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CN107671379A - 织构化镀层电极丝的制备方法 - Google Patents

织构化镀层电极丝的制备方法 Download PDF

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CN107671379A
CN107671379A CN201710879624.9A CN201710879624A CN107671379A CN 107671379 A CN107671379 A CN 107671379A CN 201710879624 A CN201710879624 A CN 201710879624A CN 107671379 A CN107671379 A CN 107671379A
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Ningbo Kangqiang Electronic Technology Co Ltd
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Ningbo Kangqiang Electronic Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种织构化镀层电极丝的制备方法，包括选择铜锌合金为芯材，首先利用电镀/热浸镀技术在丝材表面制备一层金属锌镀层，随后利用不连续扩散退火技术对镀层电极丝进行预处理，从而得到具有Zn/β‑Cu、γ‑Cu/α‑Cu多层结构的镀层电极丝材料，而后利用多次冷拉拔处理及去应力退火处理对电极丝进行改性，最终获得织构化的镀层电极丝材料。相比铜合金电极丝、镀锌电极丝，该材料具有高切割速度、低切割成本、低环境污染等优势，其中切割速度相比铜合金电极丝可提高12%以上，切割断线次数降低30%，冷却水离子树脂过滤器更换时间延长10%。

Description

织构化镀层电极丝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料表面处理技术领域，尤其涉及到一种具有高切割速度、低切割成本、低环境污染的具有织构化镀层结构的电极丝的制备方法。
背景技术
慢走丝线切割（WEDM-LS）是一种电火花线切割技术，该技术利用连续移动的细金属丝（称为电极丝，如铜锌合金丝、镀锌丝）作电极，对切割工件进行脉冲火花放电而蚀除金属的切割成型方法。目前，慢走丝线切割（WEDM-LS）在模具制造，成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。因此，作为消耗品的柔性电极丝的需求同样日益增加，并成为影响切割工件表面光洁度、切割效率的一个关键因素。随着慢走丝线切割技术的发展，电极丝材料同样经历了几个进展阶段：首先，普通铜线，即直接采用拉拔铜丝材作为电极丝使用。一般而言，合金中的锌含量越高的话放电性能也越好，但当锌含量超出40wt.%时线材的延展性开始变差，从而增加了电极丝的制造成本。随后，镀层电极丝获得了广泛应用，该线材在普通铜线表面通过电镀/热浸镀制备了镀锌层，该镀层起到了润滑作用，进而提高切割速率；近年来，改进镀层电极丝，如多孔状电极丝因具有高切割速度而获得广泛应用，因此镀层表面微结构优化及制造成本成为该类线材发展的一个重要方向。
专利ZL201610260886.2和专利ZL201310562102.8中指出，通过在电极丝镀层表面形成纵向裂纹，可以提高电极丝的放电性能稳定、切割速度。专利ZL201510868517.7中指出，鱼鳞结构微结构可大幅度提高镀锌电极丝的切割速率，从而降低成本。因此，镀层表面裂纹分布及取向研究成为新型电极丝材料开发的一个重要方向。此外，表面微结构存在还可改善电极丝与水的润滑性，从而提高冷却效率，降低切割断线次数。
因此，申请人认为有必要提出一种新型的织构化镀层结构的电极丝的制备方法，从而提高电极丝加工效率、降低切割成本、减少环境污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种高切割速度、低切割成本、低环境污染优势的横向织构化镀层电极丝的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的织构化镀层电极丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1），利用电镀/热浸镀在铜锌合金电极丝表面制备金属锌镀层；
步骤（2），利用冷拉拔技术对镀锌电极丝坯料进行预拉拔处理；
步骤（3），利用非连续热处理技术形成Zn/β-Cu γ-Cu/α-Cu多层结构的镀层电极丝；
步骤（4），利用冷拉拔技术制备微织构电极丝，通过调控电镀/热浸镀工艺、非连续热处理技术与冷拉拔技术，获得具有规则织构的镀层电极丝材料，其中所获得的镀层电极丝表面具有规则的条状裂纹。
