专利名称：高耐磨线锯的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种切割工具的制造方法，特别是涉及一种适用于切割硅晶、石英及石材等高硬脆材料的高耐磨线锯的制造方法。
背景技术：
随着工业现代化与科学技术的发展，具有硬度高、脆性大、高耐磨性、高电阻率与不导磁等性能的硬脆材料在各个领域的应用日益广泛。一般常见的硬脆材料如，硅晶体、石英晶体、各种石材、宝石、玻璃、陶瓷、稀土磁性材料与硬质合金等，其应用范围除了建筑石材、工艺品制造等一般民生工业外，也扩展到微电子、光电子、航空、半导体等高科技工业。配合各应用领域的技术水准的提升，对硬脆材料的加工技术的要求也越来越高，而切割加工是其中相当重要的加工技术。然而，受限于硬脆材料特性，可供使用的切割方法主要有后列三种:(I)将刀片制成环状薄片状，并以电镀有金刚石磨料的内圆部分作为切割刃口的金刚石内圆切片技术。(2)将金属锯丝缠绕在两个线轴上形成相互平行的网状加工，并将带有磨料(金刚石或碳化硅)的浆料施加到切割区域，以通过锯丝、磨料与硅晶体之间的三体磨损实现材料的锯切加工的往复式自由磨料线锯切片技术。(3)将金刚石磨料固结在锯丝上，利用固结在锯丝上的磨料与工件材料之间的二体磨损原理的往复式固结磨料线锯切割技术。其中，使用固结有金刚石磨料的线锯进行加工时，由于其对工件表面损伤小、挠曲变形小、切片薄、片厚一致性佳，并具有能切割大尺寸硅锭、省材料、效益高、产量大与效率高等优势而逐渐成为大尺寸半导体和光电池薄片等原料切割加工的工具主流。为了使线锯产生有效的切削作用，并能承受较大的切削力以进行较长时间的切削加工，必须使磨料能牢固地固定在金属线材上，虽然现在已有滚压嵌入方式、挤压或冲压方式、金属结合剂焊接、树脂粘结剂烧结与电化学沉积等用于制造固结金刚石磨料线锯的方法，但前述方法所制出的线锯仍存有种种不足处，由于磨料与线材结合的牢固性是会影响到线锯表现性能的一个重要因素，为了提供具有高性能、高可靠度与使用寿命长的切割工具，目前仍有持续开发能达成上述要求的线锯的制造方法的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使磨料牢固地结合在线材上而能提供较佳切割性能与较长使用寿命的高耐磨线锯的制造方法。本发明的高耐磨线锯的制造方法，包含下列步骤:一、提供一个磨料组份，该磨料组份包括多个复合磨料颗粒，每一个复合磨料颗粒各具有一个磨料主体，及一层包覆结合在该磨料主体外表面的金属披覆层；二、提供一个金属线材；三、使该磨料组份的复合磨料颗粒均匀分布于一电镀液中配制为一上砂电镀液，再以急速加压喷镀方式配合施加电流使该上砂电镀液在该线材表面形成一结合所述复合磨料颗粒的上砂金属镀层，使所述复合磨料颗粒初步固定于线材表面；及
四、对已初步固定有复合磨料颗粒的线材进行一电镀处理，以在该上砂金属镀层上再形成一层加厚金属镀层而使所述复合磨料颗粒平均粒径的1/3至2/3的部分被埋在镀层中，就能制得一个高耐磨线锯产品。本发明的有益效果在于:通过步骤一使用表面已包覆结合有金属披覆层的复合磨料颗粒作为磨料组份，使所述复合磨料颗粒在步骤三、步骤四透过电镀方式结合至线材时，除了能透过金属镀层与线材形成牢固而稳定的结合外，还能利用其金属披覆层与金属镀层同为金属材质的特性产生更强固紧密的结合力，借此，可提高所述复合磨料颗粒的固结力，在切割加工时较不易脱落且能承受更长久的切削力作用，因而使所制得的线锯产品具有耐磨性佳的使用特性。
图1为本发明一个较佳实施例的高耐磨线锯的制造方法的流程图；图2是显示该较佳实施例通过一个上砂电镀设备与一个固砂电镀设备对一个线材进行上砂电镀与固砂电镀的情形的示意图；图3是显示通过该较佳实施例所制得的一个线锯产品的结构的剖视示意图；图4是显示通过本发明的制造方法所制得的一个线锯产品的外观情形的局部放大图，;图5是显示将图4所示的线锯产品缠绕弯折后的外观情形的局部放大图。
具体实施例方式为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式
