制备金刚石线锯的设备及使用其制备金刚石线锯的方法

摘要

本发明公开了一种制备金刚石线锯的设备及使用其制备金刚石线锯的方法。制备金刚石线锯的设备包括：上砂电镀槽，所述上砂电镀槽中容纳有金刚石颗粒与第一电镀液的混合物，且所述上砂电镀槽中设有用于使至少一部分金刚石颗粒保持匀速运动的传送带，所述上砂电镀槽用于将所述金刚石颗粒电沉积在所述芯线表面上的同时在所述芯线表面形成所述结合层以将所述金刚石颗粒固定在所述芯线表面；以及加厚电镀槽，所述加厚电镀槽位于所述上砂电镀槽的下游，所述加厚电镀槽中容纳有第二电镀液，所述加厚电镀槽用于增加在上砂过程中形成于所述芯线表面的结合层的厚度。

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及金刚石线锯的制造领域。

背景技术

目前固结磨料金刚石线锯的金刚石固结技术主要有：机械碾压法、电镀法等。其中， 电镀金刚石线锯是以电镀金属为结合剂，通过电镀金属的电沉积作用把高硬度、高耐磨性 的金刚石磨料牢固地固结在芯线表面。电镀金刚石线锯的一般制造过程主要包括上砂、加 厚和后处理。

现有的技术中，通常将上砂和加厚在同一电镀槽中实施。上砂过程中，由于金刚石为 不良导体，不易与金属共镀，为了保证金刚石颗粒在芯线表面的覆盖率，芯线的移动速度 须很慢，大多低于10m/min，同时，上砂初期金刚石颗粒与芯线的结合并不牢固，为了避 免金刚石颗粒被电镀液冲刷脱落，电镀液不能强烈搅拌，不能施加剧烈的超声振动，也不 能采用刷镀等镀层生长速度快的电镀方式，造成镀层生长速度受到抑制，生产效率十分低 下，金刚石线锯的成本也就居高不下。另外，在电镀后期仍有金刚石颗粒被嵌入到镀层中， 但这些金刚石颗粒只有少部分被镀层覆盖，在使用过程中易脱落，为无效的磨粒且造成金 刚石颗粒的浪费。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种镀层生长速度快、生产效率高、生产成本低、 所生产的金刚石线锯的使用寿命长的制备金刚石线锯的设备。

本发明的另一个目的在于提出一种制备金刚石线锯的方法。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面实施例的制备金刚石线锯的设备，所述金刚 石线锯包括位于中心部的芯线、通过电镀法形成于所述芯线上的结合层、以及分散分布在 所述结合层中且至少一部分暴露于所述结合层表面的金刚石颗粒，其特征在于，所述设备 包括：上砂电镀槽，所述上砂电镀槽中容纳有金刚石颗粒与第一电镀液的混合物，且所述 上砂电镀槽中设有用于使至少一部分金刚石颗粒保持匀速运动的传送带，所述上砂电镀槽 用于将所述金刚石颗粒电沉积在所述芯线上的同时在所述芯线表面形成所述结合层以将所 述金刚石颗粒固定在所述芯线表面；以及加厚电镀槽，所述加厚电镀槽位于所述上砂电镀 槽的下游，所述加厚电镀槽中容纳有第二电镀液，所述加厚电镀槽用于增加在上砂过程中 形成于所述芯线表面的结合层的厚度。

根据本发明上述实施例的制备金刚石线锯的设备，由于在上砂电镀槽中设有用于使一 部分金刚石颗粒保持匀速运动的传送带，传送带上有自然沉积的金刚石颗粒，当传送带的 传动方向与芯线的运动方向一致且速度相同时，这些金刚石颗粒与芯线相对静止，在电沉 积作用下，芯线可以快速穿过这部分金刚石颗粒的同时在芯线表面形成结合层并将金刚石 颗粒固定在芯线表面，实现金刚石颗粒与金属镀层的快速共镀，芯线移动速度可以大幅度 提高，生产效率大幅度提升。此外，由于上砂和加厚分别完成，通过提高例如提高电流等 来提高加厚电镀槽中的电镀生长速度，既不会影响到金刚石颗粒的电沉积覆盖率，又可以 大幅提高镀层的生长速率，从而有效提高生产效率。另外，由于金刚石颗粒仅在上砂过程 中发生电沉积，因此能够有效降低现有技术中在电镀后期所发生的金刚石颗粒的沉积造成 的浪费。进一步，由于上砂和加厚分槽完成，因此金刚石颗粒在结合层的植入深度较深且 相对均匀，从而可以有效提高所制备的金刚石线锯的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的制备金刚石线锯的设备还可以具有如下附加的技术特 征：

