WO2001085376A1 - Nickel-diamant beschichteter sägedraht mit verbesserter verankerung der diamantpartikel - Google Patents

Nickel-diamant beschichteter sägedraht mit verbesserter verankerung der diamantpartikel Download PDF

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saw
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Jörg Lukschandel
Jürgen Meyer
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Wacker-Chemie Gmbh
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    • C23C28/028—Including graded layers in composition or in physical properties, e.g. density, porosity, grain size

Definitions

  • the invention relates to a nickel-diamond coated saw wire with improved anchoring of the diamond particles in the metallic binding phase.
  • a 19839091 (corresponds to the US application with serial number 09/332722) describes a nickel-diamond coated saw wire, a process for its production and its use.
  • Such a wire can be used for sawing brittle hard materials such as silicon.
  • the saw wire is produced by introducing a wire after a chemical pretreatment into a chemical nickel bath which contains diamond particles, preferably with an average diameter of 5 to 30 ⁇ m.
  • the diamond particles deposited on the wire surface are first fixed by weak chemical and / or physical binding forces. In the course of the coating process, the adhering diamond particles are firmly enclosed by the growing nickel layer and thus securely anchored.
  • the thickness of the metallic binding phase is preferably 5-20 ⁇ m. Subsequent thermal curing significantly improves the properties of the metallic binding phase. A reduction in the residual tensile stresses in the metallic binding phase can be observed, the adhesive strength is increased and the layer hardness is significantly increased.
  • Such a wire shows very good sawing results when sawing silicon, as from the above. Registration
  • the nickel-diamond coated saw wire also appears suitable for sawing ceramic hard materials such as silicon carbide. Tests have shown that ceramic hard materials can in principle be separated with such a saw wire, but the high hardness of the ceramic hard materials means that the achieved saw rates and the service life of the coated saw wire are not sufficient for industrial use.
  • the object of the invention is to provide a diamond-coated saw wire, which has increased wear resistance when sawing hard materials such.
  • B. has ceramic hard materials.
  • a saw wire consisting of a steel wire, an intermediate layer and a metallic binding phase, in which diamond grains with an average diameter of 10 to 50 ⁇ m are embedded, the intermediate layer being undamaged and free of diamond grains and both hydrogen embrittlement of the wire prevents, as well as ensures sufficient adhesive strength of the metallic binding phase, characterized in that the metallic binding phase has a hardness between 600 and 1100 HV 0.1 and consists of an inner layer and an outer layer which is concentric around the steel wire provided with the intermediate layer are arranged, wherein the inner layer has a thickness of about 10 to 25% of the average diamond grain diameter and the outer layer has such a thickness that the total thickness of the metallic binder phase is 45-55% of the average diamond grain diameter and the slide man's grains one have an average distance of not more than 5 times their average diameter and there are further fine particles with an average diameter of 1 to 6 ⁇ m between the diamond grains with an average diameter of 10 to 50 ⁇ m.
  • the diamond grains fixed on the saw wire are thus anchored in the metallic binding phase up to about their equator.
  • the diamond grains fixed on the wire preferably have an average diameter of 25 to 45 ⁇ m.
  • the diamond grains mentioned are preferably in one Quantity on the wire that their average distance is no more than 0.5 to 3 times their average diameter.
  • fine particles between the diamond grains with an average diameter of 10 to 50 ⁇ m.
  • These fine particles are preferably hard material particles. They have an average diameter of 1 to 6 ⁇ m, preferably 2 to 4 ⁇ m. These fine particles are preferably only present in the upper of the two layers of the metallic binding phase.
  • These smaller hard material particles are preferably also diamond grains.
  • the average diameter of these fine diamond grains is not taken into account when determining the layer thickness of the binder phase (according to the invention 45-55% of the average diamond grain diameter). Only the average diameter of the coarser diamond grains is used to determine the layer thickness of the binding phase.
  • the saw wire according to the invention including the abrasive grain covering, preferably has a diameter of up to max. 0.35 mm.
