CN114786857A - 用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线，其中所述电极线包括芯材(1)，最外的碳化层(3)，以及所述芯材(1)和所述碳化层(3)之间的相变层(2)。

Description

用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线及其制备方法

技术领域

本发明涉及线切割放电加工领域，具体的涉及用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线及其制备方法。

背景技术

线切割放电加工(Wirecut Electrical Discharge Machining)在本文中也称为WEDM。这种技术的原理是使用连续运动的电极线作为电极，通过脉冲火花放电去除金属工件的材料，并根据设定的轨迹实现工件的机械成型。与其他加工方法相比，线切割加工在圆度误差、线性误差和尺寸误差方面具有更好的性能，在航空航天制造中得到广泛应用。尤其是1980年以来，随着精密机械零件、家电、通讯设备等模具精度的逐步提高，线切割加工已成为模具制造行业不可或缺的加工方式。近年来，自动化和人工智能改变了世界。越来越多的自动化和人工智能设备应用于工厂、家庭、医疗机构等，为满足此类高精度设备的要求，慢走丝线放电加工也进入了高尺寸精度、高表面光洁度、高效率的新的发展阶段。除了与WEDM机器相关的技术创新外，用于WEDM的电极线也是其发展的重要动力。经过近40年的发展，WEDM见证了四代产品的革新。

WEDM的第一代电极线是铜线。由于具有优异的导电性和加工性能，铜是用于WEDM电极线的优先选择。

用于WEDM的电极线为黄铜线。根据相关研究，黄铜线的汽化性能优于铜线。换句话说，在相同的放电强度下，可以产生更大的汽化压力，可以更好地去除切屑(切削过程中形成的)，从而提高加工速度。随着黄铜线特性的发现和多模式连续黄铜拉丝工艺的成熟，铜电极线已经完全被黄铜电极线所取代。

第三代用于WEDM的电极线为镀锌线。根据应用研究，纯锌表面涂层可以消除放电过程中产生的电容效应，使放电更加稳定和连续。此外，与黄铜线相比，加工工件的表面光洁度大大提高。对于一些高端、高精度的模具和零件，镀锌线加工是理想的选择。

第四代用于WEDM的电极线是包覆线。包覆线可分为伽马包覆线、贝塔包覆线和复合包覆线。根据应用研究，焊丝表面的高锌合金(即含锌量高的合金)可以达到更高的放电汽化压力。因此，在表面镀上一定厚度的高锌合金有助于提高加工速度。

用于慢走丝线WEDM的电极线经历了四代发展。它们的应用性能得到了极大的提升。特别是加工精度、表面光洁度和加工速度较第一代铜线有了很大的提高。然而，行业的发展永远不会满足不断变化的需求。在新的制造环境下，对于WEDM的用户出现了新的困难和挑战。例如，在保持所需精度的同时进一步提高镀锌线的加工速度，提高包覆线的速度和精度，实现/保证包覆线优异的线程性能等仍是需要解决的技术问题。为线切割加工提供更快的加工速度、更高的加工精度、更好的表面光洁度和优异的送丝性能。

发明内容

为了解决现有技术的上述不足所带来的问题，本发明提供了一种具有权利要求1所定义的用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线。本发明还提供了一种制备权利要求9所定义的电极线的方法。

从属权利要求中公开的优选实施方式。

与包覆线相比，本发明的电极线具有特殊的结构，可以将加工速度提高15％以上。加工精度也优于包覆线。本发明的电极线制造容易,与包覆线相比,性能大大提高，从而具有更强的市场竞争力。

本发明的碳化层(carbonization layer，也称为“carbonized layer”)的组合物的碳含量为0.1-99.0wt％，铝和钾的总含量小于0.5wt％，其中其余包括铜和锌以及其他不可避免的杂质元素(氧、氢和氮)。

本发明的碳化层厚度为0.5至30微米，以连续或间断(不连续)的形式存在于相变层的外表面上。碳化层是通过碳沉积反应形成的。由于经拉丝模拉伸后的成品表面碳化层非常致密，导电率提高3-8％IACS，放电加工精度可达±0.002mm。

