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       電鍍金剛線，主要應用于光伏級硅片的開方和切片，屬于金剛石鋸切制品，也是電鍍金剛石工具。與金剛線類似的鋸切工具還有金剛石繩鋸、金剛石絲鋸。比如金剛石絲鋸，它也是在鋼絲表面鍍上金剛石磨粒，一般用于手工往復拉加工玉石、瑪瑙、水晶工藝品的內孔面，也可以用在臺式絲鋸機上作往復運動，用于曲線、直線切割，還可像金剛石繩鋸那樣，將它繞到兩個絞輪上，張緊后用于切斷作業。

       從上面的描述，是不是感覺到它們很像呢？所以，岱勒、三超，與許多做金剛石鋸片的企業一樣，都是中國機床工具工業協會超硬材料分會的會員。

       由于多晶硅線切市場的爆發，金剛線今年異常火爆，預期這種局面還會延續一段時間，所以很多鋼絲、碳化硅、金剛石、光伏企業也紛紛進入了這個領域，欲分一杯羹。為了讓大家更好地認識金剛線，本文從電鍍金剛石工具的角度淺析下金剛線的結構特點和使用性能。

       1、電鍍金剛石工具的特點

       既然金剛線屬于電鍍金剛石工具，那我們就先了解一下電鍍金剛石工具的結構及特點。圖1是電鍍金剛石工具的結構，可見其結構包括三部分組成：基體、鍍層（多是電鍍鎳）、磨料。其中，磨料彌散分布在金屬鍍層里，共同組成工作層，起磨削作用；基體具有一定的幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度，起支持電鍍層的作用。

圖1 電鍍金剛石工具的結構示意圖

       電鍍金剛石工具具有以下特點：

       1.結構特點

       電鍍金剛石工具只有鋼基體和電鍍工作層兩個部分，電鍍層沉積金屬厚度一般為金剛石粒徑的1/2~2/3，同燒結金剛石工具相比（釬焊工具除外）是非常薄的。

       由于電沉積工藝的特殊性，采用電鍍方法可以制造出各種復雜型面或者特別小、特別薄的金剛石工具，且制造出來的工具精度特別高。

       2.鍍層特點

       電鍍金剛石工具的電鍍層金屬是通過電結晶形成的，在電鍍預處理、工藝控制適當的情況下，鍍層十分致密，幾乎沒有氣孔。所以電鍍金剛石工具是所有磨具中組織最致密的一種（釬焊金剛石工具組織也極其致密），鍍層對金剛石顆粒的接觸最充分、把持力特別大。正是因為鍍層致密、對金剛石結合牢固，才可以使用高濃度（埋砂法金剛石嵌入鍍層中的濃度可高達200%）而不導致磨粒過早脫落，而這是其它方法（除釬焊外）制造的金剛石工具所不能比擬的。

       由于電鍍金剛石工具多采用鎳或鎳鈷合金做結合劑，加上組織致密，所以鍍層硬度很高，甚至能達到HRC40，明顯高于其它類型的金剛石工具，因此電鍍金剛石工具從單層角度看是特別耐磨的（僅次于釬焊金剛石工具）。

       鍍層中嵌入的金剛石既可以通過埋砂法隨機分布和得到高濃度，也可以有序排列和人為控制金剛石的濃度，對于后者，可以更好地發揮金剛石的作用和改善排屑，提高磨削效果。

       3.使用特點

       由于電鍍金剛石工具磨料濃度高，在相同磨削速度時，其加工效率明顯高于其它工具；由于顆粒數目多，單顆磨粒負荷較小，磨耗較少，因而就同樣厚度的工作層而言，電鍍工具耐磨性特別高；由于耐磨，因而電鍍工具的形狀保持性就好，加工精度自然也高；單層電鍍工具，磨料出刃高度高，因此切削鋒利，易于排屑，摩擦力小發熱少。

       綜上，單層電鍍金剛石工具使用特點為加工效率高、磨削比高、形狀和精度保持性好、加工精度高等。但因為是單層，總的壽命相對較低。也有多層電鍍金剛石工具，但因電鍍組織致密、硬度高、韌性大，第一層金剛石用完后工具的自銳性差，需要通過加大磨削力、提高冷卻液流量等方式改善。

       電鍍金剛石工具的制造過程是低溫電沉積過程，不會對金剛石產生不利的熱影響，因此使用時金剛石品質不會有任何下降，這對磨削加工十分有利。

       2、電鍍金剛線的特點

       對比電鍍金剛石工具的特點，我們一一來說：

       1.結構特點

       圖2是電鍍金剛線的結構。與電鍍金剛石工具相一致：鋼絲是基體，起支持電鍍層的作用；金剛石彌散分布在電鍍層里，與電鍍層一起構成工作層，起磨削作用。電鍍層沉積金屬厚度一般為金剛石粒度的1/2~2/3，也就是說，金剛石出刃高度一般在金剛石粒徑的1/3~1/2。