  • Stainless steel spring wire made of chrome-nickel steel is preferably used as the steel wire.
  • the steel wire preferably has a diameter of 0.15 to 0.30 mm.
  • the intermediate layer preferably consists of a metal, a metal alloy or a combination of two metals or a metal and a metal alloy.
  • Suitable metals are e.g. B. copper and nickel and as a metal alloy z. B. brass.
  • the intermediate layer preferably has a thickness of 1 to 10 ⁇ m.
  • the metallic binding phase preferably consists of nickel or nickel alloys. It particularly preferably consists of electrolessly deposited nickel (chemical nickel).
  • the metallic binding phase preferably has a hardness HV 0.1 of 800 to 1100, particularly preferably 1000 to 1100.
  • the thickness of the intermediate layer around the wire does not vary by more than 5%.
  • the thickness of the metallic binding phase around the wire preferably varies by no more than 5%, particularly preferably by no more than 2.5%.
  • the layer thickness of the metallic binding phase is 12 to 15 ⁇ m and the thickness of the metallic binding phase around the wire varies by a maximum of 0.4 ⁇ m.
  • the saw wire according to the invention can be produced as follows:
  • a wire provided with an intermediate layer undergoes a chemical pretreatment that is matched to the base material. It is known in the prior art and usually consists of known degreasing, pickling and activation treatments. The coating is then carried out in a so-called chemical nickel Diamond bath (bath for electroless nickel-diamond deposition). Such baths are also known in the prior art. As is also known in the art, it may be useful to initiate the start of the metallization by a short current surge. A suitable movement of wire and electrolyte ensures that the diamond is evenly deposited on the entire circumference of the wire.
  • the coating takes place in two stages, diamond particles with an average diameter of 10-50 ⁇ m being deposited on the wire in the first stage and fine particles with an average diameter of 1 to in the second stage 6 ⁇ m can be deposited on the wire.
  • coated wire can be produced by a factor of 10 3 more within one hour than by means of electrochemical deposition in continuous continuous systems with a comparable system size.
  • an at least one-hour heat treatment is carried out after the coating.
  • the two-stage coating of the wire after the chemical pretreatment is preferably carried out as follows:
  • the wire is introduced into a chemical nickel bath which contains diamond particles with an average diameter of 10-50 ⁇ m, preferably 25-45 ⁇ m.
  • the coating process is controlled so that ideally a monolayer of diamond grains on the
  • the first coating stage is completed as soon as the nickel layer has reached a thickness of 10 to 25% of the average diamond grain diameter.
  • another chemical nickel layer is deposited, which contains significantly finer particles than the first chemical nickel layer.
  • the thickness of the chemical nickel layer deposited in this second process stage with fine particles embedded therein is selected such that the total layer thickness including the layer deposited in the first coating step is preferably 45-55% of the average diamond grain diameter of the diamond grains were used in the first process step. With the approximately equiaxial shape of the diamond grain, good anchoring is achieved up to about the equator of the diamond grains in the metallic binding phase.
  • the fine particles in this bath have an average grain diameter of 1 to 6 ⁇ m, preferably 2 to 4 ⁇ m.
  • the coarse diamond grains are anchored with a further chemical nickel dispersion layer.
  • the entire metallic binding phase required to fix the coarse diamond grains on the wire is also possible to design the entire metallic binding phase required to fix the coarse diamond grains on the wire as a dispersion layer with embedded coarse diamonds and fine hard material particles.
  • the coating process for producing such a wire is then carried out as described in DE 19839091, both coarse and fine grains being added to the coating bath at the same time.
  • the wire obtained in this way has the serious disadvantage that it has the ability to cut, in particular when cutting
  • the saw wire is usually subjected to a heat treatment after coating, preferably at 350 ° C., in order to reduce the residual tensile stresses present in the layer and to increase the layer hardness and thus the wear resistance of the metallic binding phase.
  • This low heat treatment temperature now has the advantage that even suitable unalloyed high-strength wires can be coated according to the process of the invention and can be thermally treated at 150-200 ° C. without a critical drop in tensile strength and elasticity.
