電鍍金剛石線鋸用螺旋鍍液流和旋轉磁場裝置的設計與分析

關鍵詞電鍍金剛石線鋸；磨粒團聚；磨粒分布密度；螺旋鍍液流；旋轉磁場中圖分類號TQ164;TG58;TQ7 文獻標志碼A文章編號 1006-852X（2025）02-0224-12DOI碼 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0266收稿日期 2023-12-05修回日期2024-06-02

單晶硅、光伏硅、藍寶石等高硬脆材料廣泛應用于信息、能源、航天等領域。這些材料均具有高硬脆特性，需要將其棒材原料分切成片后再加工才可使用，因而棒材的鋸切加工是重要的生產工序之一。以太陽能電池的核心部件硅片為例，其 40% 的生產成本為棒材的切割加工成本[1]。為滿足市場需求，提高切片質量和效率，降低成本和損耗，一直是鋸切技術業界關注的重點。

棒材的游離磨料鋸切[2-3]技術工藝簡單，可滿足硅片大尺寸和超薄的鋸切要求，但存在鋸切效率和走線速度低、鋼絲使用壽命短、環境污染嚴重等缺陷。而棒材的內圓切片機切片技術存在刀片厚度大、切口材料損耗大、材料表面損傷深等弊端。近年來，在基線表面用樹脂結合劑、釬焊或電鍍方法固結金剛石磨粒制成的金剛石線鋸[47]，在鋸切領域得到了廣泛應用。

其中，電鍍金剛石線鋸因在貴重、硬脆材料的切割加工過程中具有切縫窄、材料損耗小、加工效率高等優點而得到大力發展1。

電鍍金剛石線鋸是以碳鋼等高強度金屬細絲（直徑 ?0.35mm ）為基線，在其表面電鍍鎳與金剛石磨粒的復合鍍層，使金剛石磨粒牢固嵌合在復合鍍層中，通過開刃除去金剛石磨粒表面的鍍鎳層而露出金剛石刃口制成的[46]。2013年前，國內電鍍金剛石線鋸市場基本由國外公司壟斷。自2013年左右首次從日本住友引進電鍍金剛石線鋸生產設備以來，國內電鍍金剛石線鋸生產技術不斷完善[9-2]、市場持續拓展，已逐漸完成國產替代，并將生產成本從國外設備引進初期的1.20元/m降至目前的0.15元 /m 以下，且線鋸技術指標趨于完善。

電鍍金剛石線鋸上金剛石磨粒的沉積工藝直接影響線鋸表面的磨粒分布、制備效率及耐用度等技術指標，常見的沉積工藝有落砂法和埋砂法[13]。落砂法是水平行進的電鍍工藝，如圖1所示，其原理為：混合液從一程鍍槽的噴液管噴向水平行進的基線，基線（可以是一根或多根平行線）表面接觸到隨液流下落的經磁化處理的預鍍鎳金剛石磨粒時，電沉積的鎳同時將金剛石磨粒與基線結合在一起；隨后基線導出進入二程鍍槽（其結構與一程鍍槽相同），完成基線電鍍金剛石磨粒與鎳的復合過程。埋砂法是垂直上抽行進的電鍍工藝，如圖2所示，其原理為：控制鍍液排液口與溢流管排放鍍液量之間的比例，使混合液中金剛石磨粒自然沉降到鍍液槽下部的比例較高，基線（可以是一根或多根平行線）以一定的速度從底部向上從混合液中抽出，抽出過程完成后電鍍金剛石磨粒與基線表面黏接。這2種沉積工藝雖可提高基線黏接磨粒的效率1倍以上，但在電鍍過程中，金剛石磨粒的沉降效應易導致其在鍍液中的濃度一致性波動較大，進而使鍍鎳層中的金剛石磨粒出現團聚現象[14]。

在有關電鍍過程中基線圓周的金剛石磨粒濃度一致性的研究中，發現在電鍍裝置中，當混合液圍繞基線并與基線同向以適當的速度螺旋行進時，可降低鍍液中金剛石磨粒的相對沉降速度，提高混合液攪拌的均勻性[15]。同時，研究還表明[15-19]：在切削工具表面制備金剛石耐磨層時，施加適當的磁場可提高金剛石磨粒嵌合在胎體中的固結強度，且用永磁體先磁化基線[1]（直徑約為 0.6mm ）再進行電鍍，可提高金剛石利用率并降低生產成本。但螺旋鍍液流和旋轉磁場組合裝置的應用尚未見報道。