本发明的碳化层中不可避免的杂质元素的含量优选小于0.5％重量。

本发明的芯材优选为黄铜、铜和碳钢之一。

本发明的相变层包括由一种或两种或更多选自CuZn、Cu5Zn8、CuZn3的金属化合物组成的铜锌相结构。采用上述铜锌相结构的原因在于CuZn相结构具有良好的导电性，有利于提高加工时的定位精度，进而提高加工精度。Cu5Zn8相结构具有优异的汽化性能，有利于提高加工过程中的冲洗性能，从而提高加工速度。CuZn3相结构可以消除放电加工过程中产生的电容效应，并且提高弱电流条件下的放电稳定性，从而提高加工工件的表面光洁度。

元素形式的碳也存在于本发明的相变层中。相变层的组成包括小于50wt％的元素碳含量，其中剩余的包括铜、锌和其他不可避免的杂质元素，例如氧、氢、氮、铝和钾，总质量百分比小于0.5％。

本发明的相变层具有1至40微米的厚度。根据不同的铜锌相结构制备相变层结构，得到加工精度、加工速度和表面光洁度均有提高的电极线。不同的铜锌相结构组合会有不同的应用特点。

本发明还提供了一种适合于慢速WEDM的具有碳质表层的电极线的制备方法，其包括以下步骤：

(1)制备直径为0.3至1.5mm的黄铜线坯、铜线坯或碳钢线坯，通过在线连续电镀或热浸镀在线材表面镀覆锌，CHO有机物质(例如平均长度为3至15葡萄糖单元的葡聚糖、聚乙二醇和短链羧酸，其中链长使得酸可溶于水)，以及铝盐和钾盐的混合物的层，其中，相对于混合物总量，所述混合物中CHO有机物质的含量小于0.5％，铝盐和钾盐的含量小于0.5％，其余为锌，其中，所述表面镀覆混合物的层在坯料表面的厚度为1至30μm；

(2)在含氮90％或以上的密闭环境中对镀覆的线坯进行碳沉积反应，其中反应温度为100至900℃，反应时间为0.5s至20hrs，冷却温度控制在100℃以下，炉温均匀度在±10℃以内；

(3)采用挥发性航空煤油清洗碳沉积反应(碳化反应)后的线坯，将线坯预拉伸并去应力至直径0.1至1.0mm，预拉伸的拉伸速度为100至900m/min，去应力退火的电压为5至100V，退火电流为5至100A；

(4)将步骤(3)得到的直径为0.1至1.0mm的线坯放入炉内进行退火处理，其中退火条件如下：

-氮，

-保持温度200至600℃，

-保持时间30至600min，

-冷却温度控制在200℃以下，以及

-炉内温度均匀度±10℃；

(5)将退火后的线坯继续拉伸至成品直径0.02至0.35mm，并进行去应力退火，合格率控制在5至25％，总加工率控制在50至89％，拉伸速度控制在500至1800m/min，其中去应力退火电压20至40V，退火电流为10至60A。

本发明电极线的另一种制备方法包括以下步骤:

(1)制备直径为0.3至1.5mm的黄铜线坯、紫铜线坯或碳钢线坯，通过在线连续电镀或热浸镀在线材表面镀覆锌，CHO有机物质(例如平均长度为3至15葡萄糖单元的葡聚糖、聚乙二醇或短链羧酸，其中链长使得酸可溶于水)，以及铝盐和钾盐的混合物的层，其中，所述CHO有机物质含量小于0.5％，铝和钾盐含量小于0.5％(合计)，其余为锌，其中，表面镀覆混合物的层在坯料表面的厚度为1至30μm；

(2)在含氮90％或以上或常态大气成分的密闭环境中对镀覆的线坯进行碳沉积反应，其中反应温度为100至900℃，反应时间为0.5s至40hrs，冷却温度控制在100℃以下，炉温均匀度可达±10℃；

(3)将上述退火后的线坯继续拉伸至成品直径0.05至0.35mm，并进行去应力退火，合格率控制在5至25％，总加工率控制在50至98％，拉伸速度控制在500至1800m/min，其中去应力退火电压为20至40V，退火电流为10至60A。

由于上述方法仅包括三个步骤，因此上述用于慢走丝线WEDM的表面含碳电极线的制备变得更加高效。

本发明的电极线的另一种制备方法包括以下步骤:

(1)制备直径为0.3至1.5mm的黄铜线坯、紫铜线坯或碳钢线坯，通过在线连续电镀或热浸镀在线材表面镀覆锌，CHO有机物质(例如平均长度为3至15葡萄糖单元的葡聚糖、聚乙二醇或短链羧酸，其中链长使得酸可溶于水)，以及铝盐和钾盐的混合物的层，其中，所述CHO有机物质含量小于0.5％，铝盐和钾盐含量小于0.5％(合计)，其余为锌，其中，表面镀覆混合物的层的厚度为1至30μm；