  • Electrolytic deposition processes are not suitable for producing the wire according to the invention, since the hardness according to the invention of the metallic binding phase and the preferably small fluctuation in thickness of the metallic binding phase cannot be achieved with them.
  • Example 1 comparative example
  • the wire was subjected to the degreasing, pickling and activation treatment normally used in electroless nickel deposition.
  • the coating is then carried out in a commercially available chemical nickel diamond bath (available under the name Niposit 65 from Shipley in Esslingen). Diamond particles with an average grain diameter of 25 ⁇ m (commercially available standard product) are added to the bath. Movement of the wire and the electrolyte resulted in a uniform diamond deposit on the entire circumference of the wire in the chemical-nickel binding phase.
  • the article carrier was removed from the diamond bath and, after a rinsing step, was converted into another chemical nickel bath which was free of solids. The exposure time in this bath was chosen so that the thickness of the solid-free layer was 8 ⁇ m and thus there was a total layer thickness of 11 ⁇ m.
  • This wire is referred to below as saw wire b).
  • the coarse diamond particles were applied to the wire surface analogously to Example 1.
  • the thickness of the chemical nickel layer was 3 ⁇ m.
  • the product carrier was the
  • Both saw wire variants were then heat-treated for one hour at 350 ° C for the purpose of curing.
  • Diamond particles with a grain diameter of 2 ⁇ m were embedded (wire from example 2).
  • the diamond assignment density was identical for all saw wires.
  • the grain protrusion of the coarse diamond particles was identical in cases b) and c). In the case of saw wire a), locally significantly higher grain protrusions were present due to the diamonds, which were only partially embedded.
  • the saw wire c) loses far less sawing power than the wires a) and b) with increasing cutting area and is therefore particularly suitable for cutting hard materials.

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Abstract

Sägedraht bestehend aus einem Stahldraht, einer Zwischenschicht und einer metallischen Bindephase in die Diamantkörner mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 Micrometer eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bindephase eine Härte zwischen 600 und 1100 HV 0,1 besitzt und aus einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht besteht, welche konzentrisch um den mit der Zwischenschicht versehenen Stahldraht angeordnet sind, wobei die innere Schicht eine Stärke von etwa 10 bis 25 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers hat und die äußere Schicht eine solche Stärke hat, daß die Gesamtstärke der metallischen Bindephase 45 - 55 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers beträgt und die Diamantkörner einen mittleren Abstand von nicht mehr als dem 5-fachen ihres mittleren Durchmessers haben und sich zwischen den Diamantkörnern mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 Micrometer weitere feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 Micrometer befinden.

Description

Nickel-Diamant beschichteter Sägedraht mit verbesserter Verankerung der Diamantpartikel
Die Erfindung betrifft einen Nickel-Diamant beschichteten Sägedraht mit verbesserter Verankerung der Diamantpartikel in der metallischen Bindephase.
In DE A 19839091 (entspricht der US Anmeldung mit der Serial Number 09/332722) wird ein Nickel-Diamant beschichteter Sägedraht, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung beschrieben. Ein solcher Draht kann zum Sägen sprödharter Materialien wie Silizium eingesetzt werden. Die Herstellung des Sägedrahtes erfolgt dadurch, daß ein Draht nach einer che- mischen Vorbehandlung in ein Chemisch-Nickel-Bad eingebracht wird, das Diamantpartikel, vorzugsweise eines mittleren Durchmessers von 5 bis 30 μm, enthält. Die sich auf der Drahtoberfläche ablagernden Diamantpartikel werden zunächst von schwachen chemischen und/oder physikalischen Bindungskräften fi- xiert. Im Verlaufe des Beschichtungsprozesses werden die anhaftenden Diamantpartikel von der aufwachsenden Nickelschicht fest umschlossen und somit sicher verankert. Die Dicke der metallischen Bindephase beträgt vorzugsweise 5 - 20 μm. Durch eine anschließende thermische Aushärtung werden die Eigen- schatten der metallischen Bindephase erheblich verbessert. So ist ein Abbau der Zugeigenspannungen in der metallischen Bindephase zu beobachten, die Haftfestigkeit wird erhöht und die Schichthärte deutlich gesteigert. Ein solcher Draht zeigt beim Sägen von Silizium sehr gute Sägeresultate, wie aus der o. g. Anmeldung ersichtlich.
Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften erscheint der Nickel- Diamant beschichtete Sägedraht auch für das Sägen von keramischen Hartstoffen wie Siliziumkarbid geeignet. In Versuchen zeigte sich zwar, das keramische Hartstoffe grundsätzlich mit einem solchen Sägedraht getrennt werden können, die hohe Härte der keramischen Hartstoffe führt jedoch dazu, daß die erreich- baren Sägeraten und auch die Lebensdauer des beschichteten Sägedrahtes für eine industrielle Nutzung nicht ausreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen diamantbelegten Sägedraht zur Verfügung zu stellen, der eine erhöhte Verschleißfestigkeit beim Sägen von harten Materialien wie z. B. keramischen Hartstoffen besitzt.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Sägedraht, bestehend aus einem Stahldraht, einer Zwischenschicht und einer metallischen Bindephase, in die Diamantkörner mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 μm eingelagert sind, wobei die Zwischenschicht unversehrt und frei von Diamantkörnern ist und sowohl eine Wasserstoffversprödung des Drahtes verhindert, als auch eine ausreichende Haftfestigkeit der metallischen Bindephase sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bindephase eine Härte zwischen 600 und 1100 HV 0,1 besitzt und aus einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht besteht, welche konzentrisch um den mit der Zwischenschicht versehenen Stahldraht angeordnet sind, wobei die innere Schicht eine Stärke von etwa 10 bis 25 % des mittleren Diamantkorn- Durchmessers hat und die äußere Schicht eine solche Stärke hat, daß die Gesamtstärke der metallischen Bindephase 45 - 55% des mittleren Diamantkorn-Durchmessers beträgt und die Dia- mantkörner einen mittleren Abstand von nicht mehr als dem 5- fachen ihres mittleren Durchmessers haben und sich zwischen den Diamantkörnern mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 μm weitere feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 μm befinden.
Die auf dem Sägedraht fixierten Diamantkörner sind somit bis etwa zu ihrem Äquator in der metallischen Bindephase verankert .
Die auf dem Draht fixierten Diamantkörner haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 25 bis 45 μm. Die genannten Diamantkörner befinden sich vorzugsweise in einer derartigen Menge auf dem Draht, daß ihr mittlerer Abstand nicht mehr als das 0,5- bis 3-fache ihres mittleren Durchmessers beträgt.
Zwischen den Diamantkörnern des mittleren Durchmessers von 10 bis 50 μm befinden sich weitere feine Partikel. Bei diesen feinen Partikeln handelt es sich vorzugsweise um Hartstoffpartikel. Sie haben einen mittleren Durchmesser von 1 bis 6 μm, vorzugsweise 2 bis 4 μm. Diese feinen Partikel sind vorzugsweise nur in der oberen der beiden Schichten der metallischen Bindephase vorhanden.
Bei diesen kleineren Hartstoffpartikeln handelt es sich vorzugsweise ebenfalls um Diamantkörner. Der mittlere Durchmesser dieser feinen Diamantkörner wird bei der Festlegung der Schichtdicke der Bindephase (erfindungsgemäß 45-55 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers) nicht berücksichtigt. Für die Festlegung der Schichtdicke der Bindephase dient nur der mittlere Durchmesser der gröberen Diamantkörner.
Der erfindungsge äße Sägedraht hat einschließlich Schleifkornbelag vorzugsweise einen Durchmesser von bis zu max. 0,35 mm.
Als Stahldraht wird vorzugsweise nichtrostender Federstahl- draht aus Chrom-Nickel-Stahl verwendet. Geeignet sind z. B. die Werkstofftypen 1.4310, 1.4401, 1.4539, 1.4568 und 1.4571 (Bezeichnung nach DIN 17224) .