為此，設計螺旋鍍液流和永磁體旋轉磁場組合裝置用來制備電鍍金剛石線鋸。在滿足旋轉磁場結構簡單、磁場穩定和節能等需求的同時，以期減少線鋸上金剛石磨粒的團聚現象；同時，縮小金剛石磨粒分布密度的波動范圍，提高線鋸的質量及成品率。

1組合裝置設計和實驗條件

1.1螺旋鍍液流電鍍裝置結構設計

有研究發現[15]：在電鍍裝置中，電鍍混合液圍繞基線同向螺旋行進，具有改善基線圓周金剛石磨粒濃度的一致性、提高混合液攪拌的均勻性等優點。據此理念設計了如圖3所示的螺旋鍍液流電鍍裝置，圖3中的 D 為玻璃管外側直徑（ D=74mm ）， d 為玻璃管內壁直徑（ d=56mm ）。圖3的工作原理為：混合液從螺旋導向內芯的螺旋葉片之間進入玻璃管內，在螺旋葉片作用下，在玻璃管內圍繞基線做螺旋向上旋轉運動，并從玻璃管的混合液出口流出。為避免阻礙螺旋液流行進的情況出現，在玻璃管內壁對稱設置4條凹槽，用于放置鎳陽極；基線從螺旋導向內芯中空的中心進人，向上行進通過電鍍裝置，且基線不與螺旋導向內芯直接接觸，以保持基線行進通暢。

1.2螺旋鍍液流的流量與螺旋速度

TSUBOT等[15]的研究表明：當螺旋鍍液流的上升速度1.5倍于金剛石磨粒的自然沉降速度時，制備的金剛石線鋸中金剛石磨粒的分布密度波動范圍較小。由于不同粒度的金剛石微粉在液體中的沉降速度不同，測得 M30/40 金剛石在混合液（金剛石磨粒[2]經適當磁化[2]后與鍍液按表1中比例混合的液體）中的自然沉降速度 u=2.0～2.2cm/s， 。根據玻璃管內徑值（ d= 56mm ），計算所需的混合液最低流量 Q 為 4.43L/min （流量 Q=1.5π（d/2）²×ν， ）。選取螺旋導向內芯的材質為TA2鈦合金，通過實驗取得優選的螺旋葉片數和螺旋角參數，螺旋葉片底徑為 12mm ，厚度為 2mm ，外徑與 d 一致，高度與其外徑相同。在混合液流經過螺旋導向內芯時，其產生的螺旋速度隨著玻璃管內直徑位置的不同而不同，且難以具體計算，因而混合液流量也通過實驗優選數據。

1.3旋轉磁場裝置結構設計

研究表明[15-19]：在電鍍金剛石線上沉積金剛石耐磨層時，施加合適的交變磁場，有利于提高金剛石磨粒的沉積速率及其與基線的固結強度。

通過實驗設計旋轉磁場裝置，并采用釹鐵硼合金永磁圓柱體[22替代交變磁場發生器以簡化磁場結構，設計的旋轉磁場裝置結構見圖4。圖4中：固持架（工程塑料）用于固持釹鐵硼合金永磁圓柱體，每個固持架對稱裝配2個釹鐵硼合金永磁圓柱體，安裝時注意按圖示的S和N極位置放置，且自上而下相鄰的上下層固持架中釹鐵硼合金永磁圓柱體按順時針方向以合適的角度交錯布置。旋轉磁場裝置工作原理為：由釹鐵硼合金永磁圓柱體和固持架組成的旋轉磁場，精確地圍繞螺旋鍍液流電鍍裝置中心線旋轉，其旋轉速度應適當。實驗表明：鍍鎳后的金剛石磨粒在磁場作用下，其按磁力線有序排列且圍繞基線旋轉，與基線接觸后結合在一起，這種鍍液及金剛石磨粒的旋轉可減輕基線表面微粒的團聚現象，同時阻止金剛石磨粒在重力作用下過快沉降，保持鍍液中金剛石磨粒濃度的一致性。

