一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法

摘要

一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，包括以下步骤：准备材料，选取金刚石或表面金属化金刚石及不导电游离粒子，超声波清洗，用蒸馏水反复清洗，烘干；以直径为0.1mm-2mm直线型金属丝作为阴极，以电刷镀笔作为阳极，清洗金属丝，再将金属丝进行预刷镀，然后用去离子水清洗；电刷镀非晶态镀层，以预刷镀金属丝为阴极，以电刷镀笔作为阳极，电刷镀非晶态镀层制得金刚石线锯；将金刚石线锯通过变形器进行变形，并热处理即得后变形线金刚石线锯。本发明制备工艺设备简单、生产效率高、镀液循环使用，生产的线锯缺陷少、性能优异、使用寿命长。

权利要求

1.一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：准备材料，选取粒度为5µm-200µm的金刚石或表面金属化金刚石，粒度为金刚石粒度2倍-5倍的不导电游离粒子，放入超声波清洗液中，超声波清洗10min-30min，控制超声波频率为20 kHz-60 kHz，再用蒸馏水反复清洗，烘干；所述的不导电游离粒子是碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化钛、氮化硅、氧化锆、氧化钇、氧化钕、氧化铌、氧化硅、氧化铝、氧化钼中任何一种或几种；

第二步：以金属丝作为阴极，以电刷镀笔作为阳极，清洗直径为0.1mm-2mm直线型金属丝，将金属丝用浓度为1%-20%的表面活性液去污，表面活性液去污的工艺参数为：正极性，电压10V-20V，温度12℃-60℃，流速1m/min -1.8m/min，然后用去离子水清洗，再用浓度为3%-10%的活化液活化，活化液活化的工艺参数为：反极性，电压6V-15V，流速0.6 m/min -1.5m/min，然后用去离子水清洗；

2+

第三步：将金属丝进行预刷镀，以金属丝作为阴极，以电刷镀笔作为阳极，在含有Ni 20 g/L -80 g/L、EDTA二钠10 g/L-30 g/L、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐0.1 g/L -0.5 g/L、苯亚磺酸0.5 g/L-1.2 g/L、1,4-丁炔二醇0.06 g/L -0.5 g/L，硫酸铵30 g/L -50 g/L的预刷镀液中进行预刷镀，预刷镀时控制温度为30℃-40℃，pH值为1.2-4, 电压为5V-10V，电流

2 2

密度为0.01A/cm-0.04A/cm，相对运动速度为5 m/min -25 m/min，镀液流速为0.8 m/min -2m/min，刷镀1min-3min，得到预刷镀金属丝，然后用去离子水清洗预刷镀金属丝；

第四步：电刷镀非晶态镀层，以预刷镀金属丝为阴极，以电刷镀笔作为阳极，在含有

2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+

Ni 、Co 、Ti 、Cu 、Fe 、Zn 中的一种或几种的金属离子溶液50 g/L-500 g/L、NaH2PO2

0g/L -40 g/L、KBH4 0g/L -20 g/L、Na2WO4 0 g/L -60g/L、金刚石10 g/L -50 g/L、不导电游离粒子100 g/L -450 g/L、柠檬酸钠20 g/L -100 g/L、对甲苯磺酰胺0.1 g/L -0.9 g/L、氨水80 mL/L -200 mL/L、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺盐0.1 g/L -0.9 g/L，焦磷酸钠5 g/L -10 g/L的非晶态电刷镀液中进行电刷镀，控制温度为50℃-80℃，pH值为4-12，

2 2

电压为8V-30V，电流密度为0.04A/cm-0.1A/cm，相对运动速度5m/min -25 m/min，镀液流速0.2 m/min -0.8m/min，刷镀5min-30min，制得金刚石线锯，然后用去离子水清洗；

第五步：将金刚石线锯通过变形器进行变形，并在温度为300℃-600℃的条件下热处理10min-90min，得到后变形线金刚石线锯。

2.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的金属丝线型为直线型，材料是钢丝、钼丝、钨钼丝、黄铜丝任何一种。

3.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的超声波清洗液是乙醇溶液、丙酮溶液、氢氧化钠。

4.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的电刷镀笔是以石墨电极、铂-铱合金电极或不锈钢电极作为内芯，由内至外依次采用滤纸、脱脂棉花、化学纤维和涤棉布包裹。