Der Stahldraht hat vorzugsweise einen Durchmesser von 0,15 bis 0, 30 mm.
Die Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus einem Metall, einer Metallegierung oder einer Kombination zweier Metalle bzw. eines Metalls und einer Metallegierung.
Vorzugsweise handelt es sich um ein Metall, eine Metallegierung oder eine Kombination zweier Metalle bzw. eines Metalls und einer Metallegierung, die mit guter Haftfestigkeit galva- notechnisch beschichtbar ist und gleichzeitig als Wasserstoff- barriere wirkt .
Geeignete Metalle sind z. B. Kupfer und Nickel und als Metall- legierung z. B. Messing.
Die Zwischenschicht hat vorzugsweise eine Stärke von 1 bis 10 μm.
Die metallische Bindephase besteht vorzugsweise aus Nickel bzw. Nickellegierungen. Besonders bevorzugt besteht sie aus außenstromlos abgeschiedenem Nickel (Chemisch Nickel) .
Die metallische Bindephase hat vorzugsweise eine Härte HV 0,1 von 800 bis 1100, besonders bevorzugt 1000 bis 1100.
Vorzugsweise variiert die Dicke der Zwischenschicht um den Draht um nicht mehr als 5 % .
Vorzugsweise variiert die Dicke der metallischen Bindephase um den Draht um nicht mehr als 5 %, besonders bevorzugt um nicht mehr als 2,5%.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der metallischen Bindephase 12 bis 15 μm und die Dicke der metallischen Bindephase um den Draht variiert um maximal 0,4 μm.
Der erfindungsgemäße Sägedraht kann wie folgt hergestellt wer- den :
Wie bereits aus DE A 19839091 bekannt, erfährt ein mit einer Zwischenschicht versehener Draht eine auf das Grundmaterial abgestimmte, chemische Vorbehandlung. Sie ist im Stand der Technik bekannt und besteht üblicherweise aus bekannten Ent- fettungs-, Beiz- und Aktivierungsbehandlungen. Anschließend erfolgt die Beschichtung in einem sogenannten Chemisch-Nickel- Diamantbad (Bad zur außenstromlosen Nickel-Diamant- Abscheidung) . Solche Bäder sind im Stand der Technik ebenfalls bekannt. Wie aus dem Stand der Technik ferner bekannt, kann es nützlich sein, das Anspringen der Metallisierung durch einen kurzen Stromstoß einzuleiten. Durch eine geeignete Bewegung von Draht und Elektrolyt wird eine gleichmäßige Diamanteinlagerung auf dem gesamten Umfang des Drahtes erreicht. Erfin- dungswesentlich ist beim erfindungsgemäßen Verfahren, daß die Beschichtung in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe Diamantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 - 50 μm auf dem Draht abgelagert werden und in der zweiten Stufe feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 μm auf dem Draht abgelagert werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich innerhalb einer Stunde um den Faktor 103 mehr beschichteter Draht herstellen, als mittels elektrochemischer Abscheidung in kontinuierlichen Durchlaufanlagen bei vergleichbarer Anlagengröße.
Vorzugsweise wird im Anschluß an die Beschichtung eine mindestens einstündige Wärmebehandlung durchgeführt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die zweistufige Beschichtung des Drahtes nach der chemischen Vorbehandlung vor- zugsweise wie folgt:
In der ersten Beschichtungsstufe wird der Draht in ein Che- isch-Nickel Bad eingebracht, das Diamantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 - 50 μm, -vorzugsweise 25 - 45 μm- , enthält. Der Beschichtungsprozeß wird so gesteuert, daß sich im Idealfall eine Monolage von Diamantkörnern auf die
Drahtoberfläche ablagert, die im Verlaufe des Prozeßes von der aufwachsenden Nickelschicht fixiert werden. Die erste Beschichtungsstufe ist abgeschlossen, sobald die Nickelschicht eine Dicke von 10 bis 25 % des mittleren Diamantkorn-Durch- messers erreicht hat. In der zweiten Beschichtungsstufe erfolgt die Abscheidung einer weiteren Chemisch-Nickel-Schicht , die deutlich feinere Partikel enthält als die erste Chemisch-Nickel-Schicht.