1.4旋轉磁場的旋轉速度與磁場強度

文獻[18]的研究表明：在金屬的電化學沉積過程中引入外加交變磁場，可使鍍層平整、致密且溝槽得到很好地填補；文獻[21]的結果表明，磁場的強弱與金剛石磨粒的分布密度波動有關。由于缺少磁場強度與金剛石磨粒分布密度波動關聯的參考文獻，以及缺乏金剛石線鋸電鍍過程中磁場的實際檢測手段，因此通過組合裝置實際應用過程中的組合參數積累，獲取具有較佳效果的技術參數。

永磁體的選擇和布置：初始實驗的永磁體尺寸為?20mm×30mm ；按文獻[20]的要求選擇磁場強度，上下層永磁體先按順時針 20^° 交錯布置，后根據實驗結果進行相應調整。

旋轉磁場的旋轉速度：旋轉磁場的旋轉速度理論上應與混合液的旋轉速度一致，但電鍍裝置中玻璃管內不同的直徑和上下位置，使混合液的旋轉速度不盡相同。設定初始實驗旋轉速度為 40r/min ，后每次增加5r/min 進行實驗，以獲取不同磁場旋轉速度下的沉積效果。

磁場強度：根據磁場強度的不同，選取至少5種不同代號的永磁體進行實驗。采用TD8620型手持式數字特斯拉計測量N38M永磁體組合裝置內部的磁場強度。同一固持架內的2個永磁體，內側S和N極的端面之間的磁場強度分布見圖5。從圖5可見：從兩極的端面到線鋸中心線，磁場強度快速衰減，但旋轉磁場中心的磁場強度波動較小。因此，選用永磁體時，其產生的磁場強度應大于圖5的分布數據。

1.5組合裝置基本參數

經不斷實驗和生產實踐的數據積累，并綜合上面的分析結果，得到組合裝置的基本參數，見表2。實驗用加裝電鍍組合裝置的線鋸生產線實物見圖 6

1.6線鋸的基本要求

不同領域使用的線鋸，其基線直徑、金剛石微粉粒度、切割速度、金剛石磨粒分布密度和團聚要求各不相同。以半導體芯片鋸切領域使用的線鋸為研究對象，其具體要求是：金剛石微粉粒度代號為 M30/40^[23] 金剛石磨粒分布密度控制在15～25顆 /mm^[24] ，無顆粒嚴重團聚現象（即無顆粒相互疊壓現象）發生；線鋸切割速度為 1500～1700m/min ，基線直徑為 0.135mm^[24] 線鋸的技術指標見表3。

1.7切片實驗

結合表3中的技術參數，進行直徑為 50.6mm 單晶硅棒（硅棒型號為CZ-SOS，純度為 99.9999% ）的切片實驗，并采用超高速金剛石線多線切割機（型號為YJ-XQW170，走線速度 lt;2100m/min ）進行切片。

1.8線鋸性能表征

利用JSM-IT100型掃描電子顯微鏡觀察不同工藝制備的電鍍金剛石線鋸的表面形貌；利用Mitutoyo SJ-301型表面粗糙度測定儀檢測切割硅片進給方向的表面粗糙度，硅片取樣尺寸是 0.8mm×4.0mm ，取樣點按文獻[4]規定的方法選取。

2實驗結果及分析

預研時發現，新裝置中螺旋導向內芯葉片數、螺旋角、混合液流量、固持架數量、永磁體交錯放置角、磁場旋轉速度、永磁體磁場強度（用永磁體代號表示）等參數對金剛石線鋸質量都有影響。為了研究不同參數的影響規律，采用單因素實驗法進行實驗，得出新裝置下電鍍金剛石線鋸的最佳工藝參數并制作線鋸，分析線鋸形貌，并進行硅棒切片實驗。

2.1螺旋葉片數的影響

分別選取螺旋葉片數為3、4、5、6片，固定螺旋角等其他預研參數，用圖6的裝置電鍍金剛石線鋸。電鍍時，電流和電壓取2.8A和 5.9V ，電鍍實驗結果見表4。從表4中可見：不同葉片數對金剛石磨粒的團聚現象有較大影響，螺旋葉片數為4片及以下時金剛石磨粒的團聚都為中度，且金剛石磨粒波動范圍較大；而葉片數為5片和6片時的金剛石磨粒波動范圍較小，且均未發現團聚現象。分析認為，葉片數量適當增加，有利于產生螺旋鍍液流的效果。考慮線鋸的機械加工性及實驗裝置的簡單性，宜選螺旋葉片數為5片進行實驗。