(2)在含氮90％或以上或常态大气成分的密闭环境中对镀覆的线坯进行碳沉积反应，其中反应温度为100至900℃，反应时间为0.5s至20hrs，冷却温度控制在100℃以下，炉温均匀度可达±10℃，并且其中，除碳沉积反应外，在本步骤中形成主要由铜锌相Cu5Zn8组成的过渡层；

(3)将碳沉积反应后的线坯预拉伸至直径0.1-1.0mm，预拉伸的拉伸速度为100-900m/min；

(4)在含氮90％及以上或常态大气成分的的密闭环境中对拉制的坯料进行热处理，其中反应温度为100-900℃，反应时间为0.5秒至40小时，冷却温度控制在100℃以下，炉温均匀度可达±10℃，其中在本步骤中，主要由铜锌相Cu5Zn8组成的过渡层被转变为主要由铜锌相CuZn组成的过渡层，

(5)将如此得到的退火的线坯继续拉伸成直径0.02-0.35mm的成品，并进行去应力退火，各加工率控制在5-25％，总加工率控制在50-98％，拉伸速度控制在500-1800m/min，其中去应力退火电压为20-40V，退火电流为10-60A。

在根据本发明的涂覆之后，线坯的表面粗糙度为Ra 0.05至0.2μm。

本发明的最终产品具有500-2,500MPa的拉伸强度和15-95％IACS的电导率。如上所述，本发明的电极线的加工速度比包覆线的加工速度高1.15-1.35倍。

本发明与现有技术用于WEDM的电极线及其制备方法相比，具有以下显着改进和有益效果：

(1)本发明电极线的表层设计为0.5-30微米厚的碳化层，具有更好的导电性。与没有碳化层的线材相比，导电率可提高3-8％IACS。更好的电极表面电导率可以有效提高WEDM机器的定位精度，从而提高WEDM的加工精度。

(2)通过特别选择葡聚糖(例如平均长度为3至15个葡萄糖单元的葡聚糖)、聚乙二醇或短链羧酸，或其混合物，其中链长使得酸可溶于水，CHO物质在镀覆步骤的混合物中浓度小于0.3％，碳化层可以具有0.01至0.5微米以下的厚度。在这方面，关于短链羧酸的使用，应注意水溶性特别是指至少5g/L的量的酸在20℃下可溶于水。

(3)本发明的电极线碳化层是在芯材表面镀上总厚度为1-30微米的锌、CHO有机物质、铝盐和钾盐的混合物的层，进一步在高温下进行碳沉积反应。由于元素形式的碳非常稳定，不会与铜和锌元素产生化合物，因此在产品表面形成致密的碳化层。这种致密的碳化层可以有效提高电极线的表面光洁度。在放电过程中，电极线与工件之间的放电间隙更加稳定，可以获得更加均匀的放电强度，从而提高经WEDM处理的工件表面光洁度。

(4)本发明的电极线的相变层含有元素形式的碳。碳的存在降低了相变层的蒸发温度。也就是说，在相同的放电强度下，相变层可以产生更大的气化压力，迅速清除放电间隙中的切屑，为下一次放电火花的形成创造条件。因此，本发明电极线的放电频率比包覆焊丝高10％以上，加工速度也大大提高。

(5)在本发明的电极线的制备过程中，芯材表面涂覆有锌、CHO有机物质、铝盐和钾盐的混合物，涂层厚度为1-30微米，CHO有机物分解为元素碳。在碳沉积过程中，芯材的锌和锌合金也发生扩散反应。随着碳的加入，锌和铜锌合金的扩散阻力降低，扩散速度迅速增加。由于在扩散反应中加入了元素碳，相变层的厚度比传统工艺增加了20％以上，不仅节省了加工能耗和时间成本，还提高了电极线的加工速度。

(6)在本发明的电极线的制备方法中，碳沉积反应形成的电极线的拉伸强度比包覆线的拉伸强度高150MPa或更高，因为碳沉积反应与常规工艺相比需要较低的温度和更短的时间，中间线材软化程度更小，韧性更好。生产出来的电极线还具有较好的韧性和直线度。因此，本发明的电极线更适用于电火花加工机器上的自动穿线操作。