5.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的表面活性液是十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠、碳酸钠溶液中任何一种。

6.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的活化液是硫酸铵、硅酸、柠檬酸、氟硅酸、硝酸、亚硝酸钠、硫酸和盐酸中任何一种。

7.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述的非晶态电刷镀层是Ni-P、Ni-W-P、Ni-Fe-P、Ni-Co-P、Ni-B、Ni-W-B中任何一种。

8.根据权利要求1所述的一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，其特征在于，所述复合电刷镀后变形线金刚石线锯的形状是波纹状、S形、U形、V形，变形周期为

0.5mm-80mm。

说明书

一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金刚石线锯的制备方法，具体为一种复合电刷镀后变形线金刚石线锯的制备方法。

背景技术

[0002] 随着工业的发展，硬脆材料在各个领域的应用日益广泛。硬脆材料包括硅晶、宝石、石英晶体、陶瓷等，其硬度高、脆性大的性能给加工带来一定困难。硬脆材料的切割加工是其加工的关键程序，切割加工的新工艺及设备不断发展，其中线锯切割技术发展较快。按照磨料使用形式的不同，可将线锯分为游离磨料线锯和固结磨料线锯两种，其中固结磨料线锯有树脂结合剂和金属结合剂两种。通过对比不同工艺制备线锯的性能，金属结合剂线锯，即电镀金刚石线锯，具有优异的力学性能和切割性能。

[0003] 但是，电镀金刚石线锯还存在以下缺点：基线的缺陷及残余拉应力；镀层的应力及缺陷（如气泡、麻点、针孔）；镀层对金刚石的把持力小；线锯的残余拉应力；排屑性能差；沉积速度与生产效率低。这些缺点使得金刚石线锯成本高，在切割过程中磨料脱落、线锯突然断裂，导致线锯的切割性能下降、使用寿命短。

[0004] 目前，为满足硬脆材料的切割加工市场需求，应改进金刚石线锯的生产工艺，提高金刚石线锯的生产效率、力学性能、加工性能及使用寿命。

发明内容

[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，以解决上述背景技术中的缺点。

[0006] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

[0007] 一种制备复合电刷镀后变形线金刚石线锯的方法，包括以下步骤：

[0008] 第一步：准备材料，选取粒度为5µm-200µm的金刚石或表面金属化金刚石，粒度为金刚石粒度2倍-5倍的不导电游离粒子，放入超声波清洗液中，超声波清洗10min -30min，控制超声波频率为20 kHz-60 kHz，再用蒸馏水反复清洗，烘干；

[0009] 第二步：以金属丝作为阴极，以电刷镀笔作为阳极，清洗直径为0.1mm-2mm直线型金属丝，将金属丝用浓度为1%-20%的表面活性液去污，表面活性液去污的工艺参数为：正极性，电压10V-20V，温度12℃-60℃，流速1m/min -1.8m/min，然后用去离子水清洗，再用浓度为3%-10%的活化液活化，活化液活化的工艺参数为：反极性，电压6V-15V，流速0.6 m/min -1.5m/min，然后用去离子水清洗；

[0010] 第三步：将金属丝进行预刷镀，以金属丝作为阴极，以电刷镀笔作为阳极，采用含2+
有Ni 20 g/L -80 g/L、EDTA二钠10 g/L -30 g/L、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐0.1 g/L -0.5 g/L、苯亚磺酸0.5 g/L-1.2 g/L、1,4-丁炔二醇0.06 g/L -0.5 g/L，硫酸铵30 g/L-50 g/L的预刷镀液进行预刷镀，预刷镀时控制温度为30℃-40℃，pH值为1.2-4, 电压为5V-10V，
2 2
电流密度为0.01A/cm-0.04A/cm，相对运动速度为5 m/min -25 m/min，镀液流速为0.8 m/min -2m/min，刷镀1min-3min，得到预刷镀金属丝，然后用去离子水清洗预刷镀金属丝；