Die Dicke der in dieser 2. Verfahrensstufe abgeschiedenen Chemisch-Nickel-Schicht mit darin eingebetteten, feinen Partikeln wird so gewählt, daß die Gesamtschichtdicke einschließlich der im ersten Beschichtungsschritt abgeschiedenen Schicht vorzugsweise 45 - 55 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers der Di- amantkörner, die im ersten Verfahrensschritt verwendet wurden, beträgt. Bei der näherungsweise äquiaxialen Gestalt des Diamantkorns wird somit eine gute Verankerung bis etwa zum Äquator der Diamantkörner in der metallischen Bindephase erreicht.
Die feinen Partikel haben in diesem Bad einen mittleren Korndurchmesser von 1 bis 6 μm, bevorzugt von 2 bis 4 μm.
Bevorzugt handelt es sich um Hartstoffpartikel , wobei von diesen wiederum Diamantpartikel bevorzugt sind.
In dieser zweiten Beschichtungsstufe erfolgt somit die Verankerung der groben Diamantkörner mit einer weiteren Chemisch- Nickel-Dispersionsschicht .
Grundsätzlich ist es auch möglich, die gesamte zur Fixierung der groben Diamantkörner auf dem Draht erforderliche metallische Bindephase als eine Dispersionsschicht mit eingelagerten groben Diamanten und feinen Hartstoffpartikeln auszubilden. Das Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines solchen Drah- tes wird dann, wie in DE 19839091 beschrieben, durchgeführt, wobei dem Beschichtungsbad sowohl grobe als auch feine Körner gleichzeitig zugesetzt werden. Ein solches Herstellungsverfahren ist zwar einfacher durchzuführen, als das erfindungsgemä- ße, allerdings hat der so erhaltene Draht den gravierenden Nachteil, daß er seine Schneidefähigkeit, insbesondere beim
Sägen harter Materialien, aus folgendem Grund frühzeitig verliert : Die gegen Ende der Verweilzeit des Drahtes im Beschichtungsbad eingebundenen groben Diamantkörner sind wegen ihrer schwachen Verankerung in der Bindephase nur leicht fixiert. Sie werden beim Sägen rasch herausgerissen. Das führt zum umgehenden Ver- lust der Schneidfähigkeit des Drahtes.
Wie bereits in DE-A-19839091 beschrieben, wird der Sägedraht nach der Beschichtung üblicherweise einer Wärmebehandlung, vorzugsweise bei 350 °C unterzogen, um in der Schicht vorhan- dene Zugeigenspannungen abzubauen und die Schichthärte und damit den Verschleißwiderstand der metallischen Bindephase zu erhöhen .
Da bei der Verankerung der groben Diamantpartikel in einer weiteren Dispersionsschicht bereits eine unter Druckeigenspannungen stehende Schicht mit hohem Verschleißwiderstand vorliegt, ist es bevorzugt, eine Wärmebehandlung ausschließlich unter dem Gesichtspunkt einer Steigerung der Schichthaftfestigkeit durchzuführen. Dazu ist eine Wärmebehandlungstempera- tur von 150 - 200 °C ausreichend.
Diese niedrige Wärmebehandlungstemperatur hat nun den Vorteil, daß auch geeignete unlegierte hochfeste Drähte nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren beschichtet und ohne kritischen Abfall von Zugfestigkeit und Elastizität bei 150 - 200 °C thermisch behandelt werden können.
