专利名称：一种制备高性能金刚石线锯的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种高性能金刚石线锯的制备方法，特别是指一 种制备高性能金刚石线锯的生产工艺，涉及材料表面合金化及电镀技 术领域。
背景技术：
硬脆材料包括各种石材、宝石、玻璃、硅晶体、石英晶体、硬 质合金、陶瓷、稀土磁性材料等。硬脆材料大多为非导电体或半导体, 通常具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高抗蚀性、高抗氧化性、高电 阻率、耐高温、不导磁等性能。由于硬脆材料具有许多金属材料难以 比拟的优良特性,因此其应用范围已由建筑业、工艺品制造业等逐渐 扩展到航天、机械、汽车、轻工、化工等工业领域(如用玛瑙、宝石
等制造轴承;用工程陶瓷制造切削刀具等)。硬脆材料的推广应用对其 加工技术提出了更高要求。切割加工是硬脆材料加工的关键工序，其
主要工艺要求为高效率、低成本、窄切缝(材料利用率高)、无损
伤、无环境污染等。受硬脆材料特性的限制，可供选用的切割方法主 要有金刚石鋸片切割(包括金刚石框架锯、金刚石带锯等)、激光束切 割等。这些切割方法各具优点，也各有其局限性，如金刚石锯片切割 一般不能切割曲线，且切缝较宽，出材率较低，不适于对贵重材料进
4行精密切割。激光束切割的适用范围较广，但切割深度有限，若采用 大功率激光器，则激光与工件间产生的高温等离子体会明显降低加工 效率，增加熔融物的排出难度，且设备投资费用昂贵。
金刚石线锯是加工硬脆材料的一种好工具，金刚石线锯可以根
据需要制成不同的直径和长度；可以安装在不同的设备上形成不同的 加工方式，如往复循环(锯架)式、高速带锯式、线切割式等。对硬 脆材料的加工，可以切割薄片，加工曲面，研修小孔，应用前景十分 广阔。金刚石线通常是采用电镀的方法在金属丝(线)基体上沉积一层 金属(一般为镍及镍钴合金)，并在沉积的金属内固结金刚石磨料制 成。金属镀层是结合剂，金刚石磨料用于切削加工。由于金刚石为非 导电体，在电镀过程中，金刚石与电镀基体镍的结合是通过钢丝线对 金刚石颗粒的吸附完成的，致使金刚石在电镀镍基体中分布不均一， 团聚现象严重；金刚石占镀层质量百分比低，电镀速度慢；特别是金 刚石与镍基体结合为机械结合而非冶金结合，基体对金刚石颗粒把持 力弱，致使工作切削过程中金刚石易于剥落，金刚石线锯使用寿命短。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种金刚石在电 镀镍基体中分布均匀，金刚石占镀层质量百分比较高，电镀速度慢， 金刚石与镍基体之间为冶金结合，基体对金刚石颗粒把持力强，使用 寿命长的制备高性能金刚石线锯的生产工艺。
本发明是采用下述方案实现的 一种制备高性能金刚石线锯的生第一步金刚石表面合金化
取粒度为10um-150um的金刚石与粒度为2 5um的氧化钨按
重量比金刚石氧化钨=1: (3 3.5)均匀混合置于管式炉中加热
至650°C~900°C，向管式炉中通入露点为一25。C 一35。C的氢 气，保温0.5-2.0小时；氧化钩优先与水汽反应形成高挥发性的水合 氢氧化钨气体，所述水合氢氧化钨气体被氢还原形成高活性钨原子， 并被吸附在金刚石颗粒表面与金刚石反应，形成厚度为5~20um的
W-W2C-金刚石表面层的表面金属化金刚石颗粒原料； 第二步电镀液配制