預研時得到金剛石線鋸表面的金剛石中度、重度、輕度團聚形貌如圖7、圖8及圖9所示，圖10為原始鍍鎳金剛石磨粒形貌。圖7、圖8及圖9中對金剛石團聚的規定為：在 1mm 金剛石線長度內，有1處有5顆及以上金剛石磨粒相連且疊壓，就判為重度團聚（圖8的紅圈區域）；在 1mm 金剛石線長度內，有2處及以上有5顆以下2顆及以上金剛石磨粒相連但不疊壓，就判為中度團聚（圖7的紅圈區域）；在 1mm 金剛石線長度內，僅1處有不超過2顆金剛石磨粒相連但不疊壓，就判為輕度團聚（圖9的紅圈區域）。線鋸上金剛石的輕度團聚形貌一般不影響鋸切質量，屬滿足

線鋸基本要求。而圖10中原始鍍鎳的金剛石磨粒沒有團聚現象。

2.2螺旋角的影響

取螺旋角為 40^° 、 50^° 、 60^° 、 70^° 、 80^° ，固定螺旋葉片數等其他預研參數，不同螺旋角時的實驗結果見表5。

從表5中可見：螺旋角為 60^° 及以上的數據較佳，未發現團聚現象或只有輕度團聚；而 40^° 、 50^° 時出現了中度或輕度團聚現象，且金剛石磨粒波動范圍略大。分析認為螺旋角過小時易產生紊流，產生的螺旋鍍液流圍繞基線旋轉的速度過快；而螺旋角過大時，則產生的螺旋鍍液流旋轉效果不明顯。因此，宜選 60^° 螺旋角進行實驗。

2.3混合液流量的影響

選取混合液流量為4.5、4.6、4.8、5.0和 5.2L/min 固定螺旋葉片數等其他預研參數，其實驗結果見表 6 由表6中可見：流量為 4.8L/min 時，金剛石磨粒的分布密度和波動范圍均較小，且未發現團聚現象。而當混合液流量減小或增加時，顆粒的分布密度和波動范圍均有不同程度的變大，且均有輕度或中度的團聚現象。分析認為混合液流量對金剛石磨粒分布密度影響較大，間接影響了團聚現象。考慮混合液流量的波動偏差，后續按 4.8L/min 進行實驗。

2.4固持架數量的影響

根據玻璃管尺寸，固持架數量宜取值為12、13、14、15和16件，上下層永磁體按順時針 60^° 交錯布置。固定螺旋葉片數等其他預研參數、改變固持架數量時的實驗結果見表7。表7中的固持架數量取最大數16件（已達到組合裝置的容量上限）為好，此時不存在團聚現象，且分布密度和波動范圍均最小。這是因為固持架數量越多，電鍍裝置的影響范圍越廣，磁場的作用越明顯，越有利于改善金剛石磨粒分布密度波動范圍和團聚現象。因此，宜選固持架數量為16件時進行實驗。

2.5永磁體交錯放置角的影響

永磁體交錯放置時的上下層永磁體順時針按 20^° 40^° / 60^° 80^° 、 90^° 的交錯角度放置，固定螺旋葉片數等其他預研參數，電鍍實驗結果見表8。從表8中可見：在 60^°～90^° 交錯角度放置時，顆粒均未發生團聚現象，且其分布密度和波動范圍進一步減小。分析認為，永磁體不同交錯角度影響磁場的均衡性，進而影響金剛石磨粒分布密度和團聚現象，在 60^° 及以上時可獲得較好的磁場均衡性，后續按 60^° 進行實驗。

2.6磁場旋轉速度的影響

磁場旋轉速度分別為40、45、50、55、60、65和70r/min 時，固定螺旋葉片數等其他預研參數，其電鍍實驗結果見表9。從表9中可見：磁場旋轉速度 ?40r/min 時，均可獲得理想的金剛石磨粒分布密度。分析認為是速度達到一個限值時即可確保鍍液中金剛石磨粒穩

