專利名稱：低熔點金屬粘接劑及其金屬粘接的金剛石絲鋸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金剛石絲鋸，尤其涉及一種采用低熔點金屬粘接劑的金剛石絲鋸。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，硬脆材料，特別是非金屬材料、非導(dǎo)電材料及半導(dǎo)體材料，因其獨特的性質(zhì)在電子、光學(xué)、儀器儀表、航空航天、國防及民用工業(yè)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。由于硬脆材料硬度高、脆性大，且大多不導(dǎo)電，不易切割也不能用電火花等特種加工方法加工。而金剛石線切割技術(shù)能有效解決這些問題，因此被廣泛地應(yīng)用于硬脆材料的切割。目前，金剛石絲鋸床大多采用游離磨粒的金剛石線切割技術(shù)，其切割效率低、作業(yè)環(huán)境惡劣且鋸絲壽命短，漿料的處理和回收成本高。近幾年，固結(jié)磨料金剛石絲鋸開始進入工業(yè)應(yīng)用。在鋸絲表面固結(jié)金剛磨粒，切割過程固結(jié)磨粒替代原來的游離磨粒，使得切割效率大大提高。固結(jié)磨粒金剛石絲鋸的生產(chǎn)通常采用電鍍技術(shù)和樹脂固化技術(shù)。電鍍金剛石絲鋸是通過電鍍金屬的電結(jié)晶作用把金剛石磨料牢固的電鍍在鋼絲基體上而制成的一種超硬材料切割工具。其鋸絲可以做的很細很長，大大降低鋸縫寬度，提高出材率，且適用于較大尺寸范圍的板材加工。但在鋸絲的生產(chǎn)過程中存在廢液的處理問題，同時電鍍層需要形成一定厚度才能將磨粒固結(jié)，受電鍍沉積速度的限制，生產(chǎn)效率低且成本較高。同時，電鍍法磨料實際上只是被機械包埋，鑲嵌在鍍層中，磨粒易脫落，為增大把持力，必須增大鍍層厚度，減小磨料的裸露高度，從而致使容屑空間變小，工具使用效率及壽命降低。另外，對于樹脂固化技術(shù)，金剛石把持力小易脫落，且耐磨性、耐熱性較差，在加工硅晶體、水晶等貴重硬脆材料或加工點溫度高的大口徑硅錠的多道切割中難以應(yīng)用。近十幾年，金剛石釬焊技術(shù)引起了人們的注意。釬焊金剛石采用金剛石表面金屬化技術(shù)，以活性釬料或鎳基釬料焊接金剛石，通過強碳化形成元素或合金，使金剛石與基體實現(xiàn)冶金化學(xué)結(jié)合。與傳統(tǒng)電鍍法和樹脂固化法相比，釬焊法金剛石磨料、釬料和基體三者間能實現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合，大大提高了金剛石的結(jié)合強度；磨粒出露高度大，容屑空間大，有利于磨料的充分利用；但金剛石釬焊制造過程中所需設(shè)備投資比較大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種低熔點金屬粘接劑及其金屬粘接的金剛石絲鋸?？梢愿倪M現(xiàn)有金剛石絲鋸制造方法中環(huán)境污染、生產(chǎn)效率低、成本高、產(chǎn)品強度低等不足，另外，本發(fā)明金剛石絲鋸中采用的低熔點金屬粘接劑，其結(jié)合強度高、耐磨性強。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明低熔點金屬粘接劑予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是該低熔點金屬粘接劑的組分及重量百分比含量為10 20%的Cu，2 15%的Ti，其余為Sn ； 其中，Cu的粒徑為20 30 μ m, Ti的粒徑為20 30 μ m, Sn的粒徑為20 30 μ m ；該金屬粘接劑的熔點為250 350°C。本發(fā)明一種金屬粘接的金剛石絲鋸，采用下列步驟制造步驟一、將直徑為0. 05-2. 