引言

　　目前，大規(guī)模集成電路、航空航天、通訊設(shè)施、國防武器與PV光伏太陽能行業(yè)等領(lǐng)域大量應(yīng)用高品質(zhì)晶體材料，如硅、SiC與藍(lán)寶石晶體等。晶體切割是其機(jī)械加工過程中一個重要工序，切割質(zhì)量直接關(guān)系最終成品率與后續(xù)加工工序的工作量。固結(jié)磨料線鋸切割具有高效、精密、高出品率和切割環(huán)境友好等特點.適合應(yīng)用于高硬度SiC、藍(lán)寶石與大尺寸KDP晶體的切割，但高性能固結(jié)磨料鋸絲制造依然需要進(jìn)行大量基礎(chǔ)研究。相對于采用樹脂結(jié)合劑與高溫釬焊制作的固結(jié)磨料金剛石鋸絲，電鍍金剛石鋸絲的耐磨性、耐熱性、基體材料特性保持與制造直徑靈活性等綜合特點更能滿足實際應(yīng)用的要求 J。本文采用光亮鎳鍍液以埋砂法制作了電鍍金剛石鋸絲，在上砂與加厚階段采用不同的陰極電流密度與時間，試驗分析了對鋸絲復(fù)合鍍層外觀質(zhì)量、表面金剛石磨粒含量和磨粒埋人深度的影響，其結(jié)果為獲得高質(zhì)量的電鍍金剛石鋸絲，進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合電鍍工藝參數(shù)，提供了試驗參考依據(jù)。

　　1 電鍍金剛石鋸絲研制

　　1.1 試驗材料與電鍍液

　　制作電鍍金剛石鋸絲的鋼絲基體選擇日本住友電氣工業(yè)株式會社的SWPB琴鋼絲，鋼絲直徑為0.2 mlTl。金剛石磨粒選擇平均粒度為20 m的金剛石微粉。電鍍液選擇以瓦特液為基礎(chǔ)添加光亮劑制成的光亮鎳鍍液，其主要成分為(g/L)：硫酸鎳280，氯化鎳40，硼酸30，十二烷基硫酸鈉0.1，1，4一丁炔二醇0.4，糖精1.0。電鍍用鎳陽極為120 mil×30 mm×5mm鍛造鎳板，電鍍前用稀鹽酸浸泡使其處于活化狀態(tài)。

　　1。2電鍍設(shè)備

　　電鍍電源為HH1711型穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，電壓和電流分別在0～32 V和0～2 A的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。電鍍槽采用4 mm厚的玻璃槽，采用J15型恒溫加熱棒控制鍍液溫度，電鍍過程中鍍液攪拌采用機(jī)械攪拌器。

　　1.3鋸絲電鍍工藝

　　電鍍金剛石鋸絲的電鍍工序為先鍍底層，然后基體上砂，最后進(jìn)行鍍層加厚。人鍍槽之前的琴鋼絲經(jīng)化學(xué)除油和酸侵蝕后除去表面污垢與氧化層，清洗后先鍍底層使基體表面充分沉積鎳以增強(qiáng)結(jié)合力，此過程在單獨的電鍍槽中進(jìn)行。預(yù)鍍完成后的鋸絲移人具有上砂槽的電鍍槽進(jìn)行植砂，上砂槽結(jié)構(gòu)示意圖如圖l，上砂槽為尼龍板材表面加工5 inln深V型溝。上砂時采用埋砂法，拉直琴鋼絲置于V型溝內(nèi)，避免鋼絲接觸砂槽并兩端固定，用金剛石微粉埋住鋼絲進(jìn)行上砂。上砂完成后將鋼絲從上砂槽中卸下，移入第一步進(jìn)行預(yù)鍍的電鍍槽中進(jìn)行加厚鍍處理。