圖2 電鍍金剛線的結構示意圖

       鋼絲起支持鍍層的作用，所以鋼絲必須滿足：a.要有足夠的力學性能；b.與鍍層的親和性要好。

足夠的力學性能，也就是說鋼絲的抗拉強度 、屈服強度 、剛性（圈徑）、抗扭強度等技術指標符合預定的要求。鋼線自身性能差，即使工作層再好，一旦切割時斷線也是不合格品，將嚴重影響使用性能。

       鍍層親和性，也就是說鍍層與鋼絲之間的界面結合力要強。金剛石鋸片，為了加強鋼基體與金剛石燒結節塊的結合力，必要時會增加過渡層，有時會將鋼基體外圓做成鋸齒狀或噴砂。對金剛線來說，母線表面活化處理也就是為了增加鋼絲與鍍層的親和性，提高與鍍層的結合力。如何評價鍍層結合力，這也是企業要考慮的。裸線與線鋸成品之間抗拉、抗扭強度檢測結果的變化，通常強度值是變大的。變化的大小在一定程度上反映了金剛線鍍層的結合強度，增量越大說明鍍層結合強度越高。目前多是采用纏繞法，通過顯微鏡目力觀察來檢驗結合強度，該方法不便量化定標，不妨將強度變化的檢驗方法作為檢測鍍層結合強度的一種參考方法。（具體見：線鋸講座— 第四講：電鍍金剛線的產品質量控制（4））

       2.鍍層特點

       電鍍工具的耐磨性高、形狀保持性好、切割精度高等性能優點得益于鍍層的致密性、對磨料的把持性。對金剛線產品來講，我們不希望切割作業時有金剛石脫落，所以要求鍍層致密、對金剛石把持牢固。

       鍍層致密，相應的鍍層表面小顆粒就要少，不能太過粗糙，這由“出刃高度數量分布圖”可以反映。圖3是兩款金剛線產品的出刃高度數量分布圖，圖3-a的出刃高度在1-2μm、2-3μm的數量（綠色柱狀圖）明顯比圖3-b多，這反映了圖3-a的金剛線鍍層表面小顆粒較多，鍍層致密度較差。

圖3 出刃高度數量分布圖

       鍍層對金剛石把持牢固，需要鍍層與金剛石的浸潤性好，所以現在金剛線多采用鍍鎳的金剛石微粉，增加與鎳鍍層的浸潤性。而鍍覆厚度、鍍覆表面粗糙度等指標與線鋸生產工藝有關（尤其是上砂工藝），微粉鍍覆的活性與上砂工藝的匹配，這是決定電鍍上砂好壞的重要因素。

       鍍層金剛石濃度，也就是我們常說的金剛石出刃率，直接影響切割效率，也是影響金剛線質量的一個關鍵指標。一般情況，電鍍方法對金剛石的把持力很強，即使金剛線到達壽命，也不應該有脫粒，這也是電鍍金剛線可以有很高出刃率的前提條件。比如，美暢推出的“高效線”，出刃率達到近600粒/mm，正是以鍍層把持牢固和磨粒分散均勻為前提的。

       金剛石濃度，或者說出刃率，現在的金剛線產品差別很大，從不到100粒/mm，到大于500粒/mm，由于切片企業缺少檢測儀器（較多使用電鏡點數）和使用經驗（出刃率與切割參數的匹配），現在對這個指標并不是很重視，而且在金剛線生產企業技術不成熟、不穩定的現狀下，想要生產出刃率不同的系列產品難度較大，但我們要明白，這個是必然趨勢！大家還是要錘煉內功，多做研究！

       電鍍金剛石工具的出刃高度一般在金剛石粒徑的1/3~1/2，出刃高度大，這也是電鍍制品鋒利、效率高的原因之一。現狀的金剛線產品，部分企業的工藝并不是太成熟，出刃高度往往不夠，也就是埋沒太多，或者鍍層表面有一些虛高的磨粒或者團聚鎳瘤，需要開刃。如果工藝成熟可靠，可以保證出刃高度，當然可以不開刃。

       3.使用特點

       金剛線作為金剛石鋸切工具，具有鋸切工具相同的使用特點，而且，因其基體是鋼絲，具有一定撓度，又有其獨特的特點。

       表征切割效果的參數主要有：切割效率、線鋸耐用度、切縫大小、切割缺陷。切割效率指單次切割用時；線鋸耐用度指單次切割所用線長；切割缺陷主要有線弓比、ＴＴＶ、線痕、刀紋等。

       從以上對金剛線鍍層特點的分析可以看出來，影響金剛線切割效果的自身因素主要有：鍍層致密度、鍍層強度、出刃高度、出刃率、金剛石分散均勻性（堆積直徑）、包絡絲徑。對金剛線使用者來說，必須要能根據金剛線的特點，科學合理地匹配切割工藝參數，這樣才能將金剛線物盡其用，才能真正地“用對”、“用好”。

       比如，出刃率高、鍍層強度好、堆積直徑小（即金剛石分散均勻）的金剛線，可以高走線速度、大進給量；低出刃率、鍍層強度好的金剛線，也可以使用較快的走線速度，但進給量要適當。另外，還要結合切割機的功率、整體剛性、精度等情況，即使是“高效線”，如果切割機功率低，也會“小馬拉大車”，不能“物盡其用”。