專利名稱：高耐磨線鋸的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種切割工具的制造方法，特別是涉及一種適用于切割硅晶、石英及石材等高硬脆材料的高耐磨線鋸的制造方法。
背景技術：
隨著工業(yè)現(xiàn)代化與科學技術的發(fā)展，具有硬度高、脆性大、高耐磨性、高電阻率與不導磁等性能的硬脆材料在各個領域的應用日益廣泛。一般常見的硬脆材料如，硅晶體、石英晶體、各種石材、寶石、玻璃、陶瓷、稀土磁性材料與硬質(zhì)合金等，其應用范圍除了建筑石材、工藝品制造等一般民生工業(yè)外，也擴展到微電子、光電子、航空、半導體等高科技工業(yè)。配合各應用領域的技術水準的提升，對硬脆材料的加工技術的要求也越來越高，而切割加工是其中相當重要的加工技術。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種:(I)將刀片制成環(huán)狀薄片狀，并以電鍍有金剛石磨料的內(nèi)圓部分作為切割刃口的金剛石內(nèi)圓切片技術。(2)將金屬鋸絲纏繞在兩個線軸上形成相互平行的網(wǎng)狀加工，并將帶有磨料(金剛石或碳化硅)的漿料施加到切割區(qū)域，以通過鋸絲、磨料與硅晶體之間的三體磨損實現(xiàn)材料的鋸切加工的往復式自由磨料線鋸切片技術。(3)將金剛石磨料固結在鋸絲上，利用固結在鋸絲上的磨料與工件材料之間的二體磨損原理的往復式固結磨料線鋸切割技術。其中，使用固結有金剛石磨料的線鋸進行加工時，由于其對工件表面損傷小、撓曲變形小、切片薄、片厚一致性佳，并具有能切割大尺寸硅錠、省材料、效益高、產(chǎn)量大與效率高等優(yōu)勢而逐漸成為大尺寸半導體和光電池薄片等原料切割加工的工具主流。為了使線鋸產(chǎn)生有效的切削作用，并能承受較大的切削力以進行較長時間的切削加工，必須使磨料能牢固地固定在金屬線材上，雖然現(xiàn)在已有滾壓嵌入方式、擠壓或沖壓方式、金屬結合劑焊接、樹脂粘結劑燒結與電化學沉積等用于制造固結金剛石磨料線鋸的方法，但前述方法所制出的線鋸仍存有種種不足處，由于磨料與線材結合的牢固性是會影響到線鋸表現(xiàn)性能的一個重要因素，為了提供具有高性能、高可靠度與使用壽命長的切割工具，目前仍有持續(xù)開發(fā)能達成上述要求的線鋸的制造方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使磨料牢固地結合在線材上而能提供較佳切割性能與較長使用壽命的高耐磨線鋸的制造方法。本發(fā)明的高耐磨線鋸的制造方法，包含下列步驟:一、提供一個磨料組份，該磨料組份包括多個復合磨料顆粒，每一個復合磨料顆粒各具有一個磨料主體，及一層包覆結合在該磨料主體外表面的金屬披覆層；二、提供一個金屬線材；三、使該磨料組份的復合磨料顆粒均勻分布于一電鍍液中配制為一上砂電鍍液，再以急速加壓噴鍍方式配合施加電流使該上砂電鍍液在該線材表面形成一結合所述復合磨料顆粒的上砂金屬鍍層，使所述復合磨料顆粒初步固定于線材表面；及
四、對已初步固定有復合磨料顆粒的線材進行一電鍍處理，以在該上砂金屬鍍層上再形成一層加厚金屬鍍層而使所述復合磨料顆粒平均粒徑的1/3至2/3的部分被埋在鍍層中，就能制得一個高耐磨線鋸產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果在于:通過步驟一使用表面已包覆結合有金屬披覆層的復合磨料顆粒作為磨料組份，使所述復合磨料顆粒在步驟三、步驟四透過電鍍方式結合至線材時，除了能透過金屬鍍層與線材形成牢固而穩(wěn)定的結合外，還能利用其金屬披覆層與金屬鍍層同為金屬材質(zhì)的特性產(chǎn)生更強固緊密的結合力，借此，可提高所述復合磨料顆粒的固結力，在切割加工時較不易脫落且能承受更長久的切削力作用，因而使所制得的線鋸產(chǎn)品具有耐磨性佳的使用特性。


