CN102492367B

CN102492367B - 低熔点金属粘接剂及其金属粘接的金刚石丝锯

Info

Publication number: CN102492367B
Application number: CN 201110403623
Authority: CN
Inventors: 魏强; 刘圣贤; 王丹
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: CN102492367A

Abstract

本发明公开了一种低熔点金属粘接剂，其组分及重量百分比含量为：10～20％的Cu，2～15％的Ti，其余为Sn；Cu的粒径为20～30μm，Ti的粒径为20～30μm，Sn的粒径为20～30μm；该金属粘接剂的熔点为250～350℃。同时，还公开了一种用上述金属粘接剂粘接的金刚石丝锯，将钢丝表面处理后置于混有金刚石的低熔点合金粉内，钢丝通电加热使混有金刚石磨粒的金属粘接剂融化，在钢丝表面快速镀上了一层混有金刚石的金属层，再通过镀镍后处理来调整金刚石出露高度并防止其脱落；本发明使用低熔点的金属合金粉作为粘接剂，增加了钢丝与磨削层的结合强度，提高了丝锯机械性能；钢丝采用直接电加热，提高生产效率，降低制造成本。

Description

低熔点金属粘接剂及其金属粘接的金刚石丝锯

技术领域

本发明涉及一种金刚石丝锯，尤其涉及一种采用低熔点金属粘接剂的金刚石丝锯。

背景技术

随着科学技术的进步和现代工业的发展，硬脆材料，特别是非金属材料、非导电材料及半导体材料，因其独特的性质在电子、光学、仪器仪表、航空航天、国防及民用工业等诸多领域的应用越来越广泛。由于硬脆材料硬度高、脆性大，且大多不导电，不易切割也不能用电火花等特种加工方法加工。而金刚石线切割技术能有效解决这些问题，因此被广泛地应用于硬脆材料的切割。

目前，金刚石丝锯床大多采用游离磨粒的金刚石线切割技术，其切割效率低、作业环境恶劣且锯丝寿命短，浆料的处理和回收成本高。近几年，固结磨料金刚石丝锯开始进入工业应用。在锯丝表面固结金刚磨粒，切割过程固结磨粒替代原来的游离磨粒，使得切割效率大大提高。

固结磨粒金刚石丝锯的生产通常采用电镀技术和树脂固化技术。电镀金刚石丝锯是通过电镀金属的电结晶作用把金刚石磨料牢固的电镀在钢丝基体上而制成的一种超硬材料切割工具。其锯丝可以做的很细很长，大大降低锯缝宽度，提高出材率，且适用于较大尺寸范围的板材加工。但在锯丝的生产过程中存在废液的处理问题，同时电镀层需要形成一定厚度才能将磨粒固结，受电镀沉积速度的限制，生产效率低且成本较高。同时，电镀法磨料实际上只是被机械包埋，镶嵌在镀层中，磨粒易脱落，为增大把持力，必须增大镀层厚度，减小磨料的裸露高度，从而致使容屑空间变小，工具使用效率及寿命降低。另外，对于树脂固化技术，金刚石把持力小易脱落，且耐磨性、耐热性较差，在加工硅晶体、水晶等贵重硬脆材料或加工点温度高的大口径硅锭的多道切割中难以应用。近十几年，金刚石钎焊技术引起了人们的注意。钎焊金刚石采用金刚石表面金属化技术，以活性钎料或镍基钎料焊接金刚石，通过强碳化形成元素或合金，使金刚石与基体实现冶金化学结合。与传统电镀法和树脂固化法相比，钎焊法金刚石磨料、钎料和基体三者间能实现化学冶金结合，大大提高了金刚石的结合强度；磨粒出露高度大，容屑空间大，有利于磨料的充分利用；但金刚石钎焊制造过程中所需设备投资比较大，成本高。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种低熔点金属粘接剂及其金属粘接的金刚石丝锯。可以改进现有金刚石丝锯制造方法中环境污染、生产效率低、成本高、产品强度低等不足，另外，本发明金刚石丝锯中采用的低熔点金属粘接剂，其结合强度高、耐磨性强。