5mm的65Mn鋼絲的表面進行除油、除銹處理，備用；步驟二、將粒徑為23-75 μ m的金剛石顆粒，先用體積比為1 1的鹽酸水溶液清洗，再用稀氫氧化鈉溶液堿洗后，水洗至中性，最后烘干；步驟三、將下述組分按照重量百分比配制金屬粘接劑10 20%的Cu，2 15% 的Ti，其余為Sn;其中，Cu的粒徑為20 30 μ m，Ti的粒徑為20 30 μ m，Sn的粒徑為 20 30 μ m,該金屬粘接劑的熔點為250 350°C ；步驟四、按重量比在1份上述金屬粘接劑中加入0.5份金剛石顆粒，于混粉機中進行機械混粉至混合均勻的粉料；步驟五、將鋼絲拉緊置于上述混合均勻的粉料中，將鋼絲通電，保持電流在0. 7 0. 9A，通電時間為1. 5 2. 5分鐘，粉料與鋼絲基體界面發(fā)生溶解、浸潤、擴散、化合相互作用，并采用氬氣保護，從而在鋼絲表面快速鍍上了一層混有金剛石的金屬層；步驟六、按照下列成份及質(zhì)量-體積濃度制備瓦特型鍍鎳溶液硫酸鎳230 280g/L，氯化鎳25 35g/L，硼酸25 35g/L，1,4- 丁炔二醇1 1. 5g/L，十二烷基硫酸鈉 0. 10 0. 15g/L ；步驟七、將上述鍍有一層混有金剛石金屬層的鋼絲在上述瓦特型鍍鎳液中進行表面鍍鎳，使金剛石的被埋深度為其粒徑的1/3至1/2。進一步講，上述步驟五中，本發(fā)明一種金屬粘接的金剛石絲鋸，其中，鋼絲通電后瞬間即可加熱至300 400°C。步驟七中，鋼絲上金屬粘接劑和鍍鎳層的總厚度是金剛石粒徑的1/3和1/2之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用鋼絲直接加熱法制造金屬粘接的金剛石絲鋸，鋼絲經(jīng)表面處理后通過鋼絲自身加熱來使混有金剛石磨粒的金屬粘接劑融化，使得熔融態(tài)的金屬粘附在鋼絲上， 金剛石也被均勻地把持在金屬結(jié)合層中。最后，再通過鋼絲表面鍍鎳來調(diào)整磨粒的突出量， 防止金剛石磨粒的脫落。本發(fā)明中結(jié)合了樹脂固化技術(shù)、電鍍技術(shù)及釬焊技術(shù)的優(yōu)點，在鋼絲鍍覆過程中采用鋼絲直接快速加熱，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。本發(fā)明采用低熔點 Sn-Cu-Ti合金粉作為粘接劑，使金剛石絲鋸的耐磨性、結(jié)合強度等優(yōu)于樹脂固化技術(shù)。再利用電鍍鎳技術(shù)調(diào)整金剛石磨粒的最優(yōu)突出量，并且還可以防止金剛石磨粒的脫落。本發(fā)明金屬粘接的金剛石絲鋸中，金剛石磨料、金屬粘接劑和鋼絲基體三者之間形成化學(xué)冶金結(jié)合，從而提高了結(jié)合強度，絲鋸的使用壽命長。絲鋸制造過程簡單，易于操作，清潔，安全可靠，有非常廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明金屬粘接的金剛石絲鋸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是制造本發(fā)明金屬粘接的金剛石絲鋸的示意圖。圖中1-阻尼裝置2-放線輪 3-導(dǎo)輪4-鋼絲5-進氣口6-送粉機 7-粉料71-金屬粘接劑
4
72-金剛石顆粒 8-排氣口9-恒電流源 10-收線輪
具體實施例方式以下通過實施例講述本發(fā)明的詳細過程，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。實施例1 按照以下組分及重量百分比含量制備低熔點金屬粘結(jié)劑10%的01，15%的打， 其余為Sn ；其中，Cu的粒徑為25 μ m，Ti的粒徑為25 μ m，Sn的粒徑為25 μ m，根據(jù)上述 Sn-10Cu-15Ti合金粉中各金屬熔點可以推算出該金屬粘接劑的熔點為300°C。實施例2 金屬鋸絲材料采用65Mn鋼，直徑0. 13mm,首先，在堿性溶液中清洗5min，后用水沖洗干凈，再在酸性溶液中清洗5min，用清水沖洗，去除殘留的酸液，備用。將粒徑為50 μ m 的金剛石顆粒，先用體積比為1 1的鹽酸水溶液清洗lOmin，，再用稀氫氧化鈉溶液中清洗30min，水洗至中性，最后烘干；將清洗后的金剛石與通過上述實施例1制備的低熔點金屬粘結(jié)劑(即Sn-10Cu-15Ti合金粉)以1 2裝入混粉機，混粉M小時形成混合均勻的金屬磨?；旌戏哿?。按照下列成份及質(zhì)量-體積濃度制備瓦特型鍍鎳溶液硫酸鎳230 280g/L，氯化鎳25 35g/L，硼酸25 35g/L，1,4- 丁炔二醇1 1. 5g/L，十二烷基硫酸鈉
