 와이어(예 1-6)는 경화된 상태로 스틸 코어로부터 준비한다. 스틸 코어는 탄소 0.8%를 포함하고 0.12밀리미터 직경을 가진다.
작업 과정
와이어를, 연마재 입자를 포함하는 제1 전해조(B1)에서 전착에 의해 준비해서 스틸 코어상에 외부 합성 코팅을 형성한다. 각각의 원소의 조성물은 표 1에 요약되어 있다.
사용된 연마재 입자는 니켈로 코팅된 다이아몬드(12 내지 22㎛)이다. 니켈 중량은 코팅된 연마재 입자의 전체 중량의 56%이다.
예 1: 철계 바인더( Fe )
전해조(B1)에서의 스틸 코어의 처리 조건은 다음과 같다:
- 전류 밀도: 5 A/dm2:
- 온도: 55℃;
- 양극: 순철.
그러므로, 얻어진 철계 코팅은 약 5%의 산소를 함유한다. 경도는 약 400Hv이다.
예 2: 철과 탄소계 바인더( Fe +C)
전해조(B1)에서의 스틸 코어의 처리 조건은 전류 밀도와 시트르산 및 L 아스코르브산의 존재를 제외하고는 예 1과 동일하다.
사실, 바인더의 탄소 함량은 전류 밀도를 증가시킨다. 0.5 A/dm2 아래, 탄소 함량은 증착물(바인더)의 경도에 영향을 주기에 불충분하게 되는 것으로 나타날 수 있는 0.5% 보다 적다.
그러나, 전류 밀도가 2 A/dm2보다 크면, 탄소 함량은 1.5% 주변에서 안정적이다.
그러나, 실제로, 전류 밀도는 양호하게 2 A/dm2보다 작다. 사실상, 2 A/dm2 이상, 바인더는 증착물(바인더)의 부서지기 쉬운 특성인 3 중량%보다 큰 산소 함량을 가진다.
1 A/dm2에서 철계 코팅은 약 1%의 탄소와 약 2%의 산소를 함유한다.
증착물의 경도는 500Hv(0.5%의 탄소)로부터 800Hv(1.5%의 탄소)까지 증가한다.
예 3: 철과 붕소계 바인더( Fe +B)
전해조(B1)에서의 스틸 코어의 처리 조건은 예 1과 동일하고, 또한 붕산과 보란 디메틸아민의 존재하에 있다.
그러므로, 얻어진 코팅은 철과 붕소 합금(0.3 내지 0.7%)으로 만들어진다. 추가로 산소 트레이스(<2%)를 포함한다.
경도는 약 300Hv이다.
0.3 내지 0.7%의 붕소 추가는 철 증착물의 산소 함량을 낮추고, 그러므로 전착된 금속의 취성을 보다 낮게하는 것으로 나타난다.
예 4: 철, 붕소와 탄소계 바인더( Fe +C+B)
전해조(B1)에서의 스틸 코어의 처리 조건은 예 1과 동일하고, 또한 시트르산 및 L 아스코르브산, 붕산과 보란 디메틸아민의 존재하에 있다.
그러므로, 얻어진 코팅은 산소 트레이스(<2%)와 함께, 철, 탄소(1%)와 붕소(0.3 내지 0.7%)의 합금으로 만들어진다.
경도는 약 600Hv이다.
5 A/dm2 에서, 증착물은 취성이 아니다.
예 5: 철과 인계 바인더( Fe +P)
전해조(B1)에서의 스틸 코어의 처리 조건은 예 1과 동일하고, 또한 하이포인산나트륨과 가능하게 황산 알루미늄의 존재하에 있다.
경도는 1%의 인에 대해 약 300Hv이다.
경도는 9%의 인에 대해 약 900Hv이다.
취성은 인 함량이 1 내지 6% 범위일 때보다 낮다. 얻어진 증착물은 1 내지 9%의 인을 함유한다.
3% 이하의 산소를 함유한다.
부식은 보다 어렵다.
전착된 철에서의 1 내지 9%의 인의 추가는 산소 함량(그러므로 취성)과 부식에 대한 민감도(sensitivity to corrosion)를 보다 낮추는 것으로 나타난다.
예 6: 철, 탄소와 인계 바인더( Fe +C+P)
전해조(B1)에서의 스틸 코어의 처리 조건은 예 1과 동일하고, 또한 시트르산 및 L 아스코르브산, 하이포인산나트륨과 가능하게 황산 알루미늄의 존재하에 있다.
예 1-6에 사용된 전해질의 조성물. 량은 g/L로 표시함
예 1 2 3 4 5 6