定地圍繞基線旋轉；而在 55～70r/min 的磁場旋轉速度時，數據滿足線鋸基本要求，且顆粒只輕度團聚或無團聚現象。但考慮到較高磁場旋轉速度對機械使用壽命、振動等因素的影響，后續按 60r/min 進行實驗。

2.7永磁體磁場強度的影響

永磁體對比電磁鐵，其結構更簡單，不需要復雜的電路來控制磁場的強度和頻率，且易于維護[25]。永磁體[22]選擇代號為N40M、N38M、N35M、N33H和N30VH的產品，其磁場強度分別為0.562、0.549、0.527、0.509和0.482T，因此可用永磁體代號表示其磁場強度。固定螺旋葉片數等其他參數，不同永磁體時的電鍍實驗結果見表10。從表10中可見，N40M、N38M、N35M時的數據滿足線鋸基本要求。分析認為旋轉磁場強度越大，越有利于鍍液流圍繞基線旋轉，進而收窄金剛石磨粒分布密度范圍。考慮到永磁體價格等，優先選擇N38M永磁體。

將上述系列實驗結果綜合起來，獲得組合裝置運行的最佳工藝參數，見表11。在最佳工藝參數下電鍍線鋸，能生產出滿足半導體芯片鋸切領域使用要求的線鋸產品。

2.8 線鋸形貌分析

圖11是設計的實驗裝置在表11條件下制作的線鋸的表面形貌。從表11、圖11中可知：金剛石磨粒均勻分布于基線表面，無疊壓團聚現象，且磨粒分布密度基本均勻，為15＼～25顆 /mm ，金剛石磨粒波動范圍控制在11顆 /mm 。圖12為國內某公司的線鋸表面形貌，可見有明顯的團聚形貌（圖中紅色圓圈位置），計算的磨粒分布密度為14＼～36顆 /mm ，波動范圍為23顆 /mm 由此可見，圖11的新線鋸具有更窄的磨粒分布密度。

圖11新裝置下制作的線鋸表面形貌Fig.11 Surface appearance of wire saw madeundernewdevice

圖13是新線鋸開刃斷裂后的端口形貌。從圖13中可以看出：新線鋸端口附近磨粒無疊壓團聚現象，且線鋸鍍鎳層與基線無明顯分層現象。圖14是國內某公司的線鋸開刃斷裂后的端口形貌。從圖14中可以看出：端口附近眾多金剛石磨粒團聚在一起，且有金剛石磨粒刮落的痕跡（紅色圓圈位置）。一般在電鍍過程中，金剛石磨粒的沉降效應易導致其在鍍液中的濃度一致性波動較大，進而使鍍覆鎳層中的金剛石磨粒出現團聚現象[13]。而新線鋸減少了磨粒的疊壓團聚現象。

設計的實驗裝置制作的新線鋸與其他線鋸產品的表面形貌及開刃破斷的端口形貌數據對比見表12。從表12中可知：用研究的組合裝置制作線鋸，基本消除了金剛石磨粒的疊壓團聚現象，且磨粒波動范圍從23顆 /mm 減少至11顆 /mm ，基本未發現鍍層與基線的分層現象。因此，用新線鋸切割硅片，硅片表面平整，可減少后續磨片等的加工量，滿足半導體芯片行業等對金剛石線鋸切割的技術要求。

綜合圖11、圖13和表12的分析結果，可知新裝置產生的螺旋鍍液流使鍍液中的金剛石磨粒分布更均勻；旋轉磁場使金剛石磨粒按磁力線圍繞基線旋轉，同時減緩金剛石磨粒沉降速度，提高其在鍍液中的分布均勻性；同時，還可通過調整永磁體的排列、尺寸和旋轉速度等來優化磁場分布。兩者的組合作用為消除磨粒團聚并降低磨粒分布密度波動發揮了重要作用。

