从电镀金刚石工具看金刚线

从电镀金刚石工具看金刚线

金刚线是一种典型的金刚石锯切工具，但许多刚进入金刚线领域的企业，对金刚石锯切工具、电镀金刚石工具的了解很少，这会对产品开发带来一定的影响。为此，我们特意写了篇文章，从电镀金刚石工具的角度带大家认识一下金刚线产品。希望对大家有帮助！

电镀金刚线，主要应用于光伏级硅片的开方和切片，属于金刚石锯切制品，也是电镀金刚石工具。与金刚线类似的锯切工具还有金刚石绳锯、金刚石丝锯。比如金刚石丝锯，它也是在钢丝表面镀上金刚石磨粒，一般用于手工往复拉加工玉石、玛瑙、水晶工艺品的内孔面，也可以用在台式丝锯机上作往复运动，用于曲线、直线切割，还可像金刚石绳锯那样，将它绕到两个绞轮上，张紧后用于切断作业。

从上面的描述，是不是感觉到它们很像呢？所以，岱勒、三超，与许多做金刚石锯片的企业一样，都是中国机床工具工业协会超硬材料分会的会员。

由于多晶硅线切市场的爆发，金刚线今年异常火爆，预期这种局面还会延续一段时间，所以很多钢丝、碳化硅、金刚石、光伏企业也纷纷进入了这个领域，欲分一杯羹。为了让大家更好地认识金刚线，本文从电镀金刚石工具的角度浅析下金刚线的结构特点和使用性能。

1、电镀金刚石工具的特点

既然金刚线属于电镀金刚石工具，那我们就先了解一下电镀金刚石工具的结构及特点。图1是电镀金刚石工具的结构，可见其结构包括三部分组成：基体、镀层（多是电镀镍）、磨料。其中，磨料弥散分布在金属镀层里，共同组成工作层，起磨削作用；基体具有一定的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度，起支持电镀层的作用。

图1 电镀金刚石工具的结构示意图

电镀金刚石工具具有以下特点：

结构特点

电镀金刚石工具只有钢基体和电镀工作层两个部分，电镀层沉积金属厚度一般为金刚石粒径的1/2~2/3，同烧结金刚石工具相比（钎焊工具除外）是非常薄的。

由于电沉积工艺的特殊性，采用电镀方法可以制造出各种复杂型面或者特别小、特别薄的金刚石工具，且制造出来的工具精度特别高。

镀层特点

电镀金刚石工具的电镀层金属是通过电结晶形成的，在电镀预处理、工艺控制适当的情况下，镀层十分致密，几乎没有气孔。所以电镀金刚石工具是所有磨具中组织最致密的一种（钎焊金刚石工具组织也极其致密），镀层对金刚石颗粒的接触最充分、把持力特别大。正是因为镀层致密、对金刚石结合牢固，才可以使用高浓度（埋砂法金刚石嵌入镀层中的浓度可高达200%）而不导致磨粒过早脱落，而这是其它方法（除钎焊外）制造的金刚石工具所不能比拟的。

由于电镀金刚石工具多采用镍或镍钴合金做结合剂，加上组织致密，所以镀层硬度很高，甚至能达到HRC40，明显高于其它类型的金刚石工具，因此电镀金刚石工具从单层角度看是特别耐磨的（仅次于钎焊金刚石工具）。

镀层中嵌入的金刚石既可以通过埋砂法随机分布和得到高浓度，也可以有序排列和人为控制金刚石的浓度，对于后者，可以更好地发挥金刚石的作用和改善排屑，提高磨削效果。

使用特点

由于电镀金刚石工具磨料浓度高，在相同磨削速度时，其加工效率明显高于其它工具；由于颗粒数目多，单颗磨粒负荷较小，磨耗较少，因而就同样厚度的工作层而言，电镀工具耐磨性特别高；由于耐磨，因而电镀工具的形状保持性就好，加工精度自然也高；单层电镀工具，磨料出刃高度高，因此切削锋利，易于排屑，摩擦力小发热少。

综上，单层电镀金刚石工具使用特点为加工效率高、磨削比高、形状和精度保持性好、加工精度高等。但因为是单层，总的寿命相对较低。也有多层电镀金刚石工具，但因电镀组织致密、硬度高、韧性大，第一层金刚石用完后工具的自锐性差，需要通过加大磨削力、提高冷却液流量等方式改善。

电镀金刚石工具的制造过程是低温电沉积过程，不会对金刚石产生不利的热影响，因此使用时金刚石品质不会有任何下降，这对磨削加工十分有利。

2、电镀金刚线的特点

对比电镀金刚石工具的特点，我们一一来说：

结构特点

图2是电镀金刚线的结构。与电镀金刚石工具相一致：钢丝是基体，起支持电镀层的作用；金刚石弥散分布在电镀层里，与电镀层一起构成工作层，起磨削作用。电镀层沉积金属厚度一般为金刚石粒度的1/2~2/3，也就是说，金刚石出刃高度一般在金刚石粒径的1/3~1/2。

钢丝起支持镀层的作用，所以钢丝必须满足：a.要有足够的力学性能；b.与镀层的亲和性要好。

足够的力学性能，也就是说钢丝的抗拉强度 、屈服强度 、刚性（圈径）、抗扭强度等技术指标符合预定的要求。钢线自身性能差，即使工作层再好，一旦切割时断线也是不合格品，将严重影响使用性能。

镀层亲和性，也就是说镀层与钢丝之间的界面结合力要强。金刚石锯片，为了加强钢基体与金刚石烧结节块的结合力，必要时会增加过渡层，有时会将钢基体外圆做成锯齿状或喷砂。对金刚线来说，母线表面活化处理也就是为了增加钢丝与镀层的亲和性，提高与镀层的结合力。如何评价镀层结合力，这也是企业要考虑的。裸线与线锯成品之间抗拉、抗扭强度检测结果的变化，通常强度值是变大的。变化的大小在一定程度上反映了金刚线镀层的结合强度，增量越大说明镀层结合强度越高。目前多是采用缠绕法，通过显微镜目力观察来检验结合强度，该

方法不便量化定标，不妨将强度变化的检验方法作为检测镀层结合强

度的一种参考方法。（具体见：线锯讲座— 第四讲：电镀金刚线的产品质量控制（4））

镀层特点

电镀工具的耐磨性高、形状保持性好、切割精度高等性能优点得益于镀层的致密性、对磨料的把持性。对金刚线产品来讲，我们不希望切割作业时有金刚石脱落，所以要求镀层致密、对金刚石把持牢固。

镀层致密，相应的镀层表面小颗粒就要少，不能太过粗糙，这由“出刃高度数量分布图”可以反映。图3是两款金刚线产品的出刃高度数量分布图，图3-a的出刃高度在1-2μm、2-3μm的数量（绿色柱状图）明显比图3-b多，这反映了图3-a的金刚线镀层表面小颗粒较多，镀层致密度较差。

图3 出刃高度数量分布图

镀层对金刚石把持牢固，需要镀层与金刚石的浸润性好，所以现在金刚线多采用镀镍的金刚石微粉，增加与镍镀层的浸润性。而镀覆厚度、镀覆表面粗糙度等指标与线锯生产工艺有关（尤其是上砂工艺），