[0011] 第四步：电刷镀非晶态镀层，以预刷镀金属丝为阴极，以电刷镀笔作为阳极，采用2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+
含有Ni 、Co 、Ti 、Cu 、Fe 、Zn 中的一种或几种的金属离子溶液50 g/L-500 g/L，NaH2PO2 0g/L -40 g/L、KBH4 0g/L -20 g/L、Na2WO4 0 g/L -60g/L、金刚石10 g/L -50 g/L、不导电游离粒子100 g/L -450 g/L、柠檬酸钠20 g/L -100 g/L、对甲苯磺酰胺0.1 g/L -0.9 g/L、氨水80 mL/L -200 mL/L、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺盐0.1 g/L -0.9 g/L，焦磷酸钠5 g/L -10 g/L的非晶态电刷镀液进行电刷镀，控制温度为50℃-80℃，pH值为
2 2
4-12，电压为8V-30V，电流密度为0.04A/cm-0.1A/cm，相对运动速度5m/min -25 m/min，镀液流速0.2 m/min -0.8m/min，刷镀5min-30min，制得金刚石线锯，然后用去离子水清洗金刚石线锯；

[0012] 第五步：将金刚石线锯通过变形器进行变形，并在温度为300℃-600℃的条件下热处理10min-90min，得到后变形线金刚石线锯。

[0013] 本发明中，所述的金属丝线型为直线型，材料可以是钢丝、不锈钢丝、钼丝、钨钼丝、黄铜丝任何一种。

[0014] 本发明中，所述的不导电游离粒子可以是碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化钛、氮化硅、氧化锆、氧化钇、氧化钕、氧化铌、氧化硅、氧化铝、氧化钼中任何一种或几种。

[0015] 本发明中，所述的超声波清洗液可以是乙醇溶液、丙酮溶液、氢氧化钠。

[0016] 本发明中，所述的表面活性液可以是十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠、碳酸钠溶液中任何一种。

[0017] 本发明中，所述的活化液可以是硫酸铵、硅酸、柠檬酸、氟硅酸、硝酸、亚硝酸钠、硫酸和盐酸中任何一种。

[0018] 本发明中，所述的电刷镀笔是以石墨电极、铂-铱合金电极或不锈钢电极作为内芯，由内至外依次采用滤纸、脱脂棉花、化学纤维和涤棉布包裹。

[0019] 本发明中，所述的非晶态电刷镀层可以是Ni-P、Ni-W-P、Ni-Fe-P、Ni-Co-P、Ni-B、Ni-W-B，包括Ni-P、Ni-B的任何一种。

[0020] 本发明中，所述复合电刷镀后变形线金刚石线锯的形状可以是波纹状、S形、U形、V形，变形周期为0.5mm -80mm。

[0021] 有益效果

[0022] 本发明所制备的复合电刷镀后变形线金刚石线锯，创新性提出采用复合电刷镀工艺，该工艺优点如下：阴极与阳极相对运动，允许使用较高电流密度、金属离子含量高，沉积速度快，提高了生产效率；并且对镀液起到搅拌作用，镀液循环流动，使镀液减少浓差极化，均镀能力好；同时，使镀层表面缺陷减少，获得低孔隙率镀层，提高镀层质量；该工艺设备简单、成本低、对环境污染小。

[0023] 本发明所制备的复合电刷镀后变形线金刚石线锯，创新性提出在电刷镀液中添加不导电游离粒子：以游离粒子作为摩擦介质，游离粒子不断摩擦阴极表面，避免氢气泡停留在镀层外表面或镀层内部，从而消除针孔、凹坑；同时对已形成的微观凸起，如结瘤，起到磨削作用，从而提高镀层的表面质量；游离粒子不断摩擦阴极表面，加强了镀层与金刚石的结合，提高了镀层对金刚石的把持力；并且运动的游离粒子不断撞击、摩擦镀层，使镀层更致密、细化晶粒，从而提高镀层的力学性能。在电刷镀液中添加不导电游离粒子制备的电镀层，其内部缺陷少、晶粒细化、组织致密、对金刚石把持力提高，使其具有致密的微观组织和优异的力学性能。