2.9 具體硅棒切片實驗

用新裝置制作的新線鋸，按1.7節條件進行直徑為 50.6mm 單晶硅棒的切片實驗。在硅片進給方向的表面粗糙度平均值測試結果見表13。從表13中可知：利用研究的組合裝置制作的新線鋸切割硅片后，硅片進給方向的平均粗糙度 R_a 為 0.583μm ，明顯低于文獻[4]中硅片A的 0.910μm 和硅片B的 0.812μm ，且分別降低 35.9% 和 28.2% ，明顯提升了硅片表面的平整度，硅片的表面質量更好。分析認為可能的原因是文獻[4]中所用的線鋸，其金剛石磨粒分布密度達42顆 /mm ，且顆粒有重度團聚現象；而新裝置制作的線鋸金剛石磨粒分布密度和波動范圍都更小，也沒有團聚現象發生，進而提高了切片質量。

圖15是利用掃描電子顯微鏡觀察新線鋸切割后的硅片表面形貌。從圖15中可知：硅片進給方向主要有殘留的凹坑缺陷，而走絲方向則主要為殘留的劃痕缺陷。這說明新制作的線鋸適合切割表面質量與精度要求高的硅片等，也適合高速切割，與文獻[26]報道的高速線鋸切割有利于降低工件鋸切面的粗糙度結果一致。

3結論

（1）設計的螺旋鍍液流和旋轉磁場組合裝置，使鍍液流模式有利于混合液中的金剛石磨粒分布均勻，并使其按磁力線有序排列且圍繞基線旋轉，可基本消除線鋸表面團聚缺陷，提高金剛石磨粒分布密度均勻性，其金剛石磨粒波動范圍可控制在11顆 /mm 以內。

（2）結合螺旋鍍液流和旋轉磁場組合裝置，得出電鍍金剛石線鋸的最佳工藝參數是：螺旋葉片數為5片，螺旋角為 60^° ，混合液流量為 4.8L/min ，固持架數量為16件，永磁體交錯放置角為 60^° ，磁場旋轉速度為60r/min ，永磁體及其磁場特性代號為 N38M_☉

（3）在最佳工藝參數下采用新裝置制備新線鋸，并用其鋸切硅片，硅片在進給方向的平均粗糙度 R_a 值為 0.583μm ，比文獻報道的分別降低了 35.9% 和 28.2% 因而可減少后續磨片工序的工作量。

鳴謝：感謝泉州聯合新材料有限公司在實驗和新裝置使用過程的積極配合和支持。

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作者簡介

黃煒，男，1971年生，高級工程師。主要研究方向：自動化控制及科技信息研究。

E-mail： 13575500509@163.com

通信作者：孫昱蒙，女，1986年生，工程師。主要研究方向：機械測試及標準化。

E-mail： sunyumeng@qq.com

余錫孟，男，1981年生，博士、高級工程師。主要研究方向：金屬材料加工設計測試。

E-mail： xmyu@zju.edu.cn

（編輯：周萬里）

Design and analysis of spiral plating solution flow and rotating magnetic field deviceforelectroplateddiamondwiresaw

HUANG Wei1'3， HE Yanming2， XU Jinbao1， SONG Zhenya4， HUANG Xiang5SUN Yumeng5， YU Ximeng5

（1.Zhejiang Lingzhou Intelligent Equipment Co.，Ltd.，Shaoxing 3120o0， Zhejiang， China）

（2.College ofMechanical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310o23，China）

（3. Shaoxing Scienceand Technology Information Research Institute，Shaoxing 312o00，Zhejiang，China） （4. Shaoxing Tianlong Tin Materials Co.，Ltd.， Shaoxing 312001， Zhejiang， China ）

（5. Shaoxing Testing Institute of Quality and Technical Supervision， Shaoxing 312366，Zhejiang， China）