Elektrolytische Abscheideverfahren sind zur Herstellung des erfindungsgemäßen Drahtes nicht geeignet, da mit ihnen die er- findungsgemäße Härte der metallischen Bindephase und die vorzugsweise vorhandene geringe Dickenschwankung der metallischen Bindephase nicht erreichbar sind.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung . Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
Herstellung eines Vergleichsdrahtes analog J-OS 09-001455:
Es wurden 60 m eines hochlegierten Stahldrahtes, käuflich er- hältlich unter der Bezeichnung 12 R 10 Nicoat bei der Firma Sandvik, mit einem Durchmesser von 0,18 mm auf einen für die stromlose Nickelabscheidung üblichen Warenträger aufgenommen.
Der Draht wurde der bei einer stromlosen Nickelabscheidung üb- liehen Entfettungs- , Beiz- und Aktivierungsbehandlung unterzogen. Anschließend erfolgt die Beschichtung in einem käuflich erhältlichen Chemisch-Nickel-Diamantbad (erhältlich unter der Bezeichnung Niposit 65 bei der Firma Shipley in Esslingen) . Dem Bad werden Diamantpartikel mit einem mittleren Korndurch- messer von 25 μm (käuflich erhältliches genormtes Standardprodukt) zugesetzt. Durch eine Bewegung von Draht und Elektrolyt wurde eine gleichmäßige Diamanteinlagerung auf dem gesamten Umfang des Drahtes in die aus Chemisch-Nickel bestehende Bindephase erreicht. Nach Erreichen einer Chemisch-Nickel- Schichtdicke von 3 μm wurde der Warenträger aus dem Diamantbad entnommen und nach einem Spülschritt in ein weiteres, jedoch feststofffreies Chemisch-Nickel-Bad umgesetzt. Die Expositionszeit in diesem Bad wurde so gewählt, daß die Dicke der feststofffreien Schicht 8 μm betrug und somit eine Gesamt- schichtdicke von 11 μm vorlag. Nachfolgend wird dieser Draht als Sägedraht b) bezeichnet.
Beispiel 2 Herstellung eines erfindungsgemäßen Sägedrahts
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren erfolgte das Aufbringen der groben Diamantpartikel auf der Drahtoberfläche analog Beispiel 1. Auch hier betrug die Dicke der Chemisch- Nickel-Schicht 3 μm. Anschließend wurde der Warenträger dem
Bad entnommen und nach einem Spülschritt in ein weiteres Chemisch-Nickel-Diamantbad umgesetzt. In diesem Bad lagen Dia- mantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 2 μm vor. Die Expositionszeit in dem Bad wurde so gewählt, daß die Dicke der Dispersionsschicht 8 μm betrug und somit ebenfalls eine Gesamtschichtdicke von 11 μm vorlag. Nachfolgend wird dieser Draht als Sägedraht c) bezeichnet.
Beide Sägedrahtvarianten wurden abschließend zum Zwecke der Aushärtung bei 350°C für eine Stunde wärmebehandelt.
Beispiel 3
Ermittlung der Verschleißfestigkeit eines erfindungsgemäßen
Sägedrahtes und zweier Sägedrähte des Stands der Technik
Zur Beurteilung der Drähte wurden vergleichende Sägeversuche an Silizium- und Siliziumkarbidproben auf einer Well- Labordrahtsäge (Typ 6234) mit dem in DE A 19839091 beschriebenen Meßsystem durchgeführt.
Die Funktionsweise dieser Säge mit Vor- und Rückspulen des Sägedrahts hat zur Folge, daß der Draht pro Minute bis zu 10 mal seine Arbeitsrichtung ändert. Im Laufe längerer Sägezeiten finden also mehrere hundert Drahtüberläufe im Sägespalt statt, so daß die Standfestigkeit des Drahtes deutlich zum Ausdruck kommt .
Es wurden folgende Sägedrähte eingesetzt:
a) ein bekannter Sägedraht gemäß DE A 19839091 (dort erfin- dungsgemäßes Beispiel) b) ein Sägedraht mit einer Verankerung der Diamantpartikel mit einer feststofffreien Nickelschicht , wie er beispielsweise in J-OS 09-001455 beschrieben ist (Draht aus Beispiel 1) . c) ein erfindungsgemäßer Sägedraht mit einer Verankerung der Diamantpartikel mit einer Nickel-Diamant-Schicht, in die
Diamantpartikel des Korndurchmessers 2 μm eingelagert wurden (Draht aus Beispiel 2) . Die Diamantbelegungsdichte war bei allen Sägedrähten identisch. Der Kornüberstand der groben Diamantpartikel war in den Fällen b) und c) identisch. Beim Sägedraht a) waren aufgrund der zum Teil nur wenig eingebetteten Diamanten lokal deutlich höhere Kornüberstände vorhanden.