圖1為本發(fā)明一個較佳實施例的高耐磨線鋸的制造方法的流程圖；圖2是顯示該較佳實施例通過一個上砂電鍍設備與一個固砂電鍍設備對一個線材進行上砂電鍍與固砂電鍍的情形的示意圖；圖3是顯示通過該較佳實施例所制得的一個線鋸產(chǎn)品的結構的剖視示意圖；圖4是顯示通過本發(fā)明的制造方法所制得的一個線鋸產(chǎn)品的外觀情形的局部放大圖，;圖5是顯示將圖4所示的線鋸產(chǎn)品纏繞彎折后的外觀情形的局部放大圖。
具體實施例方式為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明。首先需要說明的是，本發(fā)明并不限于下述具體實施方式
，本領域的技術人員應該從下述實施方式所體現(xiàn)的精神來理解本發(fā)明，各技術術語可以基于本發(fā)明的精神實質(zhì)來作最寬泛的理解。圖中相同或相似的構件采用相同的附圖標記表示。參閱圖1、圖2與圖3，本發(fā)明一根較佳實施例的高耐磨線鋸的制造方法包含下列步驟:步驟201是提供一個磨料組份，該磨料組份包括多個復合磨料顆粒3，每一個復合磨料顆粒3各具有一個磨料主體30，及一層包覆結合在該磨料主體30外表面的金屬披覆層31。較佳地，所述復合磨料顆粒3的磨粒主體30是由一選自下列群組中的材質(zhì)所制成:鉆石、立方氮化硼、碳化硅及碳化鎢，且較佳是選用粒徑范圍在10 μ m 200 μ m。在本實施例中，所述復合磨料顆粒3的金屬披覆層31是以化學電鍍方式包覆結合在該磨料主體30的表面。由于鎳的硬度較高(HV240 500)，化學穩(wěn)定性佳，在此是選用鎳作為該金屬披覆層31的材質(zhì)，且該金屬披覆層31的厚度較佳為0.1 μ m 19 μ m。此外，完成化學電鍍所獲得的該磨料組份的每一個復合磨料顆粒3的金屬披覆層31的平均重量為單一個復合磨料顆粒3平均重量的10% 60%。在本發(fā)明中所使用的磨料組份中的復合磨料顆粒3的規(guī)格為:該金屬披覆層31的平均重量為單一個復合磨料顆粒3平均重量的30%。步驟202是提供一個金屬線材4，并對該金屬線材4進行鍍前處理，以將該線材4表面清洗干凈。該金屬線材4可以由一自下列群組中的材料所制成:不銹鋼線、琴鋼線、鍍黃銅不銹鋼線、鍍黃銅琴鋼線、鍍鎳不銹鋼線，及鍍鎳琴鋼線。該線材4較佳是選用線徑0.1mm 0.5mmο進行鍍前處理的主要目的是去除該線材4表面的污物和不良組織，以利后續(xù)電鍍程序所產(chǎn)生的鍍層對線材4附著良好緊密而不易脫落，例如，可通過有機溶劑、堿性化學藥齊U、電化學、超聲波及熱水洗等其中至少一種方式去除附著在該線材4表面的油污，如果要使線材4在后續(xù)的電鍍程序中能與鍍層形成更牢固的結合，還可進行弱浸蝕(又稱為陰極活化)，即在線材4進行電鍍前再以98%的濃硫酸去除該線材4表面極薄的一層氧化膜，使線材4的金相組織暴露在外而活化其表面的處理程序，借此，使預鍍的金屬粒子能直接在活化的表面上沉積，進而使該線材4與鍍層間形成牢固的結合。在本發(fā)明所用的線材4為表面光滑而平整的不銹鋼線或琴鋼線成品，通常只需進行清除表面臟污的清洗程序就能供后續(xù)的電鍍程序使用。需要補充說明的是，根據(jù)所選用的線材4材料的化學成分、力學性能、表面加工狀態(tài)、表面氧化物、油污性質(zhì)和粘污程度的不同，可能需要進行不同的鍍前處理，例如，對于表面不平整或存放時間較久的線材可能還要進行磨光、拋光、滾光、刷光等機械加工、強浸蝕及電解拋光等處理使其表面平整后，再進行除油、除銹、去除氧化皮及表面不良組織等處理程序。步驟203是使該磨料組份的復合磨料顆粒3均勻分布于電鍍液50中配制為一上砂電鍍液，再以急速加壓噴鍍方式配合施加電流使該上砂電鍍液在該線材4表面形成一層結合所述復合磨料顆粒3的上砂金屬鍍層51，借此，就能使所述復合磨料顆粒30初步固定于線材4表面。在本實施例中，是利用一個上砂電鍍設備7進行上砂電鍍，并在該上砂電鍍設備7的一個電鍍液槽體71中配制該上砂電鍍液，及使用一個渦輪攪拌機72進行攪拌使所述復合磨料顆粒3能在電鍍液50中均勻分布，再利用二個泵裝置73及配合施加電流使該上砂電鍍液被急速加壓并噴鍍于該線材4上。