取第一步所得表面合金化金刚石与瓦特型镀镍溶液按重量比:金 刚石镀镍溶液=d.5 2): 100混合均匀组成金刚石悬浊液；
第三步预电镀
将第二步所得电镀液置于镀槽中，采用镍板作为阳极，钢丝线作
为阴极，电镀电压为2.15 3.50V，电镀时间为2 3.5分钟后，
将钢丝进行清水漂洗、烘干；使表面金属化钨的金刚石在电场作用下
做电泳运动电沉积在钢丝线表面，同时金属镍也电镀到钢丝线表面。
本发明中，所述步骤第一步中，金刚石颗粒经过10%Na(〇H) 水溶液去油，清水漂洗，然后，用5%王水酸洗，除去金刚石表面的 杂质。
本发明中，将所述步骤第三步预电镀后的钢丝置于以瓦特型镀镍 溶液为电镀液的镀槽中进行电镀镍层加厚，电镀时间为4.0 6.5分钟，进一步固化金刚石颗粒。
本发明中，所述步骤第三步中，钢丝线经过碱洗除油、酸洗除锈 活化处理。
本发明由于采用上述工艺方法，利用氧化钨作前驱体，在650° C 900。C下与含微量水的氢气作用，发生钨的汽化-还原反应形成高 挥发性的水合氢氧化钨气体后被氢还原形成高活性钩原子，并被吸附 在金刚石颗粒表面扩散至金刚石中，形成厚度为5~20um的W-W2C-金刚石复合结构的金刚石颗粒，实现金刚石表面层的金属化；然后， 采用表面金属化金刚石作原料配制电镀镍瓦特溶液，在对钢丝绳电镀 镍的过程中，表面合金化金刚石在电场作用下，与电镀镍过程的同时 表面合金化金刚石作电泳运动镀覆到钢丝绳表面。基于W-Ni相容性 形成的优异冶金结合界面，制备出的金刚石线锯中，金刚石颗粒均匀 地分布在电镀镍基体上，镍基体牢固地把持金刚石颗粒。合金化金刚 石颗粒由电镀镀覆到钢丝绳表面与基体镍形成良好的化学键结合；加 之Ni-W合金化使表面镀钨合金化金刚石颗粒的表面与电镀镍基体形 成冶金结合，所以，承担切削任务的金刚石颗粒被基体牢固把持，金 刚石线锯的服役性能，特别是使用寿命大幅度提高。
与现有制备方法相比，本发明具有以下优点
K对金刚石线锯用金刚石进行表面镀钨金属化处理，使金刚石 成为导电体，电镀时在电场作用下表面金属化金刚石做电泳运动，在 钢丝线表面均匀、浓度可控地电沉积，牢固与钢丝线结合。
2、采用镀钨表面金属化金刚石作为原料制备金刚石线锯，基于金刚石颗粒表面形成W-W2C-金刚石表面层和Ni-W合金化，形成金 刚石颗粒与基体镍界面的冶金结合，保证镍基体牢固地把持金刚石线 锯的切削刃一金刚石颗粒，使金刚石线锯获得更强的切削性，更长的 使用寿命。
3、由于金刚石进行了电镀前的前处理，能适应大范围粒径的金 刚石，粒径可在10um-150um选择； 4、 对金刚石线锯用金刚石进行表面镀钩金属化处理，使金刚石 成为导电体，能够方便的控制金刚石在镀层中的含量，同时可以大幅 度的提高电镀生产效率，使得电镀走速度可以达到l-20m/min:。
综上所述，本发明一种制备高性能金刚石线锯的方法，采用镀钨 表面合金化金刚石作为原料，通过电场作用，合金化金刚石和基体镍 进行复合电镀，制备的金刚石线锯具有金刚石颗粒分布均匀，金刚石 占镀层质量百分比高，电镀速度快，金刚石与镍基体之间为冶金结合, 显著提高基体对切削刃金刚石颗粒的把持能力，大幅度提高金刚石线 锯的切削能力和使用寿命。适于工业化生产，可替代现有金刚石线锯 生产工艺。
具体实施例方式
实施例1
第一步金刚石表面合金化
取平均粒度为15um、经过107。Na(OH)水溶液去油，清水漂洗， 然后，用5%王水酸洗，除去金刚石表面杂质的金刚石与平均粒度为3um的氧化钩按重量比金刚石氧化钨l: 3.5均匀混合置于管式
