專利名稱：太陽能硅片線切割導輥及制作方法與專用鍍膜機和電鍍機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能硅片切割設備技術領域，尤其是一種太陽能硅片線切割導輥及制作方法與專用鍍膜機和電鍍機。
背景技術：
中國光伏發(fā)電產業(yè)近五年發(fā)展迅猛，太陽能硅片切割設備投入近幾年以幾十倍的投入運行，其中切割用鋼線排線用V型導線輥，隨切片機臺的擴產而大量消耗、其中V型導線輥的表面磨損及耐磨特性直接影響切片品質和設備的利用率及綜合線切成本。在太陽能硅片線切割過程中，整個機理是利用碳化硅顆粒的堅硬特性和鋒利菱角將硅棒截斷，切割時切割鋼線在V型鋼線導輥上等間隔地、均勻地排線來帶動砂漿在高速運動中的鋼線表面，均勻平穩(wěn)的使碳化硅微粒來切割硅棒表面，導線輥是控制切片厚度的一個關鍵控制點.在切割過程中導輥表面同時也被高速運動中的碳化硅間接磨損，V型槽間距發(fā)生變化而影響線切品質。隨著整個太陽能行業(yè)的發(fā)展，在太陽能硅片線切割中大量使用復合聚氨酯彈性體導輥，由于其表面的耐磨性受聚合體的材料結構影響，實際使用壽命周期在150-200小時之間已造成切片品質不穩(wěn)定。在生產過程中更換導輥是個很復雜的工作，需要專業(yè)的操作人員花費5-8小時才能換好，也意味著企業(yè)需停機5-8小時，造成其他機臺設備資源的浪費，換好后還需要清洗其他設，進行表面重新修復增加企業(yè)成本，增加工人勞動強度，整個行業(yè)都在為如何提高V型鋼線導輥表面耐磨性和提高使用壽命及提高機臺利用率、降低切割成本而又不改變現(xiàn)有切割導輥的制作工藝尋找新的途徑。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是為了解決上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供一種太陽能硅片線切割導輥在現(xiàn)有復合聚氨酯制成的V型導輥基體上鍍一層耐磨復合層，提升 V型導輥基體表面與砂漿鋼線之間的耐磨特性，增加V型導輥基體的使用壽命，減少更換次數(shù)，穩(wěn)定切片良率及降低生產成本。本發(fā)明提供一種太陽能硅片線切割導輥制作方法實現(xiàn)在V型導輥基體表面鍍上耐磨復合層，在鍍耐磨層之前必須使復合聚氨酯基體表面金屬化。本發(fā)明提供一種專用鍍膜機，采用磁控濺射工藝實現(xiàn)復合聚氨酯基體表面金屬化處理。本發(fā)明提供一種專用電鍍機，采用電鍍工藝實現(xiàn)耐磨復合層的電鍍。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種太陽能硅片線切割導輥，具有復合聚氨酯制成的V型導輥基體，V型導輥基體表面上鍍有金屬復合層，在金屬復合層表面鍍有耐磨復合層，所述的金屬復合層為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組成的金屬復合層， 所述的耐磨復合層為防粘聚合體，防粘聚合體中有耐磨微粒。所述的金屬復合層的厚度為0. IOum-O. 38um。