較佳地，該上砂電鍍液主要包含5 100g/l通過持續(xù)攪拌而能以懸浮狀態(tài)分布的復合磨料顆粒3，并包含40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的濕潤劑，以及550 650ml/I的電鍍主成分，該電鍍主成分為一選自下列群組中的物質(zhì):氨基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳，以及前述物質(zhì)的組合。該上砂電鍍液中的硼酸主要是用來平衡藥水PH，使該電鍍液中的pH穩(wěn)定進而獲得品質(zhì)穩(wěn)定的電鍍效果，該濕潤劑則是用來消除在電鍍過程中可能在鍍層表面生成的氫氣泡，使所形成的鍍層外觀平整，而有較佳的鍍層品質(zhì)。在進行上砂電鍍時，是使該電鍍液50的溫度維持在50 60°C，將其酸堿值(pH)控制在3.2 4.5，并使其比重維持在32 38° Be的范圍內(nèi)。電鍍時，若溫度低于50°C，由于電阻及電壓會增加，易造成電鍍密著性不良，而影響鍍層結構的致密性，若溫度高于60°C，則可能使藥水中的部分成分解離，同樣會影響到電鍍品質(zhì)，因此，較佳是使該電鍍液50的溫度維持在50 60°C的范圍內(nèi)。此外，若電鍍液的pH偏低，則所形成的鍍層易產(chǎn)生銹蝕，可能導致產(chǎn)品的使用壽命與耐用性變差，若電鍍液的PH過高則所形成的鍍層易脆，同樣會影響鍍層結構的穩(wěn)定性，因此，較佳是將電鍍液50的酸堿值(pH)控制在3.2 4.5的范圍內(nèi)。步驟204是在一個固砂電鍍設備8中利用所配制的固砂電鍍液60對已初步固定有復合磨料顆粒3的線材4再進行增加鍍層厚度的電鍍處理，以在該上砂金屬鍍層51上再形成一層加厚金屬鍍層61而使所述復合磨料顆粒3平均粒徑的1/3至2/3的部分被埋在上砂金屬鍍層51、加厚金屬鍍層61中，進而使所述復合磨料顆粒3能牢固且不易脫落地結合在該上砂金屬鍍層51、加厚金屬鍍層61中，借此，就能制得一個高耐磨線鋸產(chǎn)品100。其中，該固砂電鍍液60主要包含40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的濕潤劑，以及550 650ml/l的電鍍主成分,該電鍍主成分為一選自下列群組中的物質(zhì):氨基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳，以及前述物質(zhì)的組合。該固砂電鍍液中的硼酸與濕潤劑的主要作用與上砂電鍍液所述者相同，在此不再贅述。此外，在進行固砂電鍍時，也是使該固砂電鍍液60的溫度維持在50 60°C，并將其酸堿值(PH)控制在3.2 4.5，及使其比重維持在32 38° Be的范圍內(nèi)，以獲得良好的電鍍品質(zhì)。如步驟203所述，若電鍍液的溫度與酸堿值低于下限或高于上限，會影響到鍍層品質(zhì)與其結構穩(wěn)定性，因此，電鍍過程中，宜使該固砂電鍍液60的溫度維持在50 60°C，并將其酸堿值(PH)控制在3.2 4.5。步驟205是對所制得的高耐磨線鋸產(chǎn)品100再進行清洗與干燥處理，以去除前述制程附著在該線鋸產(chǎn)品100表面的雜質(zhì)。其中，在步驟203所提到的上砂電鍍，以及步驟204所提到的固砂電鍍皆為現(xiàn)有電鍍技術，在此不再詳述。<具體例1>(I)提供一包括多個復合磨料顆粒的磨料組份,每一個復合磨料顆粒包括一個鉆石材質(zhì)的磨料主體，及一層包覆結合在該磨料主體外表面的鎳金屬披覆層，且所用磨料規(guī)格為該磨料主體(在此是使用不規(guī)則形狀的鉆石顆粒)的尺寸為其粒徑寬度最窄處約