[0024] 本发明所制备的复合电刷镀后变形线金刚石线锯，创新性提出采用后变形技术，制备出具有波纹形、S形、U形或V形的后变形线金刚石线锯。后变形技术优点如下：后变形产生的压应力加强了金刚石与镀层的结合，提高了镀层对金刚石的把持力；变形过程中，产生的压应力可以进一步消除镀层的缺陷（如气泡、麻点、针孔）；变形过程中，产生的压应力可以消除线锯中存在的残余拉应力。

[0025] 本发明所制备的复合电刷镀后变形线金刚石线锯，创新性提出采用非晶态电镀液制备非晶态镀层，通过热处理使镀层晶化，析出第二相粒子Ni3P、Ni3B等，起到析出强化的作用，使得镀层缺陷减少，与基线结合强度增加，提高金刚石线锯的力学性能与切割性能。

[0026] 综上所述，本发明所制备的复合电刷镀后变形线金刚石线锯，组织致密、晶粒细化、镀层缺陷少、无残余拉应力、对金刚石把持力高、排屑性能好、具有优异的力学性能及切割性能、提高了沉积速度与生产效率、提高了金刚石线锯的使用寿命，复合电刷镀制备工艺简单、成本低、对环境污染小、零排放、镀液循环使用。

[0027] 具体实施方式

[0028] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

[0029] 实施例1

[0030] 35μm表面金属化金刚石及90μm氧化钇经过乙醇溶液超声波清洗，超声频率采用25kHz，清洗时间分别为30min和20min，再分别经过蒸馏水10次清洗，烘干备用。将0.3mm钢丝作为基线，以基线为阴极，电刷镀笔为阳极，阳极以石墨电极为内芯、由内至外依次采用滤纸、脱脂棉花、化学纤维和涤棉布包裹，采用浓度为8%的乙氧基化烷基硫酸钠对基线清洗去污，工艺参数：正极性、电压12V、温度35℃、流速1m/min，之后采用去离子水清洗；再用浓度为5%的硫酸铵对基线活化处理，工艺参数：反极性、电压8V、流速0.8m/min，之后用去离子水清洗。预刷镀金属镍至基线，以基线为阴极，电刷镀笔为阳极，预刷镀液中成分：硫酸镍350 g/L、EDTA二钠12 g/L、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐0.2 g/L、1,4-丁炔二醇
0.1g/L、苯亚磺酸0.5g/L、硫酸铵30g/L；预刷镀液工艺参数：温度30℃、pH值2、电压6V、
2
电流密度0.015A/cm、镀液流速1m/min、刷镀时间1 min，相对运动速度为6 m/min。预刷镀后，去离子水清洗，再电刷镀，以预刷镀金属丝为阴极，电刷镀笔为阳极，电刷镀液成分：
氨基磺酸镍500 g/L、NaH2PO2 25 g/L、金刚石30g/L、不导电游离粒子150 g/L、柠檬酸钠30 g/L、对甲苯磺酰胺0.2 g/L、氨水100mL/L、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺盐0.4 g/L、焦
2
磷酸钠6g/L；电刷镀工艺参数：温度55℃、pH值5、电压15V、电流密度0.06A/cm、刷镀时间为10min、镀液流速0.3m/min、相对运动速度为6 m/min。电刷镀后制备的金刚石线锯，通过变形器将线锯由直线变为波纹形，周期为3mm；再通过热处理，温度为400℃、时间为60min，最终制备出直径为0.38mm的金刚石线锯。0.38mm波纹形金刚石线锯，线径偏差8μm，抗拉强度3500MPa以上。用于硅晶开方，无断线现象，切割次数为20次，切缝宽度为0.4mm，切割表面粗糙度0.28μm。