所述的耐磨復合層中的防粘聚合體為聚四氟乙烯樹脂。所述的耐磨微粒為粒徑0. 2um-2. Oum的碳化硅和/或金剛石微粒，所述的耐磨復合層的厚度為2um-15um。一種制作太陽能硅片線切割導輥的制作方法，具有如下步驟(a)制作表面帶V型槽的V型導輥基體；(b)去除V型導輥基體表面的微粒和污跡；(c)去除V型導輥基體表面水跡；(d)對V型導輥基體表面進行Ar/N2/O2離子表面微處理；(e)對步驟(d)中完成表面微處理后的V型導輥基體的表面進行鍍金屬復合層，使用磁控濺射工藝使復合聚氨酯表面金屬化；(f)鍍上金屬復合層后的V型導輥基體降溫冷卻后進行干燥，以備后用；(g)干燥后的V型導輥基體進行電鍍耐磨復合層，V型導輥基體放置在電鍍槽中， 電鍍槽中的電鍍液為含有耐磨微粒以及防粘聚合體的高懸浮電鍍液； (h)將完成電鍍耐磨復合層后的V型導輥基體1進行水清洗，清洗完畢后進行高速旋轉并用熱風烘干；(i)完成V型導輥基體檢驗后真空包裝出貨。步驟(e)所述的磁控濺射工藝中采用的金屬靶為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組合，金屬復合層的鍍層厚度為0. IOum-O. 38um。步驟(g)所述的防粘聚合體為聚四氟乙烯樹脂，耐磨微粒粒徑0. 2um-2. Oum的碳化硅和/或金剛石微粒，耐磨復合層的鍍層厚度為2um-15um。一種生產太陽能硅片線切割導輥的專用鍍膜機，用于復合聚氨酯制成的V型導輥基體表面金屬化，包括真空室以及抽真空機組，真空室內設有一對安裝V型導輥基體的導輥自公轉機架，導輥自公轉機架上對應設置至少一組安裝V型導輥基體的夾具，真空室內安裝有至少一個磁控靶位以及與磁控靶位對應設置的金屬靶位，真空室外設有控制磁控靶位工作的磁控電源柜。為提高工作效率，所述的導輥自公轉機架上設置有四組安裝V型導輥基體的夾具，可同時加工1至4組V型導輥，工作效率較高。為實現(xiàn)四種金屬的磁控濺射，所述的磁控靶位數(shù)量為四個，四個磁控靶位均勻圍繞在導輥自公轉機架的周向，金屬靶位可配置鎳靶、鈦靶、銅靶、鉻靶中的一種或多種組合的金屬，可按工藝需要配置不同的金屬組合。一種生產太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機，用于在已表面金屬化的V型導輥基體表面電鍍耐磨復合層，包括電鍍槽、電鍍電源、設置在電鍍槽內的鎳電極、支撐鎳電極的電極支架和電鍍液循環(huán)泵，鎳電極具有安裝V型導輥基體的空腔，鎳電極的兩端設有支撐V型導輥基體并驅動V型導輥基體轉動的導輥支架，鎳電極和V型導輥基體之間的空腔內具有隔離網，所述的電鍍槽內具有電鍍液，鎳電極的兩端分別為電鍍液的進液口和出液口，出液口與電鍍槽連通，進液口與電鍍槽通過電鍍液循環(huán)泵連通形成電鍍液循環(huán)回路，所述的電鍍電源的正極與V型導輥基體電連接，電鍍電源的負極與鎳電極電連接。優(yōu)選電鍍液，所述的電鍍液為鎳復合鎳電鍍液，電鍍液中含有碳化硅和/或金剛石微粒以及聚四氟乙烯樹脂。
為實現(xiàn)不停機自動添加微粒，提高生產效率并實現(xiàn)鍍層的均勻一致性，還具有控制鎳電極內電鍍液中碳化硅和/或金剛石微粒濃度的微粒添加裝置，所述的微粒添加裝置包括微粒貯存器和實時微粒含量探測控制器，所述的微粒貯存器與鎳電極的空腔連通，所述的實時微粒含量探測控制器設置在鎳電極空腔內的電鍍液中并與微粒貯存器控制連接。為實時監(jiān)控電鍍液的品質，所述的電鍍槽上設有測量電鍍液的pH計和溫度計。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明一種太陽能硅片線切割導輥及制作方法與專用鍍膜機和電鍍機，采用磁控濺射的真空鍍膜法和電鍍復合耐磨層法在V型導輥基體表面制作耐磨層，制成的V型導輥基體在不改變現(xiàn)有切割工藝條件下，提高V型導輥基體的使用壽命和減少更換次數(shù)、穩(wěn)定切片良率及提高設備利用率、降低切割綜合成本。