(7)本发明提供的用于WEDM的电极线的制备方法具有工艺简单、设备投资少、节能等优点。

附图说明

图1是表示本发明的电极线的截面结构的示意图，其中包括(1)芯材、(2)相变层和(3)碳化层。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进行更为详细的描述。本发明的范围不受以下说明性实施例的限制。

根据本发明实施例制备的电极线具有如图1所示的从内到外的截面：最内芯材1、最外的碳化层3以及芯材与碳化层之间的相变层2。具有上述结构的电极线的制备过程描述于下述实施例：

实施例1

具有黄铜等级H65(CuZn35)和0.2mm线径的线坯的制备。经预镀处理碱洗酸洗后，将线坯表面清洗干净后送入镀槽。浴液为1000g/L硫酸锌、作为CHO有机物质的平均长度为3-15葡萄糖单位的20g/L葡聚糖、15g/L铝盐和15g/L钾盐的混合溶液。生产速度设定为100m/min。镀覆电流设为900A，电压设为8V。最终电镀线坯的镀覆厚度为10μm，电镀线坯表面粗糙度为Ra 0.12μm。

电镀线坯在氮含量为97％的退火炉中进行碳沉积反应。反应温度为150℃，反应时间为10小时，冷却温度为50℃，炉温均匀度为±10℃。

将碳沉积反应后的线坯用航空煤油洗涤，洗涤后拉伸至直径0.6mm，拉伸速度为300m/min，去应力退火电压为48V，以及退火电流为60A。

将上述制备的0.6mm直径的线坯在退火炉中进行软退火处理；退火气氛为氮气，保温温度600℃，保温时间30分钟，冷却温度80℃，炉温均匀度±10℃。

将上述制备的退火线坯通过多模连续拉拔制成直径为0.25mm的成品，然后对线坯进行去应力退火。该工艺以1400m/min的生产速度、35V的退火电压和50A的退火电流进行。

将上述工艺制备的电极线在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上进行测试。试验工件为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修(one cutting andfour trimmings)”的加工参数。测试数据如表1所示。

确定通过上述工艺制备的电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和抗拉强度。数据如表2所示。

实施例2

具有黄铜等级H65(CuZn35)和0.2mm线径的线坯的制备。经预镀处理碱洗酸洗后，将线坯表面清洗干净后送入镀槽。浴液为1000g/L硫酸锌、作为CHO有机物质的平均长度为3-15葡萄糖单位的20g/L葡聚糖、15g/L铝盐和15g/L钾盐的混合溶液。生产速度设定为100m/min-镀覆电流设定为2000A，电压设定为9V。最终电镀线坯镀层厚度为20μm，电镀线坯表面粗糙度Ra 0.15μm。

镀的坯料在氮含量为97％的退火炉中进行碳沉积反应。反应温度750℃，反应时间3小时，冷却温度80℃。炉内温度均匀度为±10℃。

碳沉积反应后，将线坯用航空煤油清洗，清洗后，拉伸至直径0.6mm，采用300m/min的拉伸速度、48V的去应力退火电压和60A的退火电流。

将上述制备的0.6mm直径的线坯在退火炉中进行软退火处理；退火气氛为氮气，保温温度580℃，保温时间30分钟，冷却温度80℃，炉温均匀度±10℃。

将上述制备的退火线坯通过多模连续拉拔制成直径为0.25mm的成品，然后对线坯进行去应力退火。该工艺以1400m/min的生产速度、35V的退火电压和50A的退火电流进行。

将上述工艺制备的电极线在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上进行测试。被测工件为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”加工参数。数据如表1所示。

测试通过上述工艺制备的电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和抗拉强度。数据如表2所示。

实施例3

具有黄铜等级H65(CuZn35)和1.2mm线径的线坯的制备。经预镀处理碱洗酸洗后，将线坯表面清洗干净后送入镀槽。浴液为1000g/L硫酸锌、作为CHO有机物质的平均长度为3-15葡萄糖单位的20g/L葡聚糖、15g/L铝盐和15g/L钾盐的混合溶液。生产速度设定为100m/min。电镀电流设置为900A，电压设置为8V。最终电镀线坯镀层厚度为10μm，电镀线坯表面粗糙度Ra 0.12μm。