根据本发明的一些实施例，所述上砂电镀槽的底部设有电镀液出口，所述第一电镀液 通过所述电镀液出口通过循环泵被循环导入所述上砂电镀槽中以实现所述第一电镀液的循 环流动。

根据本发明的一些实施例，所述传送带上间隔开地分布有通孔，且所述通孔的孔径小 于所述金刚石颗粒的粒径。由于通孔的孔径小于金刚石颗粒的粒径，因此仅允许所述第一 电镀液通过该通孔，所述通孔可以促进第一电镀液有序流动的同时，不会对传送带上自然 沉积的金刚石颗粒造成过大的扰动，流动的电镀液可以大幅度增加结合层的电镀生长速度， 而金刚石颗粒不被扰动(与芯线相对静止)可以保证金刚石颗粒在芯线表面的覆盖率，进 而对提高芯线移动速度、提升生产效率非常有利。

根据本发明的一些实施例，所述加厚电镀槽中设有用于对所述经过上砂的芯线进行刷 镀以便增加所述结合层的生长速度的电镀刷。

根据本发明的一些实施例，所述加厚电镀槽连接有强力搅拌装置以便对所述第二电镀 液进行强力搅拌来实现增加所述结合层的生长速度。

根据本发明的一些实施例，所述上砂电镀槽的上游连接有预镀槽，所述预镀槽中容纳 有第三电镀液，以便在上砂电镀之前在所述芯线表面预先镀覆一层过渡层。

根据本发明第二方面实施例的制备金刚石线锯的方法，其利用根据本发明第一方面实 施例的制备金刚石线锯的设备来制备金刚石线锯，该方法包括以下步骤：上砂步骤，所述 上砂步骤中使所述芯线穿过容纳有金刚石颗粒与第一电镀液的混合物的所述上砂电镀槽以 便在所述芯线表面电沉积所述金刚石颗粒的同时在所述芯线表面形成所述结合层以将所述 金刚石颗粒固定在所述芯线表面，其中，所述传送带的传动方向与所述芯线的运动方向一 致且速度相同以使得所述传送带上自然沉积的金刚石颗粒与所述芯线相对静止，在电沉积 作用下完成上砂过程；以及加厚步骤，所述加厚步骤使经过上砂电镀的芯线进一步穿过容 纳有第二电镀液的所述加厚电镀槽，以便增加所述结合层的厚度，其中，在所述上砂步骤 中所形成的结合层的厚度为2μm以下，在所述加厚步骤中所述结合层增厚至5～20μm。

根据本发明的一些实施例，所述第一电镀液和所述第二电镀液为镍基电镀液且所述结 合层为镍基层。

根据本发明的一些实施例，所述镍基电镀液为氨基磺酸镍镀液。

根据本发明的一些实施例，在所述上砂步骤之前还包括预镀过渡层步骤以便在所述芯 线表面预先镀覆一层1～50μm的过渡层。据此，过渡层一方面可以改善所述结合层与所述 芯线之间的结合强度。另外，过渡层的存在有利于金刚石线锯的回收再利用，金刚石线锯 的芯线一般为钢丝，结合层一般为镍基金属，当结合层磨损之后，如果有耐酸的过渡层存 在，则可以通过酸洗去除残余结合层而不会腐蚀过渡层，酸洗后再重新电镀结合层即获得 全新的金刚石线锯，如果没有过渡层，酸洗时易腐蚀芯线，如果不酸洗直接重新电镀结合 层，由于残余结合层厚度不均匀，得到的金刚石线锯直径也会是不均匀的。