使用不同的結構材料的耐磨復合層和軸向不等厚鍍層來提升V型導輥基體表面與砂漿鋼線之間的耐磨特性匹配來增加V型導輥基體的使用壽命，采用軸向不等厚度鍍層能有效地降底鋼線在V型導輥基體出線端的磨損，并能改善硅片TTV，減少線痕的產生。所獲得的含微粒的耐磨復合層對砂漿有不粘性易清洗特點、可幫助操作者易觀察到每一刀后耐磨復合層的損傷和破壞區(qū)域狀況及時預防切片品質的波動趨勢和耐磨作用。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的太陽能硅片線切割導輥最佳實施例的機構示意圖及其局部放大圖；圖2是本發(fā)明的太陽能硅片線切割導輥的制作方法的流程示意圖；圖3是本發(fā)明的生產太陽能硅片線切割導輥的專用鍍膜機的最佳實施例的半透視視圖；圖4是本發(fā)明的生產太陽能硅片線切割導輥的專用鍍膜機的最佳實施例的結構示意圖；圖5是本發(fā)明的生產太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機的最佳實施例的結構示意圖。圖中1. V型導輥基體，1-1.金屬復合層，1-2.耐磨復合層，2.真空室，21.磁控靶位，22.金屬靶位，23.磁控電源柜，3.抽真空機組，4.導輥自公轉機架，41.夾具，5.電鍍槽，51.鎳電極，51-1.隔離網，51-2.進液口，51-3.出液口，52.電極支架，53.電鍍液循環(huán)泵，6.電鍍電源。
具體實施例方式現(xiàn)在結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。如圖1所示的本發(fā)明的太陽能硅片線切割導輥的最佳實施例，具有復合聚氨酯制成的V型導輥基體1，V型導輥基體1表面上鍍有金屬復合層1-1，在金屬復合層1-1表面鍍有耐磨復合層1-2，金屬復合層1-1為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組成的金屬復合層， 耐磨復合層1-2為防粘聚合體，防粘聚合體中參雜有耐磨微粒。金屬復合層1-1的厚度為0. IOum-O. 38um。耐磨復合層1_1中的防粘聚合體為聚四氟乙烯樹脂，耐磨微粒為粒徑0. 2um-2. Oum的碳化硅和/或金剛石微粒，耐磨復合層1-2中的厚度為2um_15um。如圖2所示的本發(fā)明的制作太陽能硅片線切割導輥的制作方法的流程示意圖，具有如下步驟(a)制作表面帶V型槽的V型導輥基體1 ；(b)去除V型導輥基體1表面的微粒和污跡；(c)去除V型導輥基體1表面水跡；(d)對V型導輥基體1表面進行Ar/N2/O2離子表面微處理；(e)對步驟(d)中完成表面微處理后的V型導輥基體1的表面進行鍍金屬復合層 1-1，使用磁控濺射工藝使復合聚氨酯表面金屬化；(f)鍍上金屬復合層1-1后的V型導輥基體1降溫冷卻后進行干燥，以備后用；(g)干燥后的V型導輥基體1進行電鍍耐磨復合層1-2，V型導輥基體1放置在電鍍槽中，電鍍槽中的電鍍液為含有耐磨微粒以及防粘聚合體的高懸浮電鍍液；(h)將完成電鍍耐磨復合層1-2后的V型導輥基體1進行水清洗，清洗完畢后進行高速旋轉并用熱風烘干；(i)完成V型導輥基體1檢驗后真空包裝出貨。步驟(e)所述的磁控濺射工藝中采用的金屬靶為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組合，金屬復合層1-1的鍍層厚度為0. IOum-O. 38um。