镀覆坯在氮含量为97％的退火炉中进行碳沉积反应。反应温度750℃，反应时间10小时，冷却温度80℃，炉内温度均匀度±10℃。

碳沉积反应后，线坯用航空煤油洗涤，洗涤后，拉伸至直径0.6mm，采用300m/min的拉伸速度，48V的去应力退火电压，60A的退火电流。

上述制备的0.6mm直径的线坯在退火炉中通过软退火处理。退火气氛为氮气，保温温度500℃，保温时间30分钟，冷却温度80℃，炉温均匀度±10℃。

将上述制备的退火线坯通过多模连续拉拔加工成直径为0.25mm的成品，然后对线坯进行去应力退火。该工艺以1,400m/min的生产速度、35V的退火电压和50A的退火电流进行。

通过上述工艺制备的电极线在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上进行测试。被测工件为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”的工艺参数。测试数据如表1所示。

确定通过上述工艺制备的电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和抗拉强度。数据如表2所示。

实施例4

具有黄铜等级H65(CuZn35)和1.2mm线径的线坯的制备。经预镀处理碱洗酸洗后，将线坯表面清洗干净后送入镀槽。浴液为1000g/L硫酸锌、作为CHO有机物质的平均长度为3-15葡萄糖单位的20g/L葡聚糖、15g/L铝盐和15g/L钾盐的混合溶液。生产速度设定为100m/min。电镀电流设定为2800A，电压设定为10V。最终电镀线坯镀层厚度为30μm，电镀线坯表面粗糙度Ra 0.18μm。

镀覆坯料在氮含量为97％的退火炉中进行碳沉积反应。反应温度550℃，反应时间8小时，冷却温度60℃。炉内温度均匀度为±10℃。

碳沉积反应后，线坯用航空煤油洗涤，洗涤后，拉伸至直径0.6mm，采用300m/min的拉伸速度，48V的去应力退火电压以及60A的退火电流。

将上述制备的0.6mm直径的线坯在退火炉中进行软退火处理；退火气氛为氮气，保持温度600℃，保持时间30分钟，冷却温度80℃，炉温均匀度±10℃。

将上述制备的退火线坯通过多模连续拉拔加工成直径为0.25mm的成品，然后对该线坯进行去应力退火。该工艺以1,400m/min的生产速度、35V的退火电压和50A的退火电流进行。

上述工艺制备的电极线在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上进行测试。被测工件为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”工艺参数。测试数据如表1所示。

确定通过上述工艺制备的电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和抗拉强度。数据如表2所示。

实施例5

具有黄铜牌号H65(＝CuZn35)和直径为1.2mm的线坯的制备。经预镀处理碱洗酸洗后，将线坯表面清洗干净后送入镀槽。浴液为1000g/L硫酸锌、作为CHO有机物质的平均长度为3-15葡萄糖单位的20g/L葡聚糖、15g/L铝盐和15g/L钾盐的混合溶液。生产速度设定为100m/min。电镀电流设置为900A，电压设置为8V。最终电镀线坯的镀覆厚度为10μm，电镀线坯的表面粗糙度为Ra 0.12μm。

镀覆坯在常态大气下的退火炉中进行碳沉积反应。反应温度200℃，反应时间6小时，冷却温度50℃，炉温均匀度±10℃。

将上述制备的退火线坯通过多模连续拉拔至直径0.25mm，然后以1400m/min的生产速度、35V的退火电压和50A的退火电流对线坯进行去应力退火。

将上述工艺制备的电极线在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上进行测试。被测材料为SKD11级模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”工艺参数。数据如表1所示。

确定电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和拉伸强度。数据如表2所示。

实施例6

具有黄铜等级H65(＝CuZn35)和1.2mm线径的线材的制备。经预镀处理碱洗酸洗后，将线坯表面清洗干净后送入镀槽。浴液为1000g/L硫酸锌、作为CHO有机物质的平均长度为3-15葡萄糖单位的20g/L葡聚糖、15g/L铝盐和15g/L钾盐的混合溶液。生产速度设定为100m/min。电镀电流设置为900A，电压设置为8V。最终电镀线坯的镀层厚度为10μm，电镀线坯的表面粗糙度为Ra 0.12μm。

镀覆坯在常态大气下的退火炉中进行碳沉积反应。反应温度200℃，反应时间6小时，冷却温度50℃，炉温均匀度±10℃。

碳沉积反应后的线坯用航空煤油洗涤，洗涤后拉伸至Φ0.6mm的尺寸，拉拔速度300m/min，不进行去应力退火。

拉伸的坯料在常态大气下的退火炉中进行热处理。反应温度为400℃，反应时间为20小时，冷却温度控制在100℃以下。炉温均匀度为±10℃。

将上述制备的退火线坯通过多模连续拉拔至直径0.25mm，然后以1400m/min的生产速度、35V的退火电压和50A的退火电流对线坯进行去应力退火。

上述工艺制备的电极线在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上进行测试。被测材料为SKD11级模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”工艺参数。测试数据如表1所示。