AbstractObjectives： Inresponse to the defects of diamond abrasive particle aggregation and large density fluctuations onthe surface of traditional electroplated diamond wire saws，an innovative design of acombination device of spiral bath flowand rotating magnetic field is proposed tobreak through the technicalbotlenecks of existing electroplating processes in terms of coating uniformity，orderly arrangement of diamonds and tool life.The research focuses on solving three core problems： （1）the structural design of the spiral bath flow electroplating deviceand theoptimization offlow rate and spiral speedof the spiral bath flow; （2）the structural design of the rotating magnetic field device and the optimization of rotation speedand magnetic field strength; （3）the optimal processparameters for electroplating diamond wire saws in the new composite field electroplating device，and the production of wire saws for silicon wafer cutting experiments.Methods： The electroplating mixture spirals in the same direction around thebaseline，which can imof the mixed solution stirring.Based on this，the spiral bath flow electroplating deviceis designed.Then therotating magnetic field deviceis designed by experiment，and a suitable alternating magnetic field is applied to the plating solution，which is beneficial to improve the depositionrateandtheconsolidation strength ofthe diamond particles with the baseline.The spiral bath flowelectroplating deviceandtherotating magneticfield device together form the electroplatingcombination device.Through the data accumulationofcontinuous experiments and production practice，the basic parameters such as permanent magnet material， magnet size，inner wallsize of the glasstube，baseline travel sped，and botom diameterofthe spiralblade in thecombined device are determined.Theoptimaltechnological parameters of the electroplated diamond wire saw for the combined device are obtained by the single-factor experiment method，and the wire saw is made.The surface morphologies of electroplated diamond wire saws prepared under different processes are observed by scaning electron microscope，and the monocrystaline silicon is sliced by an ultra-high speed multi-wire cutting machine.The surface roughness ofthe silicon wafer in the feed direction is measured bya surface roughness tester.Results： The mixed liquidofthe spiral bathflowelectroplating device entersthe glass tube fromthe spiral blades ofthespiral guide inner core，rotates spirallyupward around the baseline in the glass tubeunder the action ofthe spiral blades，and flows out from the outlet of the mixed solution in the glasstube.Four symmetrical grooves are set on the inner wallof the glasstube for placing nickel anodes toavoid hindering theflowofthe spiral liquid.The baseline enters from the hollow centerof the spiral guide core and passs upward through the electroplating device，and the baseline is not in direct contact with the spiral guide inner core. According to the inner diameter value of the glass tube d=56mm the minimum flow rate of the mixed liquid calculated is Q=4.43L/min . The inner core material of the spiral guide is TA2 titanium alloy， the bottom diameter of the spiral blade is 12mm ， the helix angle is 60^° ，the thickness is 2mm ，and the outer diameter and the height are consistent with d The rotating magnetic field device is composed of NdFeB alloy cylinders and a fixed holder，etc.， which rotates precisely around the center line of the spiral bath flow electroplating device at the appropriate rotation speed.The basic parameters of the combined device are： the magnet size is φ20mm× （204號 30mm ，the inner wall diameter × length of the glass tube is φ56mm×850mm ，the baseline travel speed is less than or equal to 20m/min ， the bottom diameter of the spiral blade is 5mm ，the blade thickness is 2mm ，and the concentration of diamond abrasive is 1.55g/L . The optimal process parameters for electroplating diamond wire saws in the combination device， determined by single-factor experiment are： the spiral blade number is 5， the spiral angle is 60^° ，the mixed liquid flow rate is 4.80L/min ，the fixed holder number is 12， the staggered arrangement angle of the permanent magnets is 60^° ，the magnetic field rotation speed is 60r/min ， and the magnetic field strength of the N38M permanent magnet is 0.549T The electroplating line produced under the optimal process parameters shows that the diamond particles are evenly distributedon the baseline surface without anystacking or agglomeration phenomenon，and the particle distribution density is basically uniform. The number of diamond particles is 15 to 25 particles /mm ，and the fluctuation range of diamond particle numbers is controled within 1l particles/mm. Using this wire saw to slicea single crystal silicon rod with φ50.6mm ， the surface roughness R_a value of the silicon wafer in the feed direction is 0.583μm ，which is 35.9% and 28.2% lower than the literature values，respectively. Conclusions： The combined device of spiral bath flow and rotating magnetic field is designed to makethe diamond abrasive particles inthe mixed liquid evenly distributed in the bathflow mode，and orderly arranged according to the magnetic field line and rotated around the baseline.This can basicall eliminate the diamond agglomeration defecton the surface ofthe wire sawand improve the uniformityofthe distributiondensityof diamond particles.The average surface roughnessof the silicon wafer in the feed direction is lower， so the workload of the subsequent grinding process can be reduced.

Key wordselectroplated diamond wiresaw;abrasiveaggregation; particle distribution density;spiral plating solution flow; rotating magnetic field