步驟(g)所述的防粘聚合體為聚四氟乙烯樹脂，耐磨微粒粒徑0. 2um-2. Oum的碳化硅和/或金剛石微粒，耐磨復合層1-2的鍍層厚度為2um-15um。如圖3圖4所示的本發(fā)明的生產太陽能硅片線切割導輥的專用鍍膜機的最佳實施例，用于復合聚氨酯制成的V型導輥基體1表面金屬化，包括真空室2以及抽真空機組3，真空室2內設有一對安裝V型導輥基體1的導輥自公轉機架4，導輥自公轉機架4上對應設置四組安裝V型導輥基體1的夾具41，真空室2內安裝有四個磁控靶位21以及與磁控靶位 21對應設置的金屬靶位22，真空室2外設有控制磁控靶位21工作的磁控電源柜23。磁控靶位21數(shù)量為四個，四個磁控靶位21均勻圍繞在導輥自公轉機架4的周向， 金屬靶位22可配置鎳靶、鈦靶、銅靶、鉻靶中的一種或多種組合的金屬。如圖5所示的本發(fā)明的生產太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機的最佳實施例， 用于在已表面金屬化的V型導輥基體1表面電鍍耐磨復合層1-2，包括電鍍槽5、電鍍電源 6、設置在電鍍槽5內的鎳電極51、支撐鎳電極51的電極支架52和電鍍液循環(huán)泵53，鎳電極51具有安裝V型導輥基體1的空腔，鎳電極51的兩端設有支撐V型導輥基體1并驅動 V型導輥基體1轉動的導輥支架M，鎳電極51和V型導輥基體1之間的空腔內具有隔離網51-1，電鍍槽5內具有電鍍液，鎳電極51的兩端分別為電鍍液的進液口 51-2和出液口 51-3，出液口 51-3與電鍍槽5連通，進液口 51-2與電鍍槽5通過電鍍液循環(huán)泵53連通形成電鍍液循環(huán)回路，電鍍電源6的正極與V型導輥基體1電連接，電鍍電源6的負極與鎳電極51電連接。還具有控制鎳電極51內電鍍液中碳化硅和/或金剛石微粒濃度的微粒添加裝置，微粒添加裝置包括微粒貯存器和實時微粒含量探測控制器，微粒貯存器與鎳電極51 的空腔連通，實時微粒含量探測控制器設置在鎳電極51空腔內的電鍍液中并與微粒貯存器控制連接。電鍍槽5上設有測量電鍍液的pH計7和溫度計8。電鍍液為鎳復合鎳電鍍液，電鍍液中含有碳化硅和/或金剛石微粒以及聚四氟乙烯樹脂。以下通過加工NTC442V型導輥基體1表面鍍4um厚度含粒徑D50 = 1. Oum的碳化硅微粒耐磨復合層1-2和復合聚氨酯V型導輥基體1表面金屬化厚度0. 15um磁控濺射 98%鎳和2%鈦的復合金屬層1-1，來具體闡述本發(fā)明的全部操作過程第一步、準備V型導輥基體1 取NTC442已完成開V型槽的導輥1至4根，使用超聲波清洗機去除V型導輥基體1表面的微粒和污跡點；使用低溫真空烘干機去除V型導輥基體1表面水跡點。第二步、真空鍍膜將V型導輥基體1裝載到專用鍍膜機中的導輥自公轉機架4 上，配置四個金屬靶位22上的靶材取三個鎳金屬靶和一個鈦金屬靶；V型導輥基體1表面微處理，等離子清洗氣體為80%氬氣+20%氧氣，基礎真空度需達到2. 0x10-31^ ；通過磁控濺射工藝V型導輥基體1表面金屬化鍍膜厚度為0. 150um-0. 160um之間，整個金屬化過程由自動化程序控制，全部完成需耗時3小時。