根据本发明的一些实施例，所述过渡层为软质铜层。作为过渡层的软质铜层可以明显 改善镍基材料镀层与钢丝芯线之间的结合强度，从而改善金刚石线锯的使用寿命；另一方 面，软质铜层可以在线锯的切割过程中，减缓金刚石颗粒与被切割材料之间碰撞形成的巨 大冲击力，避免芯线受到这种冲击力的伤害，减少切割过程中的断线，大大改善金刚石线 锯的可靠性。

根据本发明的一些实施例，所述传送带与所述芯线的运动速度为10～240m/min。

根据本发明的一些实施例，所述芯线为中碳或高碳钢丝。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的制备金刚石线锯的设备的示意图；

图2是图1所示的制备金刚石线锯的设备中的上砂电镀槽的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的制备金刚石线锯的方法示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。需要理解的是，下面通过参考附图描述的实施例是示 例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在下述描述中，术语“下游”表示在工艺过程中处于后续环节的工序或 相关设备，相反的，术语“上游”表示在工艺过程中处于前序环节的工序或相关设备首先。

下面结合图1和图2描述根据本发明实施例的制备金刚石线锯的设备。

需要理解的是，本发明所涉及的金刚石线锯包括位于中心部的芯线、通过电镀法形成 于芯线上的结合层、以及分散分布在所述结合层中且至少一部分暴露于结合层表面的金刚 石颗粒。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的制备金刚石线锯的设备包括上砂电镀槽100 和加厚电镀槽200。

具体而言，上砂电镀槽100中容纳有金刚石颗粒110与第一电镀液120的混合物，且 上砂电镀槽100中设有用于使至少一部分金刚石颗粒110保持匀速运动的传送带130。上 砂电镀槽100用于将金刚石颗粒110电沉积在所述芯线表面上的同时在所述芯线表面形成 所述结合层以将所述金刚石颗粒固定在所述芯线表面。

加厚电镀槽200位于上砂电镀槽100的下游(即在工艺过程中处于后续环节的工序及 相关设备)。加厚电镀槽200中容纳有第二电镀液。加厚电镀槽200用于增加在上砂过程中 形成于所述芯线表面的结合层的厚度。

根据本发明上述实施例的制备金刚石线锯的设备，由于在上砂电镀槽100中设有用于 使一部分金刚石颗粒110保持匀速运动的传送带130，传送带130上有自然沉积的金刚石 颗粒110，当传送带130的传动方向与芯线的运动方向一致且速度相同时，这些金刚石颗 粒110与芯线相对静止，在电沉积作用下，芯线可以快速穿过这部分金刚石颗粒110的同 时在芯线表面形成结合层并将金刚石颗粒110固定在芯线表面，实现金刚石颗粒110与金 属镀层的快速共镀，芯线移动速度可以大幅度提高，生产效率大幅度提升。此外，由于上 砂和加厚分别完成，通过提高加厚电镀槽200中的电镀生长速度，既不会影响到金刚石颗 粒110的电沉积覆盖率，又可以大幅提高镀层的生长速率，从而有效提高生产效率。另外， 由于金刚石颗粒110仅在上砂过程中发生电沉积，因此能够有效降低现有技术中在电镀后 期所发生的金刚石颗粒110的沉积造成的浪费。进一步，由于上砂和加厚分槽完成，因此 金刚石颗粒110在结合层的植入深度较深且相对均匀，从而可以有效提高所制备的金刚石 线锯的使用寿命。

其中，考虑到结合层与金刚石颗粒的亲和力以及结合强度等，所述第一电镀液和所述 第二电镀液均优选为镍基电镀液。其中，氨基磺酸镍镀液由于其稳定性较高，电镀质量好， 结合层生长速度快，尤其优选。如图2所示，根据本发明的一些实施例，上砂电镀槽100 的底部设有电镀液出口140，第一电镀液120通过电镀液出口140通过循环泵被循环导入 上砂电镀槽100中以实现第一电镀液120的循环流动。由此，通过使第一电镀液120不断 循环，使得液体具有一定流速，可以促进结合层的电沉积，有利于提高结合层的生长速度。 此外，由于液体具有一定流速，有助于整个工艺过程中所得到的金刚石线锯中结合层的稳 定性。而且，在第一电镀液120循环流动的同时，可以一并带动底部的金刚石颗粒110重 新返回到传送带130上方以进行电沉积。