0.10 0. 15g/L。參照圖2制造金剛石絲鋸將經(jīng)過預(yù)處理的鋼絲4放置在放線輪2上，放線輪2上的阻尼裝置1使鋼絲4增加了一定的張緊力，鋼絲4經(jīng)導(dǎo)輪3進入金屬磨?；旌戏哿?中， 在金屬磨粒混合粉料7中鋼絲4與恒電流源9兩電極相接，保持電流在0. 9A，通電時間為
1.5分鐘，鋼絲4即可加熱至350°C，經(jīng)傳導(dǎo)使周圍金屬磨?；旌戏哿先刍?，從而在鋼絲4表面鍍上一層混有金剛石磨粒的金屬層，由于當溫度超過800°C時，金剛石就會發(fā)生碳化，且金屬粘接劑中Cu、Ti等在空氣中都極易氧化，因此，在鋼絲4鍍覆過程中經(jīng)進氣口 5充入氬氣，氬氣經(jīng)過排氣口 8排出，另外，通過送粉機6保證金屬磨?；旌戏哿?始終充滿整個錐形漏斗，防止通電鋼絲部分溫度不均，然后，通過另一個導(dǎo)輪3把絲鋸繞在收線輪10上，接下來，將上述鋼絲進行鍍鎳處理，即將上述鍍有一層混有金剛石金屬層的鋼絲4在上述瓦特型鍍鎳液中進行表面鍍鎳，使金剛石72的被埋深度為其粒徑的1/3至1/2，也即，鋼絲上金屬粘接劑和鍍鎳層71的總厚度是金剛石72粒徑的1/3和1/2之間。至此，制造出一種金屬粘接的金剛石絲鋸，如圖1所示。實施例3 本實施例中作為金屬粘接劑的銅基合金粉配比(重量百分比)采用 Sn-20Cu-10Ti (即20%的Cu，10%的Ti，其余為Sn ；根據(jù)上述Sn-20Cu_10Ti合金粉中各金屬熔點可以推算出該金屬粘接劑的熔點為350°C。另外，在生產(chǎn)絲鋸時，鋼絲的電加熱保持電流在0. 8A，通電時間為2. 5分鐘，鋼絲4即可加熱至近400°C。其余與實施例一相同。實施例4 本實施例中作為金屬粘接劑的銅基合金粉配比(重量百分比)采用 Sn-20Cu-2Ti (即20%的Cu, 2% ^ Ti，其余為Sn ；根據(jù)上述Sn-20Cu-2Ti合金粉中各金屬熔點可以推算出該金屬粘接劑的熔點為250°C。另外，在生產(chǎn)絲鋸時，鋼絲的電加熱保持電流在0. 7A，通電時間為2分鐘，即可加熱至300°C。其余與實施例一相同。本發(fā)明中采用低熔點Sn-Cu-Ti合金粉作為金屬粘結(jié)劑，有利于金剛石與該粘接劑形成冶金結(jié)合，降低界面張力，提高潤濕性，形成良好的結(jié)合界面。該金屬粘接劑的強度和硬度均很高，其收縮率小，并具有良好的導(dǎo)熱性，有助于降低加工中產(chǎn)生的溫度，避免鋼絲燒傷。另外，由于在空氣中當溫度超過800°C時，金剛石就會發(fā)生碳化，且金屬粘接劑中銅、鈦等在空氣中都極易氧化，因此本發(fā)明中采用惰性氣體(氬氣)保護的方法進行生產(chǎn)。還有，本發(fā)明中的金屬粘接劑及鎳鍍層不宜太厚，過厚會使金剛石磨粒過多包埋在其中，就達不到切削的目的，過薄則金剛石磨粒不能很好的被金屬粘接劑很好的把持，切削中易脫落。因此，金屬粘接劑和鍍鎳層的總厚度要控制在金剛石粒徑的1/3和1/2間。為了有利于獲得高質(zhì)量的鋼絲以及提高金屬粘接性和磨粒顆粒的牢固性，鋼絲鍍覆前先進行表面預(yù)處理，包括堿洗和酸洗，主要用于除去其表面的油污和氧化皮等；堿洗溶液主要包括氫氧化鈉、無水碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸鈉等，溫度100°c，以保證完全脫除鋼絲表面的油污、潤滑層等。酸性溶液主要采用10%鹽酸溶液，鹽酸在常溫下對金屬氧化皮具有較強的侵蝕能力，但對鋼鐵基體溶解的較慢，不易發(fā)生過腐蝕和氫脆現(xiàn)象。金剛石也進行酸洗、堿洗主要用于提高表面的親水性，同時除去金剛石表面的雜質(zhì)。