專利名稱：金剛石線制備方法及按其制得的金剛石線的制作方法
技術領域：
本發明涉及金 剛石線領域，特別地，涉及一種金剛石線的制備方法。此外，本發明還涉及一種按上述方法制得的金剛石線。
背景技術：
金剛石線是將高硬度、高耐磨性的金剛石磨粒固結在鋼絲基體表面制成的一種切割工具。金剛石線不僅可以加工石材、玻璃等普通硬脆材料，而且因其切縫窄，可小至 0.15mm。因而特別適用于切割寶石、瑪瑙、陶瓷、水晶等貴重的硬脆材料。金剛石線可以根據所切割材料的需要制成不同的直徑和長度；金剛石線還可以安裝在不同的設備上形成不同的加工方式，如可制成往復循環(鋸架)式、高速帶鋸式、單線切割式和多線切割式等。生產金剛石線的方法通常為通過電鍍在金屬絲或線的基體表面上沉積一層金屬 (一般為鎳及鎳鈷合金)，并在沉積的金屬內固結金剛石顆粒制成。金屬電鍍層一方面與基體間形成非完全冶金結合層；金屬鍍層另一方面作為結合劑將金剛石顆粒粘在金屬絲或線上。金剛石顆粒的刃端突出可用于切削加工。由于金剛石為非導體，在電鍍過程中，金剛石與電鍍基體金屬的結合是通過金屬絲對金剛石顆粒的物理吸附完成的。而金剛石顆粒在電鍍鎳基體中分布不均一，團聚現象嚴重，導致金剛石在金屬絲表面的分布密度難以控制且所得金剛石線線徑不均。電鍍后金屬線上殘余的拉應力高，使得所得金剛石線強度低。電鍍層金屬與金屬絲以機械結合為主而非完全冶金結合，因而結合強度低，切割過程電鍍金屬層易剝離。由于用于粘結金剛石顆粒的電鍍沉積層結晶狀態不理想，強度低，因而粘結金剛石顆粒的金屬層對金剛石顆粒的把持能力偏低。

發明內容
本發明目的在于提供一種金剛石線制備方法及按其制得的金剛石線，以解決金剛石線的強度低易斷裂，金剛石顆粒易脫落的技術問題。為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種金剛石線的制備方法，包括以下步驟取鉬絲線以2 8m/s勻速通過由金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合而成的合金熔體，制得金剛石線。進一步地，該方法還包括對所述金剛石線的后處理步驟，后處理步驟為將所述金剛石線置于420 460°C下，保溫2 5小時。進一步地，金剛石顆粒錫粉鉛粉銅粉按重量比(1 1.2) (4 6. 5) (5 8) (1. 5 2. 5)混合。進一步地，金剛石顆粒的粒度為5 μ m 100 μ m ；錫粉的粒度為2 10 μ m ；鉛粉的粒度為2 10 μ m ；銅粉的粒度為2 10 μ m。進一步地，合金熔體是將金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合后形成的混合體，在攪拌條件下采用感應線圈恒溫爐加熱熔解制得，加熱溫度為400 500°C。
進一步地，將金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合是通過球磨方式混合的。進一步地，球磨步驟中球料重量比為(2 5) 1。進一步地，球磨步驟中所用球磨介質為粒徑為3 15mm的硬質合金或不銹鋼球。進一步地，球磨分散劑為酒精、石蠟或SPS。根據本發明的另一方面，還提供了一種金剛石線，該金剛石線通過上述方法制得。本發明具有以下有益效果1.本發明提供的方法所制得金剛石線以比強度高、韌性好的鉬絲為基體，使得所制得金剛石線柔韌性增強，抗扭曲能力顯著提高，即使是在高張力、大拉力的金剛石線切割過程中，也不易斷裂。2.本發明提供的方法中鉬絲以勻速通過合金熔體，保證金剛石顆粒在鉬絲線表面的均勻固結，實現了金剛石線的連續化生產。熔敷合金層與鉬絲線表面形成冶金結合，使得基體牢固地把持合金層中的金剛石顆粒，防止使用過程中金剛石顆粒脫落。3.本發明提供的方法通過球磨使得含銅合金粉末與金剛石顆粒粉末混合均勻，后經加熱攪拌溶解合金，實現金剛石顆粒在合金熔體中的均勻彌散分布，保證基體表面合金層中金剛石顆粒的均勻分布，保證所制得金剛石線的切削能力。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。 下面將參照實施例，對本發明作進一步詳細的說明。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。本發明提供的方法一方面通過將金剛石顆粒與合金粉末混合熔解以在金剛石顆粒與合金熔液間生成碳化物界面，從而增強金剛石顆粒在合金層中的緊固性，防止使用時脫落；另一方面，通過控制鉬絲線的走線速度，使得所制得的金剛石線表面金剛石顆粒分布均勻，層數單一，且所制得的金剛石線直徑小且均勻，使用中金剛石線不易斷裂。