Способ изготовления режущей проволоки с прочным алмазосодержащим покрытием

Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента в виде стальной проволоки с алмазосодержащим покрытием для резания природных и искусственных минералов. Способ включает нанесение алмазного порошка и закрепление его электрохимическим никелированием, при этом перед нанесением алмазного порошка проволоку обезжиривают, проводят предварительное и основное никелирование, а нанесение алмазного порошка проводят при перемещении смоченной в электролите никелирования проволоки в слое алмазного порошка между лентами, выполненными из химически стойкой ткани, которые движутся со скоростью 0,05-0,5 м/с, равной скорости движения проволоки, таким образом, чтобы проволока и слой алмазного порошка в течение времени нахождения проволоки в ванне были неподвижны относительно друг друга, причем нанесение алмазного порошка производят на проволоку, находящуюся под током при плотности тока 5-10 А/дм² и температуре 45-60°С, а закрепление нанесенного алмазного порошка на проволоку проводят никелированием в струйном режиме при скорости струй 3-5 м/с, температуре 45-60°С, плотности тока 15-25 А/дм², рН=4,2-4,3. Технический результат: создание непрерывного способа получения прочного алмазосодержащего покрытия на стальной проволоке путем нанесения на нее алмазного порошка с гидрофильной поверхностью. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента в виде стальной проволоки с алмазным покрытием для резания природных и искусственных минералов.

В основном способы изготовления гибкого абразивного инструмента основаны на использовании связующих веществ при закреплении абразива на основе. Так, например, известен способ изготовления гибкого абразивного инструмента по патенту РФ №2083351, опубликованному 10.07.1997 г, выполненному в виде шнура сформированного из оплетенного гладкими нитями сердечника из высокообъемных нитей, который пропускают через ванну со связующим составом, а затем через емкость с абразивом, налипающим на связующее вещество. Закрепление нанесенного абразива производят путем термообработки. Полученный таким способом гибкий абразивный инструмент в виде шнура содержит участки с селективно нанесенным абразивным слоем и участки, свободные от абразива, и может использоваться для обработки сложнопрофильных поверхностей в различных отраслях промышленности, но не для резки природных и искусственных материалов.

Известны электрохимические способы нанесения композиционных алмазосодержащих покрытий из электролитов, включающих суспензию ультрадисперсного алмазного порошка (Патент РФ №2156838, опубликованный 27.09.2000 г.), или путем подачи в электролит ламинарного потока суспензии, содержащей алмазные порошки различных фракций 2/20, 14/10 и 7/5 (Авторское свидетельство СССР №1481272, опубл. 23.05.89 г.). Однако эти способы предназначены в основном для нанесения покрытий на стационарно расположенные в ваннах объекты и направлены на повышение износоустойчивости деталей, а не на изготовление режущих инструментов.

В основном, в качестве режущих инструментов для резки природных и искусственных минералов на тонкие пластинки, которые применяются для изготовления подложек микросхем, светодиодов и других полупроводников используют алмазные инструменты в виде отрезных дисков (например, продукция Нижегородского ОАО НИИТОП), или применяют тонкие, быстро вращающиеся металлические диски, на которые подают суспензию из мелкого алмазного порошка.

Наиболее перспективной является новая технология резки сапфировых заготовок для подложек микросхем, которая предусматривает замену режущих кругов на режущую проволоку с алмазным покрытием. Причем в настоящее время используют технологию резания стальной проволокой, «смоченной» в суспензии алмазного порошка непосредственно перед резанием (например, ОАО «Монокристалл»). Недостатком такого способа является то, что при большом расходе суспензии алмазного порошка невозможно достичь достаточно высокой скорости резки и хорошего качества готовой продукции. При использовании проволоки с готовым алмазным покрытием можно в 6-7 раз повысить производительность процесса резки за счет увеличения скорости резания. А также сократить количество отходов, потери ценного минерального сырья и повысить выход высококачественной продукции. Поэтому так актуальна задача создания способа производства режущей проволоки с прочным алмазным покрытием.