进一步的，步骤（1）包括选择直径1.0 mm -1.5 mm铜锌合金（如Cu/Zn：60/40、63/37、65/35等）为芯材，经过除油除锈、清洗后处理后，利用电镀/热浸镀技术在铜锌合金丝材表面沉积金属镀层，通过调整制备工艺获得不同镀层厚度的镀层电极丝材料。
步骤（2）包括选择经步骤（1）处理的镀层电极丝为初始材料，利用冷拉拔技术进行预拉拔处理，获得直径0.5 mm -1.0 mm电极丝坯料。
步骤（3）包括选择经步骤（2）处理的镀层电极丝为初始材料，放入真空/惰性加热炉，以两段或多段式温度梯度对电极丝进行扩散处理，通过调节处理温度、处理时间参数形成具有Zn/β-Cu γ-Cu/α-Cu多层结构的电极丝坯料。
步骤（4）包括选择经步骤（3）处理的多层结构电极丝坯料为初始材料，以一定的速度进行拉拔处理，通过调节拉拔道次、拉拔直径比、拉拔速度参数，使不同延伸率的Zn/β-Cuγ-Cu /α-Cu多层结构的电极丝坯料形成直径为0.15mm-0.5mm且具有织构化结构的镀层电极丝材料。
作为较佳实施方案，步骤（1）包括选择铜锌合金为芯材，经过除油除锈、清洗后，利用电镀/热浸镀技术在铜合金丝材表面制备镀锌层，通过调整电镀电流、电压及时间/浸镀工艺获得锌层厚度为2μm～20μm的丝材坯料。
步骤（2）包括选择经步骤（1）处理的镀锌电极丝坯料为初始材料，通过控制拉拔道次、拉拔前后直径比、拉拔速度参数制备直径为0.5mm～1.0mm的电极丝坯料。
步骤（3）包括选择真空/惰性气氛炉对经步骤（2）处理的预拉拔电极丝坯料进行非连续热扩散处理，其中处理工艺为两段或多段式热扩散处理方式，具体是在热扩散过程中选用钟罩式真空热处理炉，处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、80-500分钟处理时间进行热扩散处理。
步骤（3）包括在热扩散处理过程中选用钟罩式真空热处理炉，处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、80-500分钟处理时间进行热扩散处理。
步骤（3）所获得的丝材坯料为Zn/β-Cu γ-Cu/α-Cu等多层结构，其中β-Cu γ-Cu中间层的厚度、组分等与处理温度、时间等密切相关，同时不同层之间具有不同的组织、结构及延伸率等特性。
步骤（4）包括选择经步骤（3）处理的多层结构丝材坯料，以600m/min～1500m/min的拉制速度、5道次的拉伸处理将上述丝材拉制为0.15mm～0.5mm的微织构电极丝，随后以电压为20～50V、电流为5～30A进行去应力退火处理，获得具有织构化镀层的电极丝。
通过上述织构化镀层电极丝的制备方法所得到的的镀锌电极丝，其具有规则的横向织构，且表面存在微裂纹。该结构的存在改善了电极丝与冷却液的接触，提高了冷却效率，进而实现高速切割。同时，织构化结构的存在及冷却效率的提升减少了锌粉掉落问题，改善了电极丝在切割过程中的断线问题，并延长了冷却水过滤装置的使用寿命。
进一步的，所述织构化镀层电极丝的截面结构为铜锌合金芯材和规则横向织构化镀锌层结构。
进一步的，所述织构化镀锌电极丝的抗拉强度为900MPa～1200MPa，延伸率为1%～5%。
进一步的，所述织构化镀层电极丝与水的接触角约为120°，较镀锌丝有明显提高，从而增加水的冷却效果。
进一步的，所述织构化镀层电极丝较镀锌线的切割断线次数降低30%，冷却水离子树脂过滤器更换时间延长10%。
本发明得到的织构化镀层电极丝的制备方法，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明提供的电极丝镀层具有规则的横向织构，该结构赋予电极丝材料更好的冷却效果、更高的切割速率，显著提升了电极丝的使用性能，如切割速度较镀锌丝提高可提高12%以上，切割断线次数降低30%，冷却水离子树脂过滤器更换时间延长10%。
（2）尤其优选的，通过对本发明具有规则的横向织构镀层的电极丝可达到与镀锌丝相当的抗拉强度、延伸率及切割样品的表面粗糙度；
（3）本发明提供的织构化镀层电极丝具有生产成本低、工艺简单、易于工业化应用优势。
附图说明
图1是实施例1中织构化镀层电极丝的制备过程示意图；
图2是实施例1具有多层结构丝材坯料的微观结构及成分图；
图3是实施例1具有横向织构镀层电极丝的表面形貌图；
图4是实施例1不同电极丝切割速度对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1-图4所示，本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法按照以下步骤进行：
步骤（1），铜锌合金芯材表面制备锌镀层：首先将经过清洗后的锌合金芯材（Cu/Zn：60/40）进行电镀/热浸镀处理，并通过调整镀锌工艺获得厚度为5μm锌镀层；
步骤（2），预拉拔处理：选择上述镀层电极丝为初始材料，利用冷拉拔技术进行预拉拔处理，获得直径0.5 mm电极丝坯料；