本發明提供的方法包括以下步驟取鉬絲線以2 8m/s勻速通過由金剛石顆粒、 錫粉、鉛粉和銅粉混合而成的合金熔體，制得金剛石線。所選用合金為錫粉、鉛粉與銅粉。銅在高溫下對金剛石顆粒表面浸潤較差，但所加入錫粉和鉛粉為碳化物形成元素，易在金剛石顆粒表面形成碳化物，將合金熔液原先需要潤濕的金剛石表面轉變為易潤濕的碳化物層。從而使得混合后所制得合金熔體中，金剛石顆粒很好的容于合金熔液中，使得鉬絲線以2 8m/s勻速通過時，分布均勻的金剛石顆粒可均勻的粘附在鉬絲線表面。如果鉬絲線通過速度過快則金剛石顆粒不能均勻分布所制得金剛石線切削能力較差，而如果通過過慢則又會使得所制得金剛石線表面堆積多層金剛石顆粒，而層與層間的粘結能力又較差，使得所制得金剛石線基線易曝露，切削能力也較差。 為進一步增強金剛石線上金剛石顆粒的粘附性，還需對所制得金剛石線進行后處理步驟，該后處理步驟為將金剛石線置于420 460°C下，保溫2 5小時。這樣能將金剛石線中的殘余應力消除，防止使用中金剛石線由于殘余應力的作用而斷裂。金剛石顆粒錫粉鉛粉銅粉按重量比(1 1.2) (4 6.5) (5 8) (1.5 2. 5)加入。按此比例混合，能使得所制得的金剛石線表面金剛石顆粒的出刃量和刃高滿足要求。既避免了所制得金剛石線表面合金層中合金將金剛石顆粒刃端包住， 使其不能充分發揮切削作用，又防止合金包覆過少，金剛石顆粒易脫落。使得該金剛石線具有較強的切削能力。由于金剛石顆粒表面已形成碳化物層，因而所選用的金剛石顆粒的粒徑范圍較寬，并不受此種方法的限制。本發明優選采用金剛石顆粒粒徑為5 μ m 100 μ m。在此范圍內選擇金剛石顆粒，可使所制得金剛石線對各種切割材料均表現出強的切割能力。同時所用錫粉的粒度為2 10 μ m，鉛粉的粒度為2 10 μ m，銅粉的粒度為2 10 μ m。這個粒度范圍內的合金粉末易與金剛石顆粒形成牢固的合金包覆層，并且形成的合金包覆層能達到最佳固結鋼絲線的效果。為制得合金熔體需對合金金剛石混合物進行加熱熔化，具體加熱方式優選為在攪拌條件下采用感應線圈恒溫爐加熱熔解，加熱溫度為400 500°C。在此溫度下一方面能防止基體材料受熱后冷卻時發生變形降低金剛石層的附著能力；另一方面又可保證合金處于熔解狀態并能生產相應的碳化物以增強金剛石顆粒的附著能力。而且感應線圈能精確控制熔化溫度，防止溫度過高或過低。金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉的混合可以為任何能將其混合均勻的混合方式，優選為球磨混合。球磨步驟為按球料重量比為(2 5) 1將粒徑為3 15mm的球磨介質投入球磨機中。所用球磨介質可以為任何球形的研磨介質，該介質的硬度不能對金剛石產生研磨的作 用。如硬質合金或不銹鋼球。在充分混合物料的同時，防止將金剛石顆粒的刃端受損。球磨時所用球磨分散劑為酒精、石蠟、SPS，優選為酒精。合金粉末分散在球磨分散劑中，能形成流態充分包覆在金剛石顆粒表面，使得混合充分。為便于合金熔覆，鉬絲線還需經用IOwt^WNa(OH)去油，水洗，用5wt%的王水酸洗，才能進行熔覆。而所制得的金剛石線為使其性能穩定也還需經過水洗、烘干、鍍銅、堿洗和酸洗。實施例以下實施例中所用加熱裝置為加裝有電阻絲或感應線圈加熱裝置的恒溫爐；所用試劑和儀器均為市售。實施例1第一步金剛石和金屬粉末混合取粒度為9 15μπι的金剛石，經過10% Na(OH)水溶液去油，清水漂洗，然后，用 5%王水酸洗，除去金剛石表面雜質。將平均粒度為12μπι的錫粉、平均粒度為8μπι的鉛粉與平均粒度為25 μ m的銅粉按重量比金剛石錫鉛銅=1 4 5 1. 5混合。將混合粉末置于裝有酒精分散劑的混料機中按5 1的球料比混合球磨，所用球磨介質為粒徑為3mm的硬質合金。獲得粉末混合物。第二步采用感應線圈加熱混合粉末取第一步所得混合粉末放入坩堝中，再將坩堝置于加裝有感應加熱裝置的容器中，將混合粉末加熱至400°C，得金剛石混合均勻的金屬熔體；第三步金剛石顆粒合金熔體熔覆將直徑為0. 12mm的鉬絲線經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，以勻速通過第二步所得金屬熔體中，進行金剛石涂覆處理，采用卷揚機使得鉬絲線以8m/s通過金屬熔體，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干；使嵌鑲金剛石的涂覆合金層固結在鉬絲線表面，得到金剛石線1，線徑為0. 