，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。参阅图1、图2与图3，本发明一根较佳实施例的高耐磨线锯的制造方法包含下列步骤:步骤201是提供一个磨料组份，该磨料组份包括多个复合磨料颗粒3，每一个复合磨料颗粒3各具有一个磨料主体30，及一层包覆结合在该磨料主体30外表面的金属披覆层31。较佳地，所述复合磨料颗粒3的磨粒主体30是由一选自下列群组中的材质所制成:钻石、立方氮化硼、碳化硅及碳化钨，且较佳是选用粒径范围在10 μ m 200 μ m。在本实施例中，所述复合磨料颗粒3的金属披覆层31是以化学电镀方式包覆结合在该磨料主体30的表面。由于镍的硬度较高(HV240 500)，化学稳定性佳，在此是选用镍作为该金属披覆层31的材质，且该金属披覆层31的厚度较佳为0.1 μ m 19 μ m。此外，完成化学电镀所获得的该磨料组份的每一个复合磨料颗粒3的金属披覆层31的平均重量为单一个复合磨料颗粒3平均重量的10% 60%。在本发明中所使用的磨料组份中的复合磨料颗粒3的规格为:该金属披覆层31的平均重量为单一个复合磨料颗粒3平均重量的30%。步骤202是提供一个金属线材4，并对该金属线材4进行镀前处理，以将该线材4表面清洗干净。该金属线材4可以由一自下列群组中的材料所制成:不锈钢线、琴钢线、镀黄铜不锈钢线、镀黄铜琴钢线、镀镍不锈钢线，及镀镍琴钢线。该线材4较佳是选用线径0.1mm 0.5mmο进行镀前处理的主要目的是去除该线材4表面的污物和不良组织，以利后续电镀程序所产生的镀层对线材4附着良好紧密而不易脱落，例如，可通过有机溶剂、碱性化学药齐U、电化学、超声波及热水洗等其中至少一种方式去除附着在该线材4表面的油污，如果要使线材4在后续的电镀程序中能与镀层形成更牢固的结合，还可进行弱浸蚀(又称为阴极活化)，即在线材4进行电镀前再以98%的浓硫酸去除该线材4表面极薄的一层氧化膜，使线材4的金相组织暴露在外而活化其表面的处理程序，借此，使预镀的金属粒子能直接在活化的表面上沉积，进而使该线材4与镀层间形成牢固的结合。在本发明所用的线材4为表面光滑而平整的不锈钢线或琴钢线成品，通常只需进行清除表面脏污的清洗程序就能供后续的电镀程序使用。需要补充说明的是，根据所选用的线材4材料的化学成分、力学性能、表面加工状态、表面氧化物、油污性质和粘污程度的不同，可能需要进行不同的镀前处理，例如，对于表面不平整或存放时间较久的线材可能还要进行磨光、抛光、滚光、刷光等机械加工、强浸蚀及电解抛光等处理使其表面平整后，再进行除油、除锈、去除氧化皮及表面不良组织等处理程序。步骤203是使该磨料组份的复合磨料颗粒3均匀分布于电镀液50中配制为一上砂电镀液，再以急速加压喷镀方式配合施加电流使该上砂电镀液在该线材4表面形成一层结合所述复合磨料颗粒3的上砂金属镀层51，借此，就能使所述复合磨料颗粒30初步固定于线材4表面。在本实施例中，是利用一个上砂电镀设备7进行上砂电镀，并在该上砂电镀设备7的一个电镀液槽体71中配制该上砂电镀液，及使用一个涡轮搅拌机72进行搅拌使所述复合磨料颗粒3能在电镀液50中均匀分布，再利用二个泵装置73及配合施加电流使该上砂电镀液被急速加压并喷镀于该线材4上。较佳地，该上砂电镀液主要包含5 100g/l通过持续搅拌而能以悬浮状态分布的复合磨料颗粒3，并包含40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的湿润剂，以及550 650ml/I的电镀主成分，该电镀主成分为一选自下列群组中的物质:氨基磺酸镍、硫酸镍、氯化镍，以及前述物质的组合。该上砂电镀液中的硼酸主要是用来平衡药水PH，使该电镀液中的pH稳定进而获得品质稳定的电镀效果，该湿润剂则是用来消除在电镀过程中可能在镀层表面生成的氢气泡，使所形成的镀层外观平整，而有较佳的镀层品质。在进行上砂电镀时，是使该电镀液50的温度维持在50 60°C，将其酸碱值(pH)控制在3.2 4.5，并使其比重维持在32 38° Be的范围内。电镀时，若温度低于50°C，由于电阻及电压会增加，易造成电镀密着性不良，而影响镀层结构的致密性，若温度高于60°C，则可能使药水中的部分成分解离，同样会影响到电镀品质，因此，较佳是使该电镀液50的温度维持在50 60°C的范围内。此外，若电镀液的pH偏低，则所形成的镀层易产生锈蚀，可能导致产品的使用寿命与耐用性变差，若电镀液的PH过高则所形成的镀层易脆，同样会影响镀层结构的稳定性，因此，较佳是将电镀液50的酸碱值(pH)控制在3.2 4.5的范围内。步骤204是在一个固砂电镀设备8中利用所配制的固砂电镀液60对已初步固定有复合磨料颗粒3的线材4再进行增加镀层厚度的电镀处理，以在该上砂金属镀层51上再形成一层加厚金属镀层61而使所述复合磨料颗粒3平均粒径的1/3至2/3的部分被埋在上砂金属镀层51、加厚金属镀层61中，进而使所述复合磨料颗粒3能牢固且不易脱落地结合在该上砂金属镀层51、加厚金属镀层61中，借此，就能制得一个高耐磨线锯产品100。