第三步、電鍍耐磨層將一根已表面金屬化的V型導輥基體1安裝到專用電鍍機中的鎳電極51的空腔中，V型導輥基體1安裝在導輥支架M上，導輥支架M可驅動V型導輥基體1轉動(轉速從0-15rpm)，取500kg鎳復合電鍍液并調節(jié)好pH值和溫度，用電鍍液循環(huán)泵53將鎳復合電鍍液從電鍍槽5中打入到鎳電極51中并使電鍍液充滿并且開始回流，并確保新的鎳復合電鍍進入到鎳電極51內部形成循環(huán)回路，將V型導輥基體1表面接上電鍍電源6，在鎳電極51中加入500g粒徑D50 = Ium的碳化硅微粒和粒徑為80nm的聚四氟乙烯樹脂，V型導輥基體1電鍍成含96%碳化硅微粒和4%聚四氟乙烯樹脂的耐磨復合層厚度4um時，電鍍液pH值3. 2，電鍍液溫度45°C，電鍍時間20分鐘，清水沖洗時間5 分鐘、風干時間2分鐘。通過上述三大步可制得耐磨層厚度為4um的太陽能硅片線切割導輥，可替代常規(guī)鋼線導輥使用而不改變原有線切割機的工藝，導輥使用壽命可增加30% -40%、減少導輥更換次數(shù)，節(jié)約人力，提高設備利用率，降低生產成本。
權利要求
1.一種太陽能硅片線切割導輥，具有復合聚氨酯制成的V型導輥基體(1)，其特征是: V型導輥基體(1)表面上鍍有金屬復合層(1-1)，在金屬復合層(1-1)表面鍍有耐磨復合層 (1-2)，所述的金屬復合層(1-1)為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組成的金屬復合層，所述的耐磨復合層(1-2)為防粘聚合體，防粘聚合體中有耐磨微粒。
2.如權利要求1所述的太陽能硅片線切割導輥，其特征是所述的金屬復合層(1-1) 的厚度為 0. IOum-O. 38um。
3.如權利要求1所述的太陽能硅片線切割導輥，其特征是所述的耐磨復合層(1-1) 中的防粘聚合體為聚四氟乙烯樹脂。
4.如權利要求1所述的太陽能硅片線切割導輥，其特征是所述的耐磨微粒為粒徑 0. 2um-2. Oum的碳化硅和/或金剛石微粒，所述的耐磨復合層(1_2)的厚度為2um-15um。
5.一種制作如權利要求1 4所述的太陽能硅片線切割導輥的制作方法，其特征是具有如下步驟(a)制作表面帶V型槽的V型導輥基體(1)；(b)去除V型導輥基體(1)表面的微粒和污跡；(c)去除V型導輥基體(1)表面水跡；(d)對V型導輥基體(1)表面進行Ar/N2/O2離子表面微處理；(e)對步驟(d)中完成表面微處理后的V型導輥基體(1)的表面進行鍍金屬復合層 (1-1)，使用磁控濺射工藝使復合聚氨酯表面金屬化；(f)鍍上金屬復合層(1-1)后的V型導輥基體(1)降溫冷卻后進行干燥，以備后用；(g)干燥后的V型導輥基體(1)進行電鍍耐磨復合層(1-2)，V型導輥基體(1)放置在電鍍槽中，電鍍槽中的電鍍液為含有耐磨微粒以及防粘聚合體的高懸浮電鍍液；(h)將完成電鍍耐磨復合層(1- 后的V型導輥基體(1)進行水清洗，清洗完畢后進行高速旋轉并用熱風烘干；(i)完成V型導輥基體(1)檢驗后真空包裝出貨。
6.如權利要求5所述的太陽能硅片線切割導輥的制作方法，其特征是步驟(e)所述的磁控濺射工藝中采用的金屬靶為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組合，金屬復合層(1-1) 的鍍層厚度為0. IOum-O. 38um。
7.如權利要求5所述的太陽能硅片線切割導輥的制作方法，其特征是步驟(g)所述的防粘聚合體為聚四氟乙烯樹脂，耐磨微粒粒徑0. 2um-2. Oum的碳化硅和/或金剛石微粒， 耐磨復合層(1-2)的鍍層厚度為2um-15um。