⒜
전해질		 Fe2 +
FeSO4, (NH4)2, SO4, 6H2O		 300 300 300 300 300 300
Fe2 +
FeCl2, 4H2O		 40 40 40 40 40 40
황산
H2SO4 		0.12 0.12 0.12 0.12 qs(i) qs(i)
시트르산
C6H8O7 		1.2 1.2 1.2
L 아스코르브산
C6H8O6 		3 3 3
붕산
H3BO3 		40 40
보란 디메틸아민
(CH3)2 NH BH3 		1.8 1.8
하이포인산나트륨
H2Na2PO2 		3 3
황산 알루미늄
Al2(SO4)3, 18H2O		 5 5
전해질 pH 4.5-5 4.5-5 4.5-5 4.5-5 1-2 1-2
전류밀도 A/dm2 5 1 5 5 5 5
(i) qs: 전해질의 pH를 얻는데 충분한 량
예 1-6에 따른 바인더의 성질
예
(바인더)		 1
Fe		 2
Fe + C		 3
Fe + B		 4
Fe + C + B		 5
Fe + P		 6
Fe + C + P
추가원소 %O 5% 2% <2% <2% <3% <3%
%C 1% 1 % 1 %
%B 0.5% 0.5%
%P 4% 4%
Hv 경도 200-400 600 300 600 500 600
취성 평균 강함 낮음 낮음 낮음 낮음
부식성 강함 강함 강함 강함 낮음 낮음
추가 원소의 퍼센티지는 연마재 와이어의 스틸 코어상의 바인더 중량에 대해서 표시된다.
3 연마재 와이어 4 스틸 와이어
6 연마재 입자 8 외부 코팅
10 제1 바인더층 12 제2 바인더층

Claims (10)

  1. 스틸 코어와 외부 코팅을 포함하는 연마재 와이어로서,
    상기 외부 코팅은 바인더(binder)와 연마재 입자를 포함하고,
    상기 바인더는 바인더 중량에 대하여 중량으로,
    - 산소 0 내지 3%, 양호하게는 0 내지 2%; 및
    - 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 0.3% 내지 9%를 포함하는 적어도 하나의 철 합금 층으로 형성되는 연마재 와이어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 중량으로, 한 층으로부터 다른 층으로 독립적으로, 산소 0 내지 3%, 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 0.3% 내지 9%를 포함하는 철 합금의 두 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 철 합금은 탄소의 0.5 내지 1.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 철 합금은 붕소의 0.3 내지 1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 철 합금은 인의 1 내지 9 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 철 합금은 철의 적어도 97 중량%, 니켈의 1 중량% 이하 및/또는 코발트의 1 중량% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어.
  7. 청구항 1 내지 6중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 연마재 입자는 금속 재료, 가능하게 강자성체로 만든 필름으로 적어도 부분적으로 커버된 그레인으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어.
  8. 청구항 1 내지 6중 어느 하나의 항에 따른 연마재 와이어를 제조하는 방법으로서,
    - 적어도 철 II 이온, 연마재 입자, 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 소스를 포함하는 전해조(B1)에 통과시킴으로써, 바인더, 및 가능하게 금속 필름으로 코팅된 연마재 입자를 포함하는 코팅을 스틸 코어상에 전착하는 단계;
    - 선택적으로, 적어도 철 II 이온, 및 탄소, 붕소 및 인을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 소스를 포함하는 전해조(B2)에 통과시킴으로써, 철 합금 바인더의 추가 층을 전착하는 단계;를 포함하는 연마재 와이어 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전해조(B1) 및 전해조(B2)는 서로 독립적으로, 철 II 이온의 20 내지 100 g/L을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재 와이어 제조 방법.
  10. 실리콘, 사파이어 및 실리콘 카바이드를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 소잉하는 청구항 1 내지 7중 어느 하나의 항에 따른 연마재 와이어의 용도.
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