为了解决上述技术问题，本发明低熔点金属粘接剂予以实现的技术方案是：该低熔点金属粘接剂的组分及重量百分比含量为：10～20％的Cu，2～15％的Ti，其余为Sn；其中，Cu的粒径为20～30μm，Ti的粒径为20～30μm，Sn的粒径为20～30μm；该金属粘接剂的熔点为250～350℃。

本发明一种金属粘接的金刚石丝锯，采用下列步骤制造：

步骤一、将直径为0.05-2.5mm的65Mn钢丝的表面进行除油、除锈处理，备用；

步骤二、将粒径为23-75μm的金刚石颗粒，先用体积比为1∶1的盐酸水溶液清洗，再用稀氢氧化钠溶液碱洗后，水洗至中性，最后烘干；

步骤三、将下述组分按照重量百分比配制金属粘接剂：10～20％的Cu，2～15％的Ti，其余为Sn；其中，Cu的粒径为20～30μm，Ti的粒径为20～30μm，Sn的粒径为20～30μm，该金属粘接剂的熔点为250～350℃；

步骤四、按重量比在1份上述金属粘接剂中加入0.5份金刚石颗粒，于混粉机中进行机械混粉至混合均匀的粉料；

步骤五、将钢丝拉紧置于上述混合均匀的粉料中，将钢丝通电，保持电流在0.7～0.9A，通电时间为1.5～2.5分钟，粉料与钢丝基体界面发生溶解、浸润、扩散、化合相互作用，并采用氩气保护，从而在钢丝表面快速镀上了一层混有金刚石的金属层；

步骤六、按照下列成份及质量-体积浓度制备瓦特型镀镍溶液：硫酸镍230～280g/L，氯化镍25～35g/L，硼酸25～35g/L，1，4-丁炔二醇1～1.5g/L，十二烷基硫酸钠0.10～0.15g/L；

步骤七、将上述镀有一层混有金刚石金属层的钢丝在上述瓦特型镀镍液中进行表面镀镍，使金刚石的被埋深度为其粒径的1/3至1/2。

进一步讲，上述步骤五中，本发明一种金属粘接的金刚石丝锯，其中，钢丝通电后瞬间即可加热至300～400℃。步骤七中，钢丝上金属粘接剂和镀镍层的总厚度是金刚石粒径的1/3和1/2之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用钢丝直接加热法制造金属粘接的金刚石丝锯，钢丝经表面处理后通过钢丝自身加热来使混有金刚石磨粒的金属粘接剂融化，使得熔融态的金属粘附在钢丝上，金刚石也被均匀地把持在金属结合层中。最后，再通过钢丝表面镀镍来调整磨粒的突出量，防止金刚石磨粒的脱落。本发明中结合了树脂固化技术、电镀技术及钎焊技术的优点，在钢丝镀覆过程中采用钢丝直接快速加热，提高了生产效率，降低了成本。本发明采用低熔点Sn-Cu-Ti合金粉作为粘接剂，使金刚石丝锯的耐磨性、结合强度等优于树脂固化技术。再利用电镀镍技术调整金刚石磨粒的最优突出量，并且还可以防止金刚石磨粒的脱落。本发明金属粘接的金刚石丝锯中，金刚石磨料、金属粘接剂和钢丝基体三者之间形成化学冶金结合，从而提高了结合强度，丝锯的使用寿命长。丝锯制造过程简单，易于操作，清洁，安全可靠，有非常广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明金属粘接的金刚石丝锯的结构示意图；