Наиболее близким техническим решением является способ, реализуемый на устройстве для изготовления алмазных инструментов по АС СССР №1404316, опубл.23.06.88 г., включающий нанесение алмазного порошка и закрепление его электрохимическим никелированием. Однако способ, указанный в данном решении, предназначен для нанесения алмазного покрытия на инструменты, а не на проволоку.

Задачей предлагаемого технического решения является создание непрерывного способа получения прочного алмазосодержащего покрытия на стальной проволоке путем нанесения на нее алмазного порошка с гидрофильной поверхностью и закрепления его при электрохимическом никелировании в процессе перематывания проволоки с бобины на бобину.

Поставленная задача решается в предлагаемом способе, который включает нанесение алмазного порошка с гидрофильной поверхностью на смоченную электролитом никелирования стальную проволоку, предварительно обезжиренную и прошедшую стадии предварительного и основного никелирования, закрепление алмазного порошка на проволоке никелированием в струйном режиме. Причем все операции проводят в режиме движения проволоки через ванны обработки путем перематывания с катушки на катушку.

Никелирование выбрано по причине меньшей токсичности никелевых электролитов по сравнению с хромовыми, возможности нанесения никелевого покрытия непосредственно на сталь без промежуточных покрытий, а также из-за того, что никелевое покрытие обладает большей пластичностью.

В предлагаемом способе нанесение алмазного порошка на стальную проволоку, предварительно смоченную в электролите никелирования с рН=4,2-4,3, проводят в ванне для нанесения алмазного порошка, содержащей на входе токопроводящий вал с плотностью тока 5-10А/дм², в результате чего проволока под действием тока при температуре 45-60°С при рН=4,2-4,3 перемещается в слое подготовленного алмазного порошка между лентами, выполненными из химически стойкой ткани, которые движутся со скоростью 0,05-0,5 м/с, равной скорости движения проволоки. Таким образом, проволока и слой алмазного порошка в течение времени нахождения проволоки в ванне неподвижны относительно друг друга. Такое техническое решение приводит к продлению времени взаимодействия проволоки и алмазного порошка, т.е. более прочному соединению их между собой. Неприкрепившийся порошок смывают струей электролита с рН=4,2-4,3 на обратную петлю верхней ленты, добавляя по мере необходимости в точку смыва новые порции алмазного порошка.

Закрепление нанесенного алмазного порошка на проволоку проводят электрохимическим никелированием в струйном режиме при скорости струй 3-5 м/с, температуре 45-60°С, плотности тока 15-25 А/дм², рН=4,2-4,3.

Таким образом, отличительными признаками, которые подтверждают соответствие заявляемого технического решения признакам новизны и изобретательского уровня, являются:

- смачивание при рН=4,2-4,3 (предварительно обезжиренной и прошедшей стадии предварительного и основного электрохимического никелирования стальной проволоки) электролитом никелирования;

- нанесение алмазного порошка на смоченную в электролите никелирования проволоку в ванне, содержащей на входе токопроводящий вал с плотностью тока 5-10А/дм², в результате чего проволока под действием тока при температуре 45-60°С при рН=4,2-4,3 перемещается вместе со слоем алмазного порошка с гидрофильной поверхностью между лентами, выполненными из химически стойкой ткани, которые движутся со скоростью 0,05-0,5 м/с, равной скорости движения проволоки, что позволяет продлить время взаимодействия алмазных частиц с проволокой;

- закрепление нанесенного алмазного порошка на проволоку электрохимическим никелированием в струйном режиме при скорости струй 3-5 м/с, температуре 45-60°С, плотности тока 15-25 А/дм², рН=4,2-4,3;

- проведение всех процессов обработки проволоки путем перемотки ее с бобины на бобину.

Такое техническое решение позволяет получать режущую проволоку с прочным алмазным покрытием, пригодную для высокопроизводительной резки природных и искусственных минералов.