炉中加热至650°C 660°C，向管式炉中通入露点为一25。C--
26。C的氢气，保温0.5 0.6小时；原钢丝线直径为0.16mm，在金 刚石颗粒表面形成一层总厚度为5um的金属钨；
第二步电镀液配制
取第一步所得表面合金化金刚石与瓦特型镀镍溶液按重量比:金 刚石镀镍溶液=1，8: 100混合均匀组成金刚石悬浊液；
第三步电镀
将第二步所得电镀液置于镀槽中，采用镍板作为阳极，经过碱 洗除油、酸洗除锈活化处理的钢丝线作为阴极，电镀电压为2.15
2.20V，电镀时间为3分钟，将预电镀后的钢丝置于以瓦特型镀镍溶 液为电镀液的镀槽中进行电镀镍层加厚5.5分钟，然后，将钢丝进行 清水漂洗、烘干；得到金刚石线锯直径为0.230mm (土0.005mm)， 金刚石线锯拉伸强度保持为原裸丝的81.5% (原钢丝绳裸丝强度为 72N)。采用制备的高性能金刚石线锯在往复式金刚石线锯机上切割 蓝宝石，切割走线速度为900m/min，实施120片同步切割。切缝 S0.2um,切片翘曲度^5um，经过两次切割，线径磨损^0.0002mm， 有效使用寿命为8次。。采用日本产线径为0.18um树脂粘金刚石线对 比切割，切割寿命为3次。 实施例2
第一步金刚石表面合金化取平均粒度为70um、经过10冗Na(OH)水溶液去油，清水漂洗， 然后，用5%王水酸洗，除去金刚石表面杂质的金刚石与粒度为4.0
的氧化钨按重量比金刚石氧化钨l: 3.0均匀混合置于管式炉中
加热至750°0760° C，向管式炉中通入露点为一29。C--30°C的
氢气，保温0.9 1.0小时；原钢丝线直径为0.18mm,在金刚石颗粒 表面形成一层总厚度为3 5um的金属钨； 第二步电镀液配制
取第一步所得表面合金化金刚石与瓦特型镀镍溶液按重量比:金 刚石镀镍溶液=2.0: 100混合均匀组成金刚石悬浊液；
第三步电镀
将第二步所得电镀液置于镀槽中，采用镍板作为阳极，经过碱 洗除油、酸洗除锈活化处理的钢丝线作为阴极，电镀电压为2.6
2.7V，电镀时间为3.5分钟，将预电镀后的钢丝置于以瓦特型镀镍溶 液为电镀液的镀槽中进行电镀镍层加厚4.0分钟，然后，将钢丝进行 清水漂洗、烘干；得到金刚石线锯直径为0.240咖(土0.005mm)，金 刚石线锯拉伸强度保持为原裸丝的80%(原钢丝绳裸丝强度为78N)。 采用制备的高性能金刚石线锯在往复式金刚石线锯机上切割割磁性 材料，切割走线速度为900m/min，实施80片同步切割。切缝 S0.25um，切片翘曲度^5um，经过两次切割，线径磨损《0.0002mm， 有效使用寿命为10次。。采用日本产线径为0.18um树脂粘金刚石线 对比切割，切割寿命为3次。
实施例3第一步金刚石表面合金化
取平均粒度为140um、经过10冗Na(OH)水溶液去油，清水漂 洗，然后，用5%王水酸洗，除去金刚石表面杂质的金刚石与平均粒 度为2.5um的氧化钨按重量比金刚石氧化钨l: 3.2均匀混合置于 管式炉中加热至890°C~900°C，向管式炉中通入露点为一34。C —35。C的氢气，保温1.9 2.0小时；原钢丝线直径为0.160mm，在 金刚石颗粒表面形成一层总厚度为15um的金属钨；
第二步电镀液配制
取第一步所得表面合金化金刚石与瓦特型镀镍溶液按重量比:金 刚石镀镍溶液=1.5: 100混合均匀组成金刚石悬浊液；
第三步电镀
将第二步所得电镀液置于镀槽中，采用镍板作为阳极，经过碱 洗除油、酸洗除锈活化处理的钢丝线作为阴极，电镀电压为3.4