图2是制造本发明金属粘接的金刚石丝锯的示意图。

图中：

1-阻尼装置 2-放线轮 3-导轮 4-钢丝

5-进气口 6-送粉机 7-粉料 71-金属粘接剂

72-金刚石颗粒 8-排气口 9-恒电流源 10-收线轮

具体实施方式

以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

实施例1：

按照以下组分及重量百分比含量制备低熔点金属粘结剂：10％的Cu，15％的Ti，其余为Sn；其中，Cu的粒径为25μm，Ti的粒径为25μm，Sn的粒径为25μm，根据上述Sn-10Cu-15Ti合金粉中各金属熔点可以推算出该金属粘接剂的熔点为300℃。

实施例2：

金属锯丝材料采用65Mn钢，直径0.13mm，首先，在碱性溶液中清洗5min，后用水冲洗干净，再在酸性溶液中清洗5min，用清水冲洗，去除残留的酸液，备用。将粒径为50μm的金刚石颗粒，先用体积比为1∶1的盐酸水溶液清洗10min，，再用稀氢氧化钠溶液中清洗30min，水洗至中性，最后烘干；将清洗后的金刚石与通过上述实施例1制备的低熔点金属粘结剂(即Sn-10Cu-15Ti合金粉)以1∶2装入混粉机，混粉24小时形成混合均匀的金属磨粒混合粉料。按照下列成份及质量-体积浓度制备瓦特型镀镍溶液：硫酸镍230～280g/L，氯化镍25～35g/L，硼酸25～35g/L，1，4-丁炔二醇1～1.5g/L，十二烷基硫酸钠0.10～0.15g/L。

参照图2制造金刚石丝锯：将经过预处理的钢丝4放置在放线轮2上，放线轮2上的阻尼装置1使钢丝4增加了一定的张紧力，钢丝4经导轮3进入金属磨粒混合粉料7中，在金属磨粒混合粉料7中钢丝4与恒电流源9两电极相接，保持电流在0.9A，通电时间为1.5分钟，钢丝4即可加热至350℃，经传导使周围金属磨粒混合粉料熔化，从而在钢丝4表面镀上一层混有金刚石磨粒的金属层，由于当温度超过800℃时，金刚石就会发生碳化，且金属粘接剂中Cu、Ti等在空气中都极易氧化，因此，在钢丝4镀覆过程中经进气口5充入氩气，氩气经过排气口8排出，另外，通过送粉机6保证金属磨粒混合粉料7始终充满整个锥形漏斗，防止通电钢丝部分温度不均，然后，通过另一个导轮3把丝锯绕在收线轮10上，接下来，将上述钢丝进行镀镍处理，即：将上述镀有一层混有金刚石金属层的钢丝4在上述瓦特型镀镍液中进行表面镀镍，使金刚石72的被埋深度为其粒径的1/3至1/2，也即，钢丝上金属粘接剂和镀镍层71的总厚度是金刚石72粒径的1/3和1/2之间。至此，制造出一种金属粘接的金刚石丝锯，如图1所示。

实施例3：

本实施例中作为金属粘接剂的铜基合金粉配比(重量百分比)采用Sn-20Cu-10Ti(即20％的Cu，10％的Ti，其余为Sn；根据上述Sn-20Cu-10Ti合金粉中各金属熔点可以推算出该金属粘接剂的熔点为350℃。另外，在生产丝锯时，钢丝的电加热保持电流在0.8A，通电时间为2.5分钟，钢丝4即可加热至近400℃。其余与实施例一相同。

实施例4：

本实施例中作为金属粘接剂的铜基合金粉配比(重量百分比)采用Sn-20Cu-2Ti(即20％的Cu，2％的Ti，其余为Sn；根据上述Sn-20Cu-2Ti合金粉中各金属熔点可以推算出该金属粘接剂的熔点为250℃。另外，在生产丝锯时，钢丝的电加热保持电流在0.7A，通电时间为2分钟，即可加热至300℃。其余与实施例一相同。