0.025 0.082mm，最寬處約為0.091mm 0.181mm，并選用該鎳金屬披覆層的平均重量為單一個復合磨料顆粒平均重量的30%。(2)提供一個不銹鋼材質(zhì)的金屬線材，在此所用的線材規(guī)格為琴鋼線(型號:SWP-A)，其線徑約為0.16mm，截面積約為0.0201mm2。(3)進行上砂電鍍(在此為上鉆電鍍)程序，配制上砂電鍍液，再以急速加壓噴鍍方式并施加電流使前述的復合磨料顆粒均勻分布并固定在該線材上，進行上砂電鍍時間約3 30秒。配制完成的上砂電鍍液中含有580ml/l的氨基磺酸鎳、45g/l的硼酸、0.3ml/l的濕潤劑及50g/l的磨料顆粒(鍍鎳鉆石)，并使該上砂電鍍液的溫度維持在約58°C，及調(diào)整其PH為4.0，比重為34° Be。(4)進行固砂電鍍(在此為固鉆電鍍)程序，配制固砂電鍍液，繼續(xù)對已初步結合有復合磨料顆粒的線材進行電鍍以加厚鍍層并使所述復合磨料顆粒更穩(wěn)固地結合在鍍層上，當復合磨料顆粒約1/3至2/3部分被埋在鎳鍍層中即完成固砂電鍍，并能獲得線鋸產(chǎn)品。其中，配制完成的固砂電鍍液中含有580ml/l的氨基磺酸鎳、45g/l的硼酸及0.3ml/l的濕潤劑，且同樣使該固砂電鍍液的溫度維持在約58°C，并調(diào)整其pH為4.0,比重為34° Be。(5)對該線鋸產(chǎn)品進行清洗與干燥，去除附著在其表面的雜質(zhì)，就能獲得可用于高硬度材料切割的線鋸成品。< 結果 >對在〈具體例 > 所獲得的線鋸成品量測其外徑(結合有復合磨料顆粒的狀態(tài)下進行測量)為0.22 0.26mm。且參照ASTM E8及JIS Z2241標準方法對該線鋸成品進行測試的結果顯示，該線鋸成品可承受的拉力范圍為2150 3400N/mm2，由于一般業(yè)界所要求的拉力規(guī)格為2100 3500N/mm2，故本制造方法所制出的線鋸具有符合實用標準的拉力強度。另外，再以工業(yè)顯微鏡針對其外觀進行觀察，結果如圖4所示，顯示線材表面均勻披覆有一鎳鍍層，且該鎳鍍層上結合有多個凸起狀的復合磨料顆粒，其外表未出現(xiàn)任何鍍層剝離或磨料顆粒掉落的情形。再對該線鋸進行纏繞與彎折后，再對其外觀進行觀察，結果如圖5所示，亦未出現(xiàn)鍍層剝離或磨料顆粒掉落的情形，據(jù)此說明經(jīng)本發(fā)明制造方法所獲得的線鋸產(chǎn)品即使承受外力彎折扭轉，該鍍層仍然緊密地結合于線材上，且所述復合磨料顆粒也牢固地結合在鍍層上。歸納上述，本發(fā)明高耐磨線鋸的制造方法，能夠獲致下述的功效及優(yōu)點，因而能達到本發(fā)明的目的:本發(fā)明通過在步驟201使用表面已包覆結合有金屬披覆層31的復合磨料顆粒3作為磨料組份，借此，使所述復合磨料顆粒3在后續(xù)的電鍍程序中，除了能隨著上砂金屬鍍層51、加厚金屬鍍層61結合至線材4上外，還能利用其金屬披覆層31與線材4上的上砂金屬鍍層51、加厚金屬鍍層61同為金屬材質(zhì)的特性產(chǎn)生更強固緊密的結合力，以提高所述復合磨料顆粒3與上砂金屬鍍層51、加厚金屬鍍層61的固結力，借此，應用在切割加工時所述復合磨料顆粒3更不易脫落且能延長其承受切削作用力的時間，使所制得的線鋸產(chǎn)品100能提供更高的耐磨性與更長使用壽命而有較佳的實用效益。應理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
1.一種高耐磨線鋸的制造方法；其特征在于，該制造方法包含下列步驟: 一、提供一個磨料組份，該磨料組份包括多個復合磨料顆粒，每一個復合磨料顆粒各具有一個磨料主體，及一層包覆結合在該磨料主體外表面的金屬披覆層； 二、提供一個金屬線材； 三、使該磨料組份的復合磨料顆粒均勻分布于電鍍液中以配制為一上砂電鍍液，再以急速加壓噴鍍方式配合施加電流使該上砂電鍍液在該線材表面形成一個結合所述復合磨料顆粒的上砂金屬鍍層，使所述復合磨料顆粒初步固定于線材表面；及 四、對已初步固定有復合磨料顆粒的線材進行電鍍處理，以在該上砂金屬鍍層上再形成一層加厚金屬鍍層而使所述復合磨料顆粒平均粒徑的1/3至2/3的部分被埋在金屬鍍層中，以制得一個高耐磨線鋸產(chǎn)品。