根据本发明的一些实施例，传送带130上间隔开地分布有通孔(未图示)，且所述通孔 的孔径小于所述金刚石颗粒的粒径。由于通孔的孔径小于金刚石颗粒的粒径，因此仅允许 第一电镀液120通过该通孔，从而所述通孔可以促进第一电镀液120有序流动的同时，不 会对传送带130上自然沉积的金刚石颗粒110造成过大的扰动，流动的第一电镀液120可 以大幅度增加结合层的电镀生长速度，而金刚石颗粒110不被扰动(与芯线相对静止)可 以保证金刚石颗粒110在芯线表面的覆盖率，进而对提高芯线移动速度、提升生产效率非 常有利。

根据本发明的一些实施例，加厚电镀槽200中设有用于对所述经过上砂的芯线进行刷 镀以便增加所述结合层的生长速度的电镀刷(未图示)。刷镀可以施加很大的电流，相对其 他电镀技术，具有较高的镀层生长速度。由此，通过刷镀对结合层进行加厚处理，可以显 著提高结合层的生长速率，提高生产效率。

根据本发明的一些实施例，加厚电镀槽200连接有强力搅拌装置(未图示)以便对所 述第二电镀液(未图示)进行强力搅拌来实现增加所述结合层的生长速度。同样地，强力 搅拌可以向电镀界面及时补充所需要的电镀物质，大幅度降低临界层厚度，因此通过强力 搅拌也可以有效地提高结合层的生长速率。

本发明的金刚石线锯电镀设备可以在不影响电镀层质量的情况下将芯线运动速度轻松 地提升到60m/min，通过加大设备，甚至可以达到240m/min，从而大幅度提升生产效率， 降低生产成本。

根据本发明的一些实施例，上砂电镀槽100的上游连接有预镀槽300，预镀槽300中容 纳有第三电镀液(未图示)，以便在上砂电镀之前在所述芯线表面预先镀覆一层过渡层。过 渡层一方面可以改善所述结合层与所述芯线之间的结合强度，另一方面，可以在线锯的切 割过程中，减缓金刚石颗粒与被切割材料之间碰撞形成的巨大冲击力，避免芯线受到这种 冲击力的伤害，减少切割过程中的断线。另外，过渡层的存在有利于金刚石线锯的回收再 利用，当结合层磨损之后，如果有耐酸的过渡层存在，则可以通过酸洗去除残余结合层而 不会腐蚀过渡层，酸洗后再重新电镀结合层即获得全新的金刚石线锯，如果没有过渡层， 酸洗时易腐蚀芯线，如果不酸洗直接重新电镀结合层，由于残余结合层厚度不均匀，得到 的金刚石线锯直径也会是不均匀的。

优选地，所述第三电镀液为铜基电镀液且所述过渡层为软质铜层。由此，通过在结合 层和芯线之间设置一层软质铜层，有利于改善芯线与结合层的结合强度。此外，由于软质 铜层的硬度较小，在使用所制备的金刚石线锯进行切削加工时，可以在遇到遭遇较强的应 力作用时可以实现减缓应力作用，从而可以避免因较强的应力发生的线锯的崩断等现象， 从而有利于提高线锯的使用寿命的同时大大改善金刚石线锯的可靠性。此外，由于软质铜 层具有较好的耐酸性，还可以在金刚石线锯回收时的酸洗工序中起到保护芯线的作用，有 利于金刚石线锯的回收再利用。

另外，根据本发明的一些实施例，所述预镀槽的上游可以连接有酸洗槽，所述酸洗槽 中含有酸性水溶液以便清除所述芯线表面的氧化层。由此，有利于提高过渡层与芯线之间 的结合强度。