本发明中采用低熔点Sn-Cu-Ti合金粉作为金属粘结剂，有利于金刚石与该粘接剂形成冶金结合，降低界面张力，提高润湿性，形成良好的结合界面。该金属粘接剂的强度和硬度均很高，其收缩率小，并具有良好的导热性，有助于降低加工中产生的温度，避免钢丝烧伤。另外，由于在空气中当温度超过800℃时，金刚石就会发生碳化，且金属粘接剂中铜、钛等在空气中都极易氧化，因此本发明中采用惰性气体(氩气)保护的方法进行生产。

还有，本发明中的金属粘接剂及镍镀层不宜太厚，过厚会使金刚石磨粒过多包埋在其中，就达不到切削的目的，过薄则金刚石磨粒不能很好的被金属粘接剂很好的把持，切削中易脱落。因此，金属粘接剂和镀镍层的总厚度要控制在金刚石粒径的1/3和1/2间。

为了有利于获得高质量的钢丝以及提高金属粘接性和磨粒颗粒的牢固性，钢丝镀覆前先进行表面预处理，包括碱洗和酸洗，主要用于除去其表面的油污和氧化皮等；碱洗溶液主要包括氢氧化钠、无水碳酸钠、硅酸钠、磷酸钠等，温度100℃，以保证完全脱除钢丝表面的油污、润滑层等。酸性溶液主要采用10％盐酸溶液，盐酸在常温下对金属氧化皮具有较强的侵蚀能力，但对钢铁基体溶解的较慢，不易发生过腐蚀和氢脆现象。金刚石也进行酸洗、碱洗主要用于提高表面的亲水性，同时除去金刚石表面的杂质。

本发明中的镀镍属于保护处理，因为镀镍处理可以防止丝锯表面金刚石磨粒的脱落，同时调整磨粒的突出量，在保证丝锯表面容屑能力的同时提高对金刚石把持力。镀镍溶液选择瓦特型镀液，主要包括硫酸镍、氯化镍、硼酸等。瓦特型镀液具有成本低、镀液稳定、易于维护等优点，同时镀层脆性及内应力较小，特别适合于有弯曲运动的电镀金刚石锯丝。

综上，本发明丝锯，使用低熔点的金属合金粉作为粘接剂，增加了钢丝与磨削层的结合强度，提高了丝锯机械性能；采用钢丝直接电加热，既提高了生产效率，同时降低了制造成本。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种低熔点金属粘接剂，其特征在于，其组分及重量百分比含量为：

10～20%的Cu，2～15%的Ti，其余为Sn；

其中，Cu的粒径为20～30μm，Ti的粒径为20～30μm，Sn的粒径为20～30μm；该金属粘接剂的熔点为250～350℃。

2.一种金属粘接的金刚石丝锯，其特征在于：采用下列步骤制造：

步骤二、将粒径为23-75μm的金刚石颗粒，先用体积比为1:1的盐酸水溶液清洗，再用稀氢氧化钠溶液碱洗后，水洗至中性，最后烘干；

步骤三、将下述组分按照重量百分比配制金属粘接剂：10～20%的Cu，2～15%的Ti，其余为Sn；其中，Cu的粒径为20～30μm，Ti的粒径为20～30μm，Sn的粒径为20～30μm，该金属粘接剂的熔点为250～350℃；

步骤六、按照下列成份及质量-体积浓度制备瓦特型镀镍溶液：硫酸镍230～280g/L，氯化镍25～35g/L，硼酸25～35g/L,1,4-丁炔二醇1～1.5g/L，十二烷基硫酸钠0.10～0.15g/L；

3.根据权利要求2所述的一种金属粘接的金刚石丝锯，其特征在于，在所述步骤五中，钢丝通电后加热至300～400℃,1.5～2.5分钟。

4.根据权利要求2所述的一种金属粘接的金刚石丝锯，其特征在于，钢丝表面上金属粘接剂和镀镍层的总厚度是金刚石粒径的1/3和1/2之间。