步骤（3），扩散热处理：对经步骤（2）处理的电极丝坯料利用非连续热处理方式进行扩散热处理，选择处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、250分钟处理时间进行热扩散处理。经过热扩散后，锌镀层与铜锌合金芯材发生互扩散反应，形成具有Zn/β-Cuγ-Cu/α-Cu多层结构的电极丝坯料；
步骤（4），冷拉拔处理：选择经步骤（3）处理的扩散热处理的多层结构的丝材坯料，以1000m/min的拉制速度将上述丝材拉制成0.3mm的微织构电极丝，随后以电压为30V、电流为10A进行去应力退火处理，获得织构化镀层电极丝。
通过本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法所得到的织构化镀层电极丝，其具有规则的横向裂纹，且存在一定的微孔隙。
数据分析：图2是本实施例中具有多层结构丝材坯料的结构示意图及微观形貌图，可以看出丝材坯料为三层结构；图3是本实施例中具有横向织构镀层电极丝的表面形貌图，可看出电极丝具有规则的横向裂纹；图4是不同电极丝切割速度对比图，可以看出本实施例中的电极丝的切割速度比黄铜丝快了12.35%，明显有优势。
同时，本实施例提供的电极丝镀层具有规则的横向织构，该结构赋予电极丝材料更好的冷却效果、更高的切割速率，显著提升了电极丝的使用性能，如切割速度较镀锌丝提高可提高12%以上，切割断线次数降低30%，冷却水离子树脂过滤器更换时间延长10%。
所述织构化镀层电极丝的截面结构为铜锌合金芯材和规则横向织构化镀锌层结构。所述织构化镀锌电极丝的抗拉强度为900MPa～1200MPa，延伸率为1%～5%。所述织构化镀层电极丝与水的接触角约为120°，较镀锌丝有明显提高，从而增加水的冷却效果。所述织构化镀层电极丝较镀锌线的切割断线次数降低30%，冷却水离子树脂过滤器更换时间延长10%。
实施例2：
本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法按照以下步骤进行：
步骤（1），铜锌合金芯材表面制备锌镀层：首先将经过清洗后的锌合金芯材（Cu/Zn：60/40）进行电镀/热浸镀处理，并通过调整镀锌工艺获得厚度为10μm锌镀层；
步骤（2），预拉拔处理：选择上述镀层电极丝为初始材料，利用冷拉拔技术进行预拉拔处理，获得直径0.8 mm电极丝坯料；
步骤（3），扩散热处理：对经步骤（2）处理的电极丝坯料利用非连续热处理方式进行扩散热处理，选择处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、300分钟处理时间进行热扩散处理。经过热扩散后，锌镀层与铜锌合金芯材发生互扩散反应，形成具有Zn/β-Cuγ-Cu/α-Cu多层结构的电极丝坯料；
步骤（4），拉拔处理：选择经步骤（3）处理的扩散热处理的多层结构的丝材坯料，以1000m/min的拉制速度将上述丝材拉制成0.3mm的微织构电极丝，随后以电压为30V、电流为10A进行去应力退火处理，获得织构化镀层电极丝。
通过本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法所得到的织构化镀层电极丝，其具有规则的横向裂纹，且存在一定的微孔隙。
经测试，本实施例中的电极丝的切割速度比黄铜丝快了12.17%，明显有优势。
实施例3：
本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法按照以下步骤进行：
步骤（1），铜锌合金芯材表面制备锌镀层：首先将经过清洗后的锌合金芯材（Cu/Zn：63/37）进行电镀/热浸镀处理，并通过调整镀锌工艺获得厚度为5μm锌镀层；
步骤（2），预拉拔处理：选择上述镀层电极丝为初始材料，利用冷拉拔技术进行预拉拔处理，获得直径0.5 mm电极丝坯料；
步骤（3），扩散热处理：对经步骤（2）处理的电极丝坯料利用非连续热处理方式进行扩散热处理，选择处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、400分钟处理时间进行热扩散处理。经过热扩散后，锌镀层与铜锌合金芯材发生互扩散反应，形成具有Zn/β-Cuγ-Cu/α-Cu多层结构的电极丝坯料；
步骤（4），拉拔处理：选择经步骤（3）处理的扩散热处理的多层结构的丝材坯料，以1000m/min的拉制速度将上述丝材拉制成0.15mm的微织构电极丝，随后以电压为50V、电流为30A进行去应力退火处理，获得织构化镀层电极丝。
通过本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法所得到的织构化镀层电极丝，其具有规则的横向裂纹，且存在一定的微孔隙。
经测试，本实施例中的电极丝的切割速度比黄铜丝快了12.85%，明显有优势。
实施例4：
本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法按照以下步骤进行：
步骤（1），铜锌合金芯材表面制备锌镀层：首先将经过清洗后的锌合金芯材（Cu/Zn：65/35）进行电镀/热浸镀处理，并通过调整镀锌工艺获得厚度为8μm锌镀层；
步骤（2），预拉拔处理：选择上述镀层电极丝为初始材料，利用冷拉拔技术进行预拉拔处理，获得直径0.5 mm电极丝坯料；