8.—種生產權利要求1 4所述的太陽能硅片線切割導輥的專用鍍膜機，用于復合聚氨酯制成的V型導輥基體(1)表面金屬化，其特征是包括真空室( 以及抽真空機組(3)， 真空室O)內設有一對安裝V型導輥基體(1)的導輥自公轉機架G)，導輥自公轉機架(4) 上對應設置至少一組安裝V型導輥基體(1)的夾具(41)，真空室O)內安裝有至少一個磁控靶位以及與磁控靶位對應設置的金屬靶位(22)，真空室( 外設有控制磁控靶位工作的磁控電源柜03)。
9.如權利要求8所述的專用鍍膜機，其特征是所述的導輥自公轉機架(4)上設置有四組安裝V型導輥基體(1)的夾具01)。
10.如權利要求8或9所述的專用鍍膜機，其特征是所述的磁控靶位數(shù)量為四個，四個磁控靶位均勻圍繞在導輥自公轉機架⑷的周向，金屬靶位02)可配置鎳靶、鈦靶、銅靶、鉻靶中的一種或多種組合的金屬。
11.一種生產權利要求1 4所述的太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機，用于在已表面金屬化的V型導輥基體(1)表面電鍍耐磨復合層(1-2)，其特征是包括電鍍槽(5)、電鍍電源(6)、設置在電鍍槽(5)內的鎳電極(51)、支撐鎳電極(51)的電極支架(52)和電鍍液循環(huán)泵(53)，鎳電極(51)具有安裝V型導輥基體(1)的空腔，鎳電極(51)的兩端設有支撐 V型導輥基體(1)并驅動V型導輥基體(1)轉動的導輥支架64)，鎳電極(51)和V型導輥基體⑴之間的空腔內具有隔離網(51-1)，所述的電鍍槽(5)內具有電鍍液，鎳電極(51) 的兩端分別為電鍍液的進液口(51-2)和出液口(51-3)，出液口(51-3)與電鍍槽(5)連通， 進液口(51- 與電鍍槽( 通過電鍍液循環(huán)泵(5 連通，所述的電鍍電源(6)的正極與 V型導輥基體(1)電連接，電鍍電源(6)的負極與鎳電極(51)電連接。
12.如權利要求11所述的太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機，其特征是所述的電鍍液為鎳復合鎳電鍍液，電鍍液中含有碳化硅和/或金剛石微粒以及聚四氟乙烯樹脂。
13.如權利要求12所述的太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機，其特征是還具有控制鎳電極(51)內電鍍液中碳化硅和/或金剛石微粒濃度的微粒添加裝置，所述的微粒添加裝置包括微粒貯存器和實時微粒含量探測控制器，所述的微粒貯存器與鎳電極(51)的空腔連通，所述的實時微粒含量探測控制器設置在鎳電極(51)空腔內的電鍍液中并與微粒貯存器控制連接。
14.如權利要求11所述的太陽能硅片線切割導輥的專用電鍍機，其特征是所述的電鍍槽(5)上設有測量電鍍液的pH計(7)和溫度計(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能硅片線切割導輥及制作方法與專用鍍膜機和電鍍機，制作一種復合聚氨酯制成的V型導輥基體，在V型導輥基體表面上鍍有金屬復合層，在金屬復合層表面鍍有耐磨復合層，所述的金屬復合層為鎳、鈦、銅和鉻中的一種或多種組成的金屬復合層，所述的耐磨復合層為防粘聚合體，防粘聚合體中有耐磨微粒。本發(fā)明制成的V型導輥在不改變現(xiàn)有切割工藝條件下，提高V型導輥的使用壽命和減少更換次數(shù)、穩(wěn)定切片良率及提高設備利用率、降低切割綜合成本。
文檔編號C25D9/02GK102225598SQ201110112579
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權日2011年5月3日
發(fā)明者勵征 申請人:蒙特集團(香港)有限公司