所述酸洗槽的上游还可以连接有去脂槽，所述去脂槽中含有碱性水溶液或有机溶剂以 便清除所述芯线表面的油脂。由此，可以进一步提高过渡层与芯线之间的结合强度。

此外，加厚电镀槽200的下游还可以连接有清洗槽，所述清洗槽中含有水溶液以便清 除所述结合层表面所残余的第二电镀液。由此，通过及时除去所制备的金刚石线锯表面的 第二电镀液，有利于金刚石线锯的运输、使用等。

下面，结合图1～图3描述根据本发明第二方面实施例的制备金刚石线锯的方法。

本发明第二方面实施例的制备金刚石线锯的方法包括以下步骤：

S110：上砂步骤

所述上砂步骤中使所述芯线穿过容纳有金刚石颗粒与第一电镀液的混合物的所述上砂 电镀槽以便在所述芯线表面电沉积所述金刚石颗粒的同时在所述芯线表面形成所述结合层 以将所述金刚石颗粒固定在所述芯线表面，其中，所述传送带的传动方向与所述芯线的运 动方向一致且速度相同以使得所述传送带上自然沉积的金刚石颗粒与所述芯线相对静止， 在电沉积作用下完成上砂过程。由此，由于在传送带上的金刚石颗粒与所述芯线相对静止， 因此电沉积的稳定性的不受芯线的线速的影响，从而可以采用较高的线速，从而有利于提 高整个工艺过程的生产效率。

例如，所述传送带与所述芯线的运动速度可以为10～240m/min。

其中，所述芯线可以为中碳或高碳钢丝。

S120加厚步骤

在该步骤中，使经过上砂电镀的芯线进一步穿过容纳有第二电镀液的所述加厚电镀槽， 以便增加所述结合层的厚度，其中，在所述上砂步骤中所形成的结合层的厚度为2μm以下， 在所述加厚步骤中所述结合层增厚至5～20μm。

由此，通过分别进行上砂和加厚，可以极大地提高生产效率的同时，有利于降低成本， 提高所得的金刚石线锯的使用寿命。

其中，所述第一电镀液和所述第二电镀液为镍基电镀液且所述结合层为镍基层。有利 地，所述镍基电镀液可以为氨基磺酸镍镀液。关于具体的电镀液浓度等不受特别的限定， 可以根据线速、芯线直径等进行调整。

在本发明的一些示例中，在上砂步骤S110之前还包括预镀过渡层步骤S100以便在所 述芯线表面预先镀覆一层1～50μm的过渡层。例如，可以使用铜基电镀液以设置由软质铜 层形成的过渡层，软质铜层优选厚度为10-30μm。对预镀有软质铜层过渡层和没有过渡层 的金刚石线锯进行切割测试：没有过渡层的金刚石线锯的芯线直径335μm，表面结合层为 Ni基镶嵌金刚石颗粒，Ni材料平均厚度为8μm，金刚石颗粒平均粒度为10μm，金刚石可 粒占磨料层质量百分比为10％，预镀有软质铜层过渡层的金刚石线锯的芯线直径280μm， 软质铜层厚25μm，结合层材料、厚度、金刚石颗粒粒度和质量百分比与没有过渡层的金刚 石线锯相同，这两种金刚石线锯的外径基本一致；测试条件为：被切割材料为多晶硅方锭， 往复式切割，线张力100N，每种线锯均统计100次切割的数据。在相同的切割条件下，没 有过渡层的金刚石线锯的断线率为17％，而预镀有软质铜层过渡层的金刚石线锯的断线率 为5％。可以看出，预镀软质铜层可使断线率明显降低，改善金刚石线锯的可靠性。

有利地，可以在预镀铜步骤S100之前还包括芯线预处理步骤S001以便清除芯线表面 的油脂和氧化层。

在本发明的一些示例中，在加厚步骤S120之后还包括清洗步骤S130以便清除所述结 合层表面所残余的电镀液。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包 含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定 指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离 本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发 明的范围由权利要求及其等同物限定。