步骤（3），扩散热处理：对经步骤（2）处理的电极丝坯料利用非连续热处理方式进行扩散热处理，选择处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、500分钟处理时间进行热扩散处理。经过热扩散后，锌镀层与铜锌合金芯材发生互扩散反应，形成具有Zn/β-Cuγ-Cu/α-Cu多层结构的电极丝坯料；
步骤（4），拉拔处理：选择经步骤（3）处理的扩散热处理的多层结构的丝材坯料，以1000m/min的拉制速度将上述丝材拉制成0.2mm的微织构电极丝，随后以电压为20V、电流为5A进行去应力退火处理，获得织构化镀层电极丝。
通过本实施例提供的织构化镀层电极丝的制备方法所得到的织构化镀层电极丝，其具有规则的横向裂纹，且存在一定的微孔隙。
经测试，本实施例中的电极丝的切割速度比黄铜丝快了12.58%，明显有优势。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1），利用电镀/热浸镀在铜锌合金电极丝表面制备金属锌镀层；
步骤（2），利用冷拉拔技术对镀锌电极丝坯料进行预拉拔处理；
步骤（3），利用非连续热处理技术形成Zn/β-Cu γ-Cu/α-Cu多层结构的镀层电极丝；
步骤（4），利用冷拉拔技术制备微织构电极丝，通过调控电镀/热浸镀工艺、非连续热处理技术与冷拉拔技术，获得具有规则织构的镀层电极丝材料，其中所获得的镀层电极丝表面具有规则的条状裂纹。
2.根据权利要求1所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（1）包括选择直径1.0 mm -1.5 mm铜锌合金为芯材，经过除油除锈、清洗后处理后，利用电镀/热浸镀技术在铜锌合金丝材表面沉积金属镀层，通过调整制备工艺获得不同镀层厚度的镀层电极丝材料。
3.根据权利要求1所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）包括选择经步骤（1）处理的镀层电极丝为初始材料，利用冷拉拔技术进行预拉拔处理，获得直径0.5 mm -1.0 mm电极丝坯料。
4.根据权利要求1所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（3）包括选择经步骤（2）处理的镀层电极丝为初始材料，放入真空/惰性加热炉，以两段或多段式温度梯度对电极丝进行扩散处理，通过调节处理温度、处理时间参数形成具有Zn/β-Cu γ-Cu/α-Cu多层结构的电极丝坯料。
5.根据权利要求1所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（4）包括选择经步骤（3）处理的多层结构电极丝坯料为初始材料，以一定的速度进行拉拔处理，通过调节拉拔道次、拉拔直径比、拉拔速度参数，使不同延伸率的Zn/β-Cu γ-Cu /α-Cu多层结构的电极丝坯料形成直径为0.15mm-0.5mm且具有织构化结构的镀层电极丝材料。
6.根据权利要求2所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（1）包括选择铜锌合金为芯材，经过除油除锈、清洗后，利用电镀/热浸镀技术在铜合金丝材表面制备镀锌层，通过调整电镀电流、电压及时间/浸镀工艺获得锌层厚度为2μm～20μm的丝材坯料。
7.根据权利要求3所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）包括选择经步骤（1）处理的镀锌电极丝坯料为初始材料，通过控制拉拔道次、拉拔前后直径比、拉拔速度参数制备直径为0.5mm～1.0mm的电极丝坯料。
8.根据权利要求4所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（3）包括选择真空/惰性气氛炉对经步骤（2）处理的预拉拔电极丝坯料进行非连续热扩散处理，其中处理工艺为两段或多段式热扩散处理方式，具体是在热扩散过程中选用钟罩式真空热处理炉，处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、80-500分钟处理时间进行热扩散处理。
9.根据权利要求8所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（3）包括在热扩散处理过程中选用钟罩式真空热处理炉，处理工艺为150℃～200℃和300℃～400℃两段式温度、80-500分钟处理时间进行热扩散处理。
10.根据权利要求5所述的织构化镀层电极丝的制备方法，其特征在于：步骤（4）包括选择经步骤（3）处理的多层结构丝材坯料，以600m/min～1500m/min的拉制速度、5道次的拉伸处理将上述丝材拉制为0.15mm～0.5mm的微织构电极丝，随后以电压为20～50V、电流为5～30A进行去应力退火处理，获得具有织构化镀层的电极丝。
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