Die Ergebnisse der Sägeversuche lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Beim Sägen eines Siliziumquaders (50 x 22.5 mm) wurden die besten Ergebnisse mit dem Sägedraht c) erreicht. Die zum Trennen der Probe erforderliche Zeit liegt um etwa 10 % niedriger als beim Draht a) und noch um 5 % niedriger als beim Draht b) .
Besonders augenfällig sind die Vorteile des Sägedrahts c) beim Trennen von Siliziumkarbid:
Bei diesen Versuchen fand als Probekörper ein SiC-Zylinder mit einem Durchmesser von 65 mm Verwendung. Als Maß für die Schnittleistung der Drähte wurde die gesägte Fläche pro Zeiteinheit herangezogen. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 wiedergegeben : Tab. 1
Figure imgf000011_0001
Die in Tab. 1 wiedergegebenen Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung des Sägedrahts c) die zum Trennen der Siliziumkarbidprobe erforderliche Zeit um etwa 35 % niedriger liegt als beim Draht a) und noch um über 20 % niedriger als beim Draht b) .
Weiterhin ist ersichtlich, daß der Sägedraht c) mit zunehmender Schnittfläche weitaus weniger an Sägeleistung verliert als die Drähte a) und b) und daher besonders für das Trennen von harten Materialien geeignet ist.

Claims

Patentansprüche :
1. Sägedraht mit erhöhter Verschleißfestigkeit beim Sägen von harten Materialien, bestehend aus einem Stahldraht, einer Zwischenschicht und einer metallischen Bindephase in die
Diamantkörner mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 μm eingelagert sind, wobei die Zwischenschicht unversehrt und frei von Diamantkörnern ist und sowohl eine Wasserstoffversprödung des Drahtes verhindert, als auch eine aus- reichende Haftfestigkeit der metallischen Bindephase sicherstellt dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bindephase eine Härte zwischen 600 und 1100 HV 0,1 besitzt und aus einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht besteht, welche konzentrisch um den mit der Zwischenschicht versehenen Stahldraht angeordnet sind, wobei die innere
Schicht eine Stärke von etwa 10 bis 25 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers hat und die äußere Schicht eine solche Stärke hat, daß die Gesamtstärke der metallische Bindephase 45 - 55 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers be- trägt und die Diamantkörner einen mittleren Abstand von nicht mehr als dem 5-fachen ihres mittleren Durchmessers haben und sich zwischen den Diamantkörnern mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 μm weitere feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 μm befinden.
2. Sägedraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Draht fixierten Diamantkörner einen mittleren Durchmesser von 25 bis 45 μm haben.
3. Sägedraht nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei den feinen Partikeln um Hartstoffpartikel handelt.
4. Sägedraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Hartstoffpartikeln um Diamantkörner handelt. Verfahren zur Herstellung eines Sägedrahtes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Zwischenschicht versehener Draht eine auf das Grundmaterial abgestimmte, chemische Vorbehandlung erfährt und daß anschließend eine Beschichtung in einem Chemisch-Nickel- Diamantbad (Bad zur außenstromlosen Nickel-Diamant- Abscheidung) erfolgt, wobei durch eine Bewegung von Draht und Elektrolyt eine gleichmäßige Diamanteinlagerung auf dem gesamten Umfang des Drahtes erreicht wird, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Beschichtung in zwei Stufen erfolgt, wobei in einer ersten Stufe Diamantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 - 50 μm auf dem Draht abgelagert werden und in einer zweiten Stufe feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 μm auf dem Draht abgela- gert werden.
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