其中，该固砂电镀液60主要包含40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的湿润剂，以及550 650ml/l的电镀主成分,该电镀主成分为一选自下列群组中的物质:氨基磺酸镍、硫酸镍、氯化镍，以及前述物质的组合。该固砂电镀液中的硼酸与湿润剂的主要作用与上砂电镀液所述者相同，在此不再赘述。此外，在进行固砂电镀时，也是使该固砂电镀液60的温度维持在50 60°C，并将其酸碱值(PH)控制在3.2 4.5，及使其比重维持在32 38° Be的范围内，以获得良好的电镀品质。如步骤203所述，若电镀液的温度与酸碱值低于下限或高于上限，会影响到镀层品质与其结构稳定性，因此，电镀过程中，宜使该固砂电镀液60的温度维持在50 60°C，并将其酸碱值(PH)控制在3.2 4.5。步骤205是对所制得的高耐磨线锯产品100再进行清洗与干燥处理，以去除前述制程附着在该线锯产品100表面的杂质。其中，在步骤203所提到的上砂电镀，以及步骤204所提到的固砂电镀皆为现有电镀技术，在此不再详述。<具体例1>(I)提供一包括多个复合磨料颗粒的磨料组份,每一个复合磨料颗粒包括一个钻石材质的磨料主体，及一层包覆结合在该磨料主体外表面的镍金属披覆层，且所用磨料规格为该磨料主体(在此是使用不规则形状的钻石颗粒)的尺寸为其粒径宽度最窄处约
0.025 0.082mm，最宽处约为0.091mm 0.181mm，并选用该镍金属披覆层的平均重量为单一个复合磨料颗粒平均重量的30%。(2)提供一个不锈钢材质的金属线材，在此所用的线材规格为琴钢线(型号:SWP-A)，其线径约为0.16mm，截面积约为0.0201mm2。(3)进行上砂电镀(在此为上钻电镀)程序，配制上砂电镀液，再以急速加压喷镀方式并施加电流使前述的复合磨料颗粒均匀分布并固定在该线材上，进行上砂电镀时间约3 30秒。配制完成的上砂电镀液中含有580ml/l的氨基磺酸镍、45g/l的硼酸、0.3ml/l的湿润剂及50g/l的磨料颗粒(镀镍钻石)，并使该上砂电镀液的温度维持在约58°C，及调整其PH为4.0，比重为34° Be。(4)进行固砂电镀(在此为固钻电镀)程序，配制固砂电镀液，继续对已初步结合有复合磨料颗粒的线材进行电镀以加厚镀层并使所述复合磨料颗粒更稳固地结合在镀层上，当复合磨料颗粒约1/3至2/3部分被埋在镍镀层中即完成固砂电镀，并能获得线锯产品。其中，配制完成的固砂电镀液中含有580ml/l的氨基磺酸镍、45g/l的硼酸及0.3ml/l的湿润剂，且同样使该固砂电镀液的温度维持在约58°C，并调整其pH为4.0,比重为34° Be。(5)对该线锯产品进行清洗与干燥，去除附着在其表面的杂质，就能获得可用于高硬度材料切割的线锯成品。< 结果 >对在〈具体例 > 所获得的线锯成品量测其外径(结合有复合磨料颗粒的状态下进行测量)为0.22 0.26mm。且参照ASTM E8及JIS Z2241标准方法对该线锯成品进行测试的结果显示，该线锯成品可承受的拉力范围为2150 3400N/mm2，由于一般业界所要求的拉力规格为2100 3500N/mm2，故本制造方法所制出的线锯具有符合实用标准的拉力强度。另外，再以工业显微镜针对其外观进行观察，结果如图4所示，显示线材表面均匀披覆有一镍镀层，且该镍镀层上结合有多个凸起状的复合磨料颗粒，其外表未出现任何镀层剥离或磨料颗粒掉落的情形。再对该线锯进行缠绕与弯折后，再对其外观进行观察，结果如图5所示，亦未出现镀层剥离或磨料颗粒掉落的情形，据此说明经本发明制造方法所获得的线锯产品即使承受外力弯折扭转，该镀层仍然紧密地结合于线材上，且所述复合磨料颗粒也牢固地结合在镀层上。归纳上述，本发明高耐磨线锯的制造方法，能够获致下述的功效及优点，因而能达到本发明的目的:本发明通过在步骤201使用表面已包覆结合有金属披覆层31的复合磨料颗粒3作为磨料组份，借此，使所述复合磨料颗粒3在后续的电镀程序中，除了能随着上砂金属镀层51、加厚金属镀层61结合至线材4上外，还能利用其金属披覆层31与线材4上的上砂金属镀层51、加厚金属镀层61同为金属材质的特性产生更强固紧密的结合力，以提高所述复合磨料颗粒3与上砂金属镀层51、加厚金属镀层61的固结力，借此，应用在切割加工时所述复合磨料颗粒3更不易脱落且能延长其承受切削作用力的时间，使所制得的线锯产品100能提供更高的耐磨性与更长使用寿命而有较佳的实用效益。