Пример. Катушки или бобины с проволокой помещают в устройство смотки и заправляют в установку с помощью лавсановой лески или никелированной стальной проволоки. Прежде всего проводят операцию обезжиривания протиркой в органическом растворителе, например спирте изопропиловом или этиловом, бензине или тетрахлорэтилене, затем проводят обезжиривание электрохимическое биполярное, после промывки проводят травление, совмещенное с никелированием без подвода тока к проволоке в течение 0,5-5,0 сек, при анодной плотности тока 0,5-2,5 А/дм², катодной плотности тока 1-15 А/дм². После промывки проводят предварительное никелирование в течение 2-3 сек, при температуре электролита 45-50°С, плотности тока не ниже 15-25 А/дм², рН=4,3. Основное никелирование в таком же растворе проводят при тех же условиях, что и предварительное никелирование, но в течение 20-60 с. После соответствующих промывок и сушки подготовленную проволоку наматывают на стандартные катушки, укрепляя на расстоянии 0,5 м от начала бусину из диэлектрика (диаметром 2-3 мм) и формируют пакеты, содержащие 1-12 и более штук проволок для обработки их параллельно. После сматывания с катушек подготовленная проволока проходит через тормозное устройство и поступает в ванну смачивания электролитом никелирования, который имеет рН=4,2-4,3. Нанесение на проволоку алмазного порошка с гидрофильной поверхностью и размером частиц 40/28 мкм проводят в ванне, снабженной установленным на входе токопроводящим валом, при рН=4,2-4,3, температуре 45-60°С и плотности тока 5-10 А/дм². При этом проволока, находящаяся под током, движется в слое алмазного порошка между движущимися со скоростью пакета проволок двумя лентами из химически стойкой ткани. Таким образом, алмазный порошок и проволока неподвижны относительно друг друга. Закрепление нанесенных частиц алмазного порошка производят никелированием в струйном режиме в электролите никелирования при следующих параметрах: рН=4,2-4,3, температура 45-60°С, плотность тока 15-25 А/дм², скорость струй - 3-5 м/с. После промывки проволоку сушат и наматывают на бобины или катушки, обеспечивая требуемое натяжение. Готовую режущую проволоку хранят намотанной на катушки в нормальных условиях складского хранения.

Предлагаемый способ непрерывного изготовления режущего инструмента позволяет получить прочное и в то же время гибкое алмазосодержащее покрытие на проволоке. Использование такого режущего инструмента в 6-7 раз позволит повысить производительность процесса резки за счет увеличения скорости резания. А также сократить количество отходов, потери ценного минерального сырья (т.е. снизить себестоимость продукции), а также повысить выход высококачественной продукции для изготовления подложек микросхем, светодиодов и др. из природных и искусственных минералов.

1. Способ изготовления режущей проволоки с прочным алмазосодержащим покрытием, включающий нанесение алмазного порошка и закрепление его электрохимическим никелированием, отличающийся тем, что перед нанесением алмазного порошка стальную проволоку обезжиривают, проводят предварительное и основное никелирование, а нанесение алмазного порошка проводят при перемещении смоченной в электролите никелирования проволоки в слое алмазного порошка между лентами, выполненными из химически стойкой ткани, которые движутся со скоростью 0,05-0,5 м/с, равной скорости движения проволоки таким образом, чтобы проволока и слой алмазного порошка в течение времени нахождения проволоки в ванне были неподвижны относительно друг друга, причем нанесение алмазного порошка производят на проволоку, находящуюся под током при плотности тока 5-10 А/дм² и температуре 45-60°С, а закрепление нанесенного алмазного порошка на проволоку проводят никелированием в струйном режиме при скорости струй 3-5 м/с, температуре 45-60°С, плотности тока 15-25 А/дм², рН=4,2-4,3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что все процессы обработки проволоки проводят при перемотке проволоки с бобины на бобину.