140mm (士 0. 005mm)。金剛石線1的拉斷力為250N，扭力為320N。對光伏硅錠開方時，金剛石線1切割速度可達到2. 5mm/min。將金剛石線1置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線1對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。由金剛石線1的斷面掃描電鏡圖片可見，金剛石線1斷面為三個同心圓層，外層為金剛石層，內層為基線表面，中間層為合金層。合金層與金剛石層和基線表面界線模糊，金剛石層中的金剛石顆粒部分沒入合金層中，碳化物層與基線表面相熔。沒入合金層中的金剛石粉末顆粒的表面與合金層熔融，形成碳化層。說明通過本發明提供的工藝制得的金剛石線中，金剛石粉顆粒與合金形成了金屬碳化物。實施例2第一步金剛石和金屬粉末混合取粒度范圍為35 70 μ m的金剛石粉末，經過10% Na(OH)水溶液去油，清水漂洗，然后，采用5%王水酸洗，除去金剛石表面雜質的金剛石。將平均粒度為4μπι的錫粉、平均粒度為5μπι的鉛粉與平均粒度為6μπι的銅粉按重量比金剛石錫鉛銅= 1. 1 5 6.5 2混合。將混合粉末置于裝有分散劑SPS的混料機中按4 1的球料比混合球磨，所用球磨介質為粒徑為IOmm的不銹鋼球。獲得粉末混合物。第二步電阻絲加熱混合粉末取第一步所得混合粉末放入坩堝中，再將坩堝置于加裝有電阻絲加熱裝置的容器中，將混合粉末加熱至330°C，得均勻混合著金剛石的金屬熔體；第三步金剛石顆粒合金熔體熔覆將直徑為0. 25mm的鉬絲線，經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，以勻速通過第二步所得金屬熔體中，進行金剛石/合金涂覆處理，采用卷揚機使得鉬絲線以6m/s通過金屬熔體，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干；使嵌鑲金剛石的涂覆合金層固結在鉬絲線表面，金剛石線2，的線徑為0. 40mm (士 0. 005mm)。金剛石線2的拉斷力為240N，扭力為310N。對光伏硅錠開方時，金剛石線2切割速度可達到2. 5mm/min。將金剛石線2置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線2對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。實施例3第一步金剛石和金屬粉末混合取粒度分布范圍為70 IOOym的金剛石粉末，經過10% Na(OH)水溶液去油，清水漂洗，然后，用5%王水酸洗，除去金剛石表面的雜質。將平均粒度為8μπι的錫粉、平均粒度為9μπι的鉛粉與平均粒度為3μπι的銅粉按重量比金剛石錫鉛銅= 1.2 6.5 8 2. 5混合。將混合粉末置于混料機中按3 1的球料比混合球磨，獲得粉末混合物；第二步感應加熱混合粉末取第一步所得混合粉末放入坩堝中，再將坩堝置于加裝有感應加熱裝置的容器中，將混合粉末加熱至350°C，得到含有金剛石顆粒的合金熔體；第三步金剛石顆粒合金熔體熔覆將直徑為0. 30mm的鉬絲線，經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，以勻速通過第二步所得含有金剛石固相顆粒的合金熔體中，進行金剛石/合金涂覆處理，采用卷揚機使得鉬絲線以4m/s通過金屬熔體，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干；使嵌鑲金剛石的涂覆合金層固結在鉬絲線表面，金剛石線3線徑為0. 50mm(±0. 015mm)。金剛石線3的拉斷力為225N，扭力為310N。對光伏硅錠開方時，金剛石線3切割速度可達到2. 5mm/min。將金剛石線3置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線3對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。實施例4第一步金剛石和金屬粉末混合取粒度分布范圍為40 60μπι的金剛石粉末，經過10% Na(OH)水溶液去油， 清水漂洗，然后，用5%王水酸洗，除去金剛石表面的雜質。將平均粒度為5μπι的錫粉、 平均粒度為6μπι的鉛粉與平均粒度為4μπι的銅粉按重量比金剛石錫鉛銅= 1.2 6.5 8 2. 5混合。