[0031] 实施例2

[0032] 20μm金刚石及80μm氮化钛经过丙酮溶液超声波清洗，超声频率采用20kHz，清洗时间分别为40min和30min，再分别经过蒸馏水15次清洗，烘干备用。将0.25mm不锈钢丝作为基线，以基线为阴极，电刷镀笔为阳极，阳极以铂-铱电极为内芯、由内至外依次采用滤纸、脱脂棉花、化学纤维和涤棉布包裹，采用浓度为12%的脂肪醇聚氧乙烯醚对基线清洗去污，工艺参数：正极性、电压10V、温度40℃、流速1.2m/min，之后采用去离子水清洗；再用浓度为8%的柠檬酸对基线活化处理，工艺参数：反极性、电压10V、流速1m/min，之后用去离子水清洗。预刷镀金属镍至基线，以基线为阴极，电刷镀笔为阳极，预刷镀液中成分：氨基磺酸镍560g/L、EDTA二钠15g/L、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐0.12g/L、苯亚磺酸0.8 g/L、1,4-丁炔二醇0.2 g/L、硫酸铵35g/L；预刷镀液工艺参数：温度35℃、pH值3、电压8V、电
2
流密度0.02A/cm、刷镀时间2 min、镀液流速1.2m/min、相对运动速度为8 m/min。预刷镀后，去离子水清洗，再电刷镀，以预刷镀金属丝为阴极，电刷镀笔为阳极，电刷镀液成分：硫酸镍400 g/L、氯化钴420 g/L、NaH2PO2 30 g/L、KBH4 10g/L、金刚石25g/L、不导电游离粒子
180 g/L、柠檬酸钠25 g/L、对甲苯磺酰胺0.4 g/L、氨水80mL/L、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺盐0.3 g/L、焦磷酸钠8g/L；电刷镀工艺参数：温度50℃、pH值6、电压12V、电流密
2
度0.05A/cm、刷镀时间为15min、镀液流速0.5m/min、相对运动速度为8 m/min。电刷镀后制备的金刚石线锯，通过变形器，将线锯形状由直线变为S形，周期为5mm；再通过热处理，温度为450℃、时间为40min，最后制备出直径为0.3mm的金刚石线锯。直径为0.3mm 的S形金刚石线锯，线径偏差5μm，抗拉强度3300MPa以上。用于切割蓝宝石，无断线现象，切割次数为24次，切缝宽度为0.32mm，切割表面粗糙度0.25μm。

[0033] 实施例3

[0034] 40μm表面金属化金刚石及150μm氧化硅经过乙醇溶液超声波清洗，超声频率采用35kHz，清洗时间分别为20min和20min，再分别经过蒸馏水8次清洗，烘干备用。将0.5mm钼丝作为基线，以基线为阴极，电刷镀笔为阳极，阳极以不锈钢电极为内芯、由内至外依次采用滤纸、脱脂棉花、化学纤维和涤棉布包裹，采用浓度为15%的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺对基线清洗去污，工艺参数：正极性，电压15V、温度25℃、流速1.5m/min，之后采用去离子水清洗；再用浓度为4%的硅酸对基线活化处理，工艺参数：反极性、电压12V、流速
1.2m/min，之后用去离子水清洗。预刷镀金属镍至基线，以基线为阴极，电刷镀笔为阳极，预刷镀液中成分：氯化镍480g/L、EDTA二钠20g/L、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐0.2g/L、苯亚磺酸1g/L、1,4-丁炔二醇0.2 g/L、硫酸铵40 g/L；预刷镀液工艺参数：温度30℃、pH值4、电
2
压7V、电流密度0.03A/cm、刷镀时间2.5 min、流速1.5m/min、相对运动速度为13 m/min。
预刷镀后，去离子水清洗，再电刷镀，以预刷镀金属丝为阴极，电刷镀笔为阳极，电刷镀液成分：氨基磺酸镍600g/L、钨酸钠50 g/L、NaH2PO2 15g/L、金刚石35g/L、不导电游离粒子250 g/L、柠檬酸钠50 g/L、对甲苯磺酰胺0.6 g/L、氨水150mL/L、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺盐0.4 g/L、焦磷酸钠5 g/L；电刷镀工艺参数：温度65℃、pH值8、电压15V、电流密度
2
0.07A/cm、刷镀时间为15min、镀液流速0.8m/min、相对运动速度为13 m/min。电刷镀后制备的金刚石线锯，通过变形器将线锯由直线型变为U形，周期为20mm；再通过热处理，温度为500℃、时间为25min，最终制备出直径为0.58mm的金刚石线锯。直径为0.58mm 的U形金刚石线锯，线径偏差15μm，抗拉强度3900MPa以上。用于切割硅晶开方，无断线现象，切割次数为28次，切缝宽度为0.6mm，切割表面粗糙度0.3μm。

[0035] 实施例4