应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种高耐磨线锯的制造方法；其特征在于，该制造方法包含下列步骤: 一、提供一个磨料组份，该磨料组份包括多个复合磨料颗粒，每一个复合磨料颗粒各具有一个磨料主体，及一层包覆结合在该磨料主体外表面的金属披覆层； 二、提供一个金属线材； 三、使该磨料组份的复合磨料颗粒均匀分布于电镀液中以配制为一上砂电镀液，再以急速加压喷镀方式配合施加电流使该上砂电镀液在该线材表面形成一个结合所述复合磨料颗粒的上砂金属镀层，使所述复合磨料颗粒初步固定于线材表面；及 四、对已初步固定有复合磨料颗粒的线材进行电镀处理，以在该上砂金属镀层上再形成一层加厚金属镀层而使所述复合磨料颗粒平均粒径的1/3至2/3的部分被埋在金属镀层中，以制得一个高耐磨线锯产品。
2.如权利要求1所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤一中，所述复合磨料颗粒的磨料主体的粒径为10 μ m 200 μ m,包覆结合在每一个复合磨料颗粒的磨料主体外表面的金属披覆层的厚度为0.1 μ m 19 μ m，且每一复合磨料颗粒的金属披覆层的平均重量为单一个复合磨料颗粒平均重量的10% 60%。
3.如权利要求2所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤一中，该磨料组份的每一个复合磨料颗粒的金属披覆层的平均重量为单一个复合磨料颗粒平均重量的30%。
4.如权利要求2所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤二中所用的线材的线径为0.1mm 0.5_。
5.如权利要求1所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤一中，所述复合磨料颗粒的磨料主体是由一选自下列群组的材质所制成:钻石、立方氮化硼、碳化硅及碳化钨。
6.如权利要求5所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤一中，所述复合磨料颗粒的金属披覆层是以化学电镀方式包覆结合在该磨料主体的表面。
7.如权利要求1所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤二中，对该线材进行一镀前处理以将该线材表面清洗干净。
8.如权利要求1所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤三中，该上砂电镀液包含5 100g/l以悬浮状态分布的复合磨料颗粒，40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的湿润剂，以及550 650ml/l的电镀主成分，该电镀主成分为一选自下列群组中的物质:氨基磺酸镍、硫酸镍、氯化镍，以及前述物质的组合。
9.如权利要求8所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤四中，是配制固砂电镀液进行电镀处理，该固砂电镀液包含40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的湿润剂，以及550 650ml/l的电镀主成分,该电镀主成分为一选自下列群组中的物质:氨基磺酸镍、硫酸镍、氯化镍，以及前述物质的组合。
10.如权利要求1所述的高耐磨线锯的制造方法，其特征在于:在步骤二中的金属线材为一自下列群组中的材料所制成:不锈钢线、琴钢线、镀黄铜不锈钢线、镀黄铜琴钢线、镀镍不锈钢线，及镀镍琴钢线。
全文摘要
一种高耐磨线锯的制造方法，包含提供一个包括多个复合磨料颗粒的磨料组份，每一个复合磨料颗粒各具有一个磨料主体，及一层包覆结合在该磨料主体外表面的金属披覆层，再提供一个线材，使该磨料组份的复合磨料颗粒初步固定于线材表面，并对已初步固定有复合磨料颗粒的线材进行一个电镀处理，以使所述复合磨料颗粒平均粒径的1/3至2/3的部分被埋在金属镀层中，进而牢固地结合在该线材上，就能获得一个线锯产品。通过使用表面已包覆结合有金属披覆层的复合磨料颗粒，能利用其金属披覆层与金属镀层间的强固结合力，使所制得的线锯产品具有高耐磨的特性。
文档编号B23D61/18GK103192461SQ201210000208
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者廖本添 申请人:森茂科技股份有限公司