本發(fā)明中的鍍鎳屬于保護處理，因為鍍鎳處理可以防止絲鋸表面金剛石磨粒的脫落，同時調(diào)整磨粒的突出量，在保證絲鋸表面容屑能力的同時提高對金剛石把持力。鍍鎳溶液選擇瓦特型鍍液，主要包括硫酸鎳、氯化鎳、硼酸等。瓦特型鍍液具有成本低、鍍液穩(wěn)定、 易于維護等優(yōu)點，同時鍍層脆性及內(nèi)應(yīng)力較小，特別適合于有彎曲運動的電鍍金剛石鋸絲。綜上，本發(fā)明絲鋸，使用低熔點的金屬合金粉作為粘接劑，增加了鋼絲與磨削層的結(jié)合強度，提高了絲鋸機械性能；采用鋼絲直接電加熱，既提高了生產(chǎn)效率，同時降低了制造成本。盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低熔點金屬粘接劑，其特征在于，其組分及重量百分比含量為 10 20%的Cu，2 15%的Ti，其余為Sn ；其中，Cu的粒徑為20 30 μ m，Ti的粒徑為20 30 μ m，Sn的粒徑為20 30 μ m ； 該金屬粘接劑的熔點為250 350°C。
2.一種金屬粘接的金剛石絲鋸，其特征在于采用下列步驟制造步驟一、將直徑為0. 05-2. 5mm的65Mn鋼絲的表面進行除油、除銹處理，備用； 步驟二、將粒徑為23-75μπι的金剛石顆粒，先用體積比為1 1的鹽酸水溶液清洗，再用稀氫氧化鈉溶液堿洗后，水洗至中性，最后烘干；步驟三、將下述組分按照重量百分比配制金屬粘接劑10-20^^9 01,2-15^^911, 其余為Sn ；其中，Cu的粒徑為20 30μπι，Ti的粒徑為20 30 μ m，Sn的粒徑為20 30 μ m,該金屬粘接劑的熔點為250 350°C ；步驟四、按重量比在1份上述金屬粘接劑中加入0. 5份金剛石顆粒，于混粉機中進行機械混粉至混合均勻的粉料；步驟五、將鋼絲拉緊置于上述混合均勻的粉料中，將鋼絲通電，保持電流在0.7 0. 9A，通電時間為1. 5 2. 5分鐘，粉料與鋼絲基體界面發(fā)生溶解、浸潤、擴散、化合相互作用，并采用氬氣保護，從而在鋼絲表面快速鍍上了一層混有金剛石的金屬層；步驟六、按照下列成份及質(zhì)量-體積濃度制備瓦特型鍍鎳溶液硫酸鎳230 280g/L， 氯化鎳25 35g/L，硼酸25 35g/L，1,4- 丁炔二醇1 1. 5g/L，十二烷基硫酸鈉0. 10 0.15g/L ；步驟七、將上述鍍有一層混有金剛石金屬層的鋼絲在上述瓦特型鍍鎳液中進行表面鍍鎳，使金剛石的被埋深度為其粒徑的1/3至1/2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬粘接的金剛石絲鋸，其特征在于，在所述步驟五中， 鋼絲通電后加熱至300 400°C。1. 5 2. 5分鐘
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬粘接的金剛石絲鋸，其特征在于，鋼絲表面上金屬粘接劑和鍍鎳層的總厚度是金剛石粒徑的1/3和1/2之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低熔點金屬粘接劑，其組分及重量百分比含量為10～20％的Cu，2～15％的Ti，其余為Sn；Cu的粒徑為20～30μm，Ti的粒徑為20～30μm，Sn的粒徑為20～30μm；該金屬粘接劑的熔點為250～350℃。同時，還公開了一種用上述金屬粘接劑粘接的金剛石絲鋸，將鋼絲表面處理后置于混有金剛石的低熔點合金粉內(nèi)，鋼絲通電加熱使混有金剛石磨粒的金屬粘接劑融化，在鋼絲表面快速鍍上了一層混有金剛石的金屬層，再通過鍍鎳后處理來調(diào)整金剛石出露高度并防止其脫落；本發(fā)明使用低熔點的金屬合金粉作為粘接劑，增加了鋼絲與磨削層的結(jié)合強度，提高了絲鋸機械性能；鋼絲采用直接電加熱，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。
文檔編號B28D5/04GK102492367SQ20111040362
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者劉圣賢, 王丹, 魏強 申請人:天津大學(xué)