將混合粉末置于混料機中按3 1的球料比混合球磨，獲得粉末混合物；第二步感應加熱混合粉末取第一步所得混合粉末放入坩堝中，再將坩堝置于加裝有感應加熱裝置的容器中，將混合粉末加熱至360°C，得到含有金剛石顆粒的合金熔體；第三步金剛石顆粒合金熔體熔覆將直徑為0. 20mm的鉬絲線，經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，以勻速通過第二步所得含有金剛石固相顆粒的合金熔體中，進行金剛石/合金涂覆處理，采用卷揚機使得鉬絲線以6m/s通過金屬熔體，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干；使嵌鑲金剛石的涂覆合金層固結在鉬絲線表面，金剛石線4，線徑為0. 31mm(士0. 015mm)。金剛石線4的拉斷力為230N，扭力為310N。對光伏硅錠開方時，金剛石線4切割速度可達到2. 5mm/min。將金剛石線4置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線3對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。實施例5第一步金剛石和金屬粉末混合取粒度分布范圍為50 70μπι的金剛石粉末，經過10% Na(OH)水溶液去油， 清水漂洗，然后，用5%王水酸洗，除去金剛石表面的雜質。將平均粒度為8μπι的錫粉、 平均粒度為9μπι的鉛粉與平均粒度為10 μ m的銅粉按重量比金剛石錫鉛銅= 1.4 7.5 6 2. 5混合。將混合粉末置于混料機中按3 1的球料比混合球磨，獲得粉末混合物；第二步感應加熱混合粉末取第一步所得混合粉末放入坩堝中，再將坩堝置于加裝有感應加熱裝置的容器中，將混合粉末加熱至470°C，得到含有金剛石顆粒的合金熔體；
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第三步金剛石顆粒合金熔體熔覆將直徑為0. 24mm的鉬絲線，經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，以勻速通過第二步所得含有金剛石固相顆粒的合金熔體中，進行金剛石/合金涂覆處理，采用卷揚機使得鉬絲線以5m/s通過金屬熔體，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干；使嵌鑲金剛石的涂覆合金層固結在鉬絲線表面，金剛石線5，線徑為0. 35mm(士0. 015mm)。金剛石線5的拉斷力為220N，扭力為300N。對光伏硅錠開方時，金剛石線5切割速度可達到2. 5mm/min。將金剛石線5置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線5對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。實施例6第一步金剛石和金屬粉末混合取粒度分布范圍為50 70 μ m的金剛石粉末，經過10% Na(OH)水溶液去油， 清水漂洗，然后，用5 %王水酸洗，除去金剛石表面的雜質。將平均粒度為2 μ m的錫粉、 平均粒度為2μπι的鉛粉與平均粒度為10 μ m的銅粉按重量比金剛石錫鉛銅= 1.4 7.5 6 2. 5混合。將混合粉末置于混料機中按3 1的球料比混合球磨，獲得粉末混合物；第二步感應加熱混合粉末取第一步所得混合粉末放入坩堝中，再將坩堝置于加裝有感應加熱裝置的容器中，將混合粉末加熱至500°C，得到含有金剛石顆粒的合金熔體；第三步金剛石顆粒合金熔體熔覆將直徑為0. 24mm的鉬絲線，經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，以勻速通過第二步所得含有金剛石固相顆粒的合金熔體中，進行金剛石/合金涂覆處理，采用卷揚機使得鉬絲線以2m/s通過金屬熔體，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干；使嵌鑲金剛石的涂覆合金層固結在鉬絲線表面，金剛石線6，線徑為0. 35mm(士0. 015mm)。金剛石線6的拉斷力為210N，扭力為290N。對光伏硅錠開方時，金剛石線6切割速度可達到2. 3mm/min。將金剛石線6置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線6對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。