　　1.4電鍍工藝參數(shù)設(shè)計

　　電鍍鋸絲制造工序中的鍍底層類似于一般的電鍍制品電鍍過程，陽極鎳板平放懸掛于琴鋼絲上方;電鍍液的pH值、溫度與攪拌情況均參考成熟的電鍍工藝。電鍍液溫度為35～40℃，pH值為4.0～4.2，電鍍過程中采用機(jī)械攪拌。鍍底層一般的厚度為1～3 m，鍍底層的時問可

　 以根據(jù)以下公式進(jìn)行計算：

　　(1)式中，P為鎳的密度，8.90 gJcm ;K電化當(dāng)量，鎳的電化當(dāng)量為1.095 g/(A·h); 電鍍時間，h;6鍍層厚度，cm; 陰極電流密度，A/dm ;叼 陰極電流效率，對于鍍鎳取95%。

　　根據(jù)初期的試驗分析，取鍍底層的陰極電流密度為1.8 A/din ，對應(yīng)的電鍍時間為6 rain，理論電沉積的預(yù)鍍層厚度為2 m。鋸絲表面金剛石磨粒含量與上砂鍍時陰極電流密度與上砂時間的合理搭配相關(guān);而加厚鍍階段的電流密度和時間又分別影響復(fù)合鍍層表面質(zhì)量與磨粒埋入深度。上砂鍍層的厚度一般為平均磨粒的10%左右，加厚鍍過程中理想厚度是將磨粒粒徑的約2/3埋嵌在鍍層中。對于上砂與加厚階段，因鍍層中含有金剛石磨粒，電沉積的鎳所占體積也　應(yīng)地減少，不能直接用公式(1)計算得到電鍍時間。試驗初估復(fù)合鍍層中電沉積的鎳所占的體積在40%一60%之間，在折合成不含磨料的金屬鍍層時，其厚度6用0.4～0.6 6之問，因此設(shè)計的試驗參數(shù)如表1所示。

　　外。當(dāng)上砂階段選用合適的陰極電流密度與上砂時間 搭配，就能保證制備的鋸絲表面磨粒含量合理，分布均 勻;加厚階段選用合適的陰極電流密度就能保證獲得 良好的鍍層;選用與之搭配合理的加厚鍍時問就能保 證鋸絲制作完成后表面磨粒有合適的出峰高度。

　　圖4采用上砂電流密度與時間分別為1.5 A/dm 和10 min，加厚階段采用電流密度為2.0 A/din ，加厚 鍍時問分別是18 min和25 rain得到的鍍層外觀。

　　.電鍍18 min后鋸絲表面磨粒埋入深度約為磨粒的2/3 左右，磨粒較好地被固結(jié)在鍍層中，又具有一定的出峰 高度。電鍍25 min時，鎳沉積厚度增大，甚至高于部 分粒徑較小的磨粒，這種情形會導(dǎo)致鋸絲切割性能降低。試驗中在加厚鍍階段電流密度為2.0 A/dm 時， 計算初選的電鍍時問是把此階段的沉積鎳鍍層厚度折 合成不含磨料時的金屬鍍層的1/2，由試驗結(jié)果來看 是合理的。

　　3 結(jié)論

　　(1)鋸絲表面金剛石磨粒含量與上砂鍍時陰極電 流密度與上砂時間的合理搭配相關(guān);在本文的試驗條 件下，上砂電流密度以1.5～2.0 A/din 為宜，當(dāng)上砂 電流密度i 和時間t的乘積在0.25 A·h/dm 左右 時，可獲得磨粒含量合理、分布均勻的上砂效果。

　　(2)在本文試驗條件下，加厚鍍階段獲得良好鍍 層的電流密度區(qū)問為1.5～2.0 A/din ，為提高電鍍效 率，可采用2.0 A/din 的電流密度來加厚鍍層。

　　(3)當(dāng)加厚鍍階段電流密度為2.0 A/din 時，加 厚鍍時間為18 rain比較合理。在本文試驗條件下采 用埋砂法制作電鍍金剛石鋸絲時，復(fù)合鍍層的沉積厚 度可折合成不含磨料時的金屬鍍層的1/2來估算。