3.5V，电镀时间为2分钟，将预电镀后的钢丝置于以瓦特型镀镍溶液 为电镀液的镀槽中进行电镀镍层加厚6.5分钟，然后，将钢丝进行清 水漂洗、烘干；得到金刚石线锯直径为0.240咖(土0.005咖)，金刚 石线锯拉伸强度保持为原裸丝的75% (原钢丝绳裸丝强度为76N)。 采用制备的高性能金刚石线锯在往复式金刚石线锯机上切割割磁性 材料，切割走线速度为900m/min，实施101片同步切割。切缝 《0.25um，切片翘曲度《5um,经过4次切割，线径磨损^0.0003mm， 有效使用寿命为12次。采用日本产线径为0.18um树脂粘金刚石线对 比切割，切割寿命为4次。
权利要求
1、一种制备高性能金刚石线锯的生产工艺，包括以下步骤第一步金刚石表面合金化取粒度为10um-150um的金刚石与粒度为2～5um的氧化钨按重量比金刚石∶氧化钨＝1∶(3～3.5)均匀混合置于管式炉中加热至650℃～900℃，向管式炉中通入露点为-25℃～-35℃的氢气，保温0.5～2.0小时；氧化钨优先与水汽反应形成高挥发性的水合氢氧化钨气体，所述水合氢氧化钨气体被氢还原形成高活性钨原子，并被吸附在金刚石颗粒表面与金刚石反应，形成厚度为5～20um的W-W2C-金刚石表面层的表面金属化金刚石颗粒原料；第二步电镀液配制取第一步所得表面合金化金刚石与瓦特型镀镍溶液按重量比金刚石∶镀镍溶液＝(1.5～2)∶100混合均匀组成金刚石悬浊液；第三步预电镀将第二步所得电镀液置于镀槽中，采用镍板作为阳极，钢丝线作为阴极，电镀电压为2.15～3.50V，电镀时间为2～3.5分钟后，将钢丝进行清水漂洗、烘干；使表面金属化钨的金刚石在电场作用下做电泳运动电沉积在钢丝线表面，同时金属镍也电镀到钢丝线表面。
2、 根据权利要求1所述的一种制备高性能金刚石线锯的生产工 艺其特征在于所述步骤第一步中，金刚石颗粒经过107。Na(OH)水溶液去油，清水漂洗，然后，用5%王水酸洗，除去金刚石表面的杂 质。
3、 根据权利要求1所述的一种制备高性能金刚石线锯的生产工艺其特征在于将所述步骤第三步预电镀后的钢丝置于以瓦特型镀镍溶液为电镀液的镀槽中进行电镀镍层加厚，电镀时间为4.0 6.5分 钟，进一步固化金刚石颗粒。
4、 根据权利要求1所述的一种制备高性能金刚石线锯的生产工 艺其特征在于所述步骤第三步中，钢丝线经过碱洗除油、酸洗除锈 活化处理。
全文摘要
一种制备高性能金刚石线锯的生产工艺，包括以下步骤首先，利用金刚石与氧化钨在650℃～900℃与水蒸汽、氢气反应，在金刚石表面形成W-W<sub>2</sub>C层，实现金刚石表面合金化钨；然后，将表面合金化钨的金刚石与瓦特型镀镍溶液配制成电镀液，以镍板作为阳极，钢丝线作为阴极进行电镀；使表面金属化钨的金刚石在电场作用下做电泳运动电沉积在钢丝线表面，同时金属镍也电镀到钢丝线表面。本发明制备的金刚石线锯具有金刚石颗粒分布均匀，金刚石占镀层质量百分比高，电镀速度快，金刚石与镍基体之间为冶金结合，显著提高基体对切削刃金刚石颗粒的把持能力，大幅度提高金刚石线锯的切削能力和使用寿命。适于工业化生产，可替代现有金刚石线锯生产工艺。
文档编号C25D7/06GK101591796SQ200910043380
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者刘纯辉, 匡怡新, 楠 吝, 永 周, 杨辉煌, 段志明, 熊佳海, 贺跃辉, 陈豫章 申请人:长沙岱勒金刚石制品有限公司