實施例7對實施例5所制得金剛石線進行后處理步驟，后處理工藝為置于450°C下保溫3小時，得到金剛石線7。金剛石線7的拉斷力為250N，扭力為320N。對光伏硅錠開方時，金剛石線7切割速度可達到3. Omm/min。將金剛石線7置于顯微鏡下觀察，可見金剛石顆粒嵌入合金層中， 且分散均勻。用金剛石線7對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。所得硅片表面粗糙度< 5微米，撓度< 10微米。對比例取粒度分布范圍為50 70 μ m的金剛石粉末，經過10% Na(OH)水溶液去油，清水漂洗，然后，用5%王水酸洗，除去金剛石表面的雜質。將直徑為0. 24mm的鉬絲線，經過堿洗除油和酸洗除銹活化處理后，作為基線。將基線以5m/s通過瓦特電鍍液，將所制得金剛石線清水漂洗、烘干得到金剛石線8。金剛石線8的拉斷力為170N，扭力為180N。對光伏硅錠開方時，金剛石線7切割速度為2. Omm/min。用金剛石線7對表面質量要求最高將光伏硅錠切片，所得硅片為5英寸。硅片表面粗糙度< 20微米，撓度< 10微米。綜上所述，本發明提供的制備金剛石線的方法，采用金剛石和合金粉末在球磨混合之后作為原料，通過加熱得到含有金剛石顆粒的合金熔體。以鉬絲為基體，勻速通過合金熔體以將合金熔體涂覆在基體表面，顯著提高基體對切削刃金剛石顆粒的把持能力，制備的金剛石線表面金剛石顆粒分布均勻，濃度高，大幅度提高金剛石線的切削能力和使用壽命。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種金剛石線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟取鉬絲線以2 8m/s勻速通過由金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合而成的合金熔體，制得金剛石線。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括對所述金剛石線的后處理步驟，所述后處理步驟為將所述金剛石線置于420 460°C下，保溫2 5小時。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述金剛石顆粒錫粉鉛粉銅粉按重量比(1 1.2) (4 6. 5) (5 8) (1. 5 2. 5)混合。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述金剛石顆粒的粒度為5μπι 100 μ m ；所述錫粉的粒度為2 10 μ m ；所述鉛粉的粒度為2 10 μ m ；所述銅粉的粒度為 2 10 μ m0
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金熔體是將所述金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合后形成的混合體，在攪拌條件下采用感應線圈恒溫爐加熱熔解制得，所述加熱溫度為400 500°C。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合是通過球磨方式混合的。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述球磨步驟中球料重量比為(2 5) 1。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述球磨步驟中所用球磨介質為粒徑為 3 15mm的硬質合金或不銹鋼球。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述球磨分散劑為酒精、石蠟或SPS。
10.一種金剛石線，其特征在于，通過權利要求1 8中任一項所述方法制得。
全文摘要
本發明提供了一種金剛石線的制備方法及按其制得的金剛石線，該方法，包括以下步驟取鉬絲線以2～8m/s勻速通過由金剛石顆粒、錫粉、鉛粉和銅粉混合而成的合金熔體，制得金剛石線。所制得金剛石線柔韌性增強，抗扭曲能力顯著提高，即使是在高張力、大拉力的金剛石線切割過程中，也不易斷裂。
文檔編號C23C24/00GK102352503SQ20111033818
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者郭偉信 申請人:長沙岱勒新材料科技有限公司