2.如權利要求1所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟一中，所述復合磨料顆粒的磨料主體的粒徑為10 μ m 200 μ m,包覆結合在每一個復合磨料顆粒的磨料主體外表面的金屬披覆層的厚度為0.1 μ m 19 μ m，且每一復合磨料顆粒的金屬披覆層的平均重量為單一個復合磨料顆粒平均重量的10% 60%。
3.如權利要求2所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟一中，該磨料組份的每一個復合磨料顆粒的金屬披覆層的平均重量為單一個復合磨料顆粒平均重量的30%。
4.如權利要求2所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟二中所用的線材的線徑為0.1mm 0.5_。
5.如權利要求1所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟一中，所述復合磨料顆粒的磨料主體是由一選自下列群組的材質(zhì)所制成:鉆石、立方氮化硼、碳化硅及碳化鎢。
6.如權利要求5所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟一中，所述復合磨料顆粒的金屬披覆層是以化學電鍍方式包覆結合在該磨料主體的表面。
7.如權利要求1所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟二中，對該線材進行一鍍前處理以將該線材表面清洗干凈。
8.如權利要求1所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟三中，該上砂電鍍液包含5 100g/l以懸浮狀態(tài)分布的復合磨料顆粒，40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的濕潤劑，以及550 650ml/l的電鍍主成分，該電鍍主成分為一選自下列群組中的物質(zhì):氨基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳，以及前述物質(zhì)的組合。
9.如權利要求8所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟四中，是配制固砂電鍍液進行電鍍處理，該固砂電鍍液包含40 50g/l的硼酸、0.1 0.5ml/l的濕潤劑，以及550 650ml/l的電鍍主成分,該電鍍主成分為一選自下列群組中的物質(zhì):氨基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳，以及前述物質(zhì)的組合。
10.如權利要求1所述的高耐磨線鋸的制造方法，其特征在于:在步驟二中的金屬線材為一自下列群組中的材料所制成:不銹鋼線、琴鋼線、鍍黃銅不銹鋼線、鍍黃銅琴鋼線、鍍鎳不銹鋼線，及鍍鎳琴鋼線。
全文摘要
一種高耐磨線鋸的制造方法，包含提供一個包括多個復合磨料顆粒的磨料組份，每一個復合磨料顆粒各具有一個磨料主體，及一層包覆結合在該磨料主體外表面的金屬披覆層，再提供一個線材，使該磨料組份的復合磨料顆粒初步固定于線材表面，并對已初步固定有復合磨料顆粒的線材進行一個電鍍處理，以使所述復合磨料顆粒平均粒徑的1/3至2/3的部分被埋在金屬鍍層中，進而牢固地結合在該線材上，就能獲得一個線鋸產(chǎn)品。通過使用表面已包覆結合有金屬披覆層的復合磨料顆粒，能利用其金屬披覆層與金屬鍍層間的強固結合力，使所制得的線鋸產(chǎn)品具有高耐磨的特性。
文檔編號B23D61/18GK103192461SQ201210000208
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權日2012年1月4日
發(fā)明者廖本添 申請人:森茂科技股份有限公司