上述工艺制备的电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和抗拉强度。测试数据如表2所示。

比较例1

比较例1选自市售的伽马γ涂覆线。

伽马涂层线材在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上的测试。被测工件为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”工艺参数。测试数据如表1所示。

确定电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和拉伸强度。数据如表2所示。

根据获得的数据，本发明的电极线在加工速度、加工精度和表面光洁度方面均优于伽马涂层线材。线程性能也得到了提高。

比较例2

比较例2选自市售的β涂覆线。

β涂覆线材在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上的测试。被测材料为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”工艺参数。测试数据如表1所示。

根据数据分析，本发明的电极线在加工速度、加工精度和表面光洁度方面均优于β涂层线材。线程性能也得到了提高。

比较例3

比较例3选自市售的复合涂覆线。

复合涂覆线材在Mitsubishi MV1200 WEDM机器上的测试。被测工件为SKD11模具钢，尺寸为40mm(L)×40mm(W)×60mm(H)。选择“一切四修”工艺参数。数据如表1所示。

上述工艺制备的电极线的电导率、放电频率、相变层厚度和抗拉强度。数据如表2所示。

根据所得数据，本发明的电极线在加工速度、加工精度和表面光洁度方面均优于复合包覆线材。线程性能也得到了提高。

表1：实施例与比较例加工速度、加工精度、工件表面光洁度、线程性能比较

注：

1.比较例1中的加工速度设定为100

2.线程性能测试包括在具有自动线程功能的机器上自动穿过100次，并且成功的线程数量被视为线程性能值。

表2：实施例和比较例之间的电导率，放电频率，相变层厚度和拉伸强度的比较

从上述实施例和实验数据可以得出结论，通过本发明的方法制备的电极线,与传统的电极线相比，具有更高的加工精度、表面光洁度和线程性能，并且具有更理想的导电性、放电频率和抗拉强度。

Claims (12)

1.一种用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线，其中所述电极线包括芯材(1)，最外的碳化层(3)，以及所述芯材(1)和所述碳化层(3)之间的相变层(2)。

2.根据权利要求1所述的电极线，其中所述碳化层(3)的碳含量为0.1至99.0wt.％，铝和钾含量小于0.5wt.％，其中剩余部分包括铜和锌和其他不可避免的杂质，如氧、氢和氮。

3.根据权利要求1或2所述的电极线，其中所述碳化层(3)的厚度为0.01至30μm或0.5至30μm，并且以连续或非连续的形式存在。

4.根据权利要求1或权利要求2至3任一项所述的电极线，其中所述芯材(1)是黄铜、铜和碳钢之一。

5.根据权利要求1或前述权利要求2至4任一项所述的电极线，其中所述相变层(2)具有铜-锌相结构，其中所述结构由选自CuZn,Cu₅Zn₈和CuZn₃的一、二或多种金属化合物组成，其中所述相变层(2)的厚度为1至40μm。

6.根据权利要求5的电极线，其中碳也存在于相变层(2)，并且所述相变层中的元素碳的含量小于50wt.％，其中剩余部分是铜、锌和其他不可避免的杂质。

7.根据权利要求6所述的电极线，其中所述相变层中的其他不可避免的杂质包括氧，氢，氮，铝和钾，并且杂质的总含量小于0.50wt.％。

8.根据权利要求1至8任一项所述的电极线，其中所述碳化层(3)中不可避免的杂质的含量小于0.5wt.％。

9.一种用于线切割放电加工的具有含碳表层的电极线的制备方法，所述方法包括：

(1)制备直径为0.3至1.5mm的黄铜线坯、铜线坯或碳钢线坯，通过在线连续电镀或热浸镀在线材表面镀覆锌，CHO有机物质以及铝盐和钾盐的混合物的层，其中，相对于混合物总量，所述混合物中CHO有机物质的含量小于0.5％，铝盐和钾盐的含量小于0.5％，其余为锌，其中，所述表面镀覆混合物的层在坯料表面的厚度为1至30μm；

(2)在含氮90％或以上的密闭环境中对镀覆的线坯进行碳沉积反应，其中反应温度为100至900℃，反应时间为0.5s至20hrs，冷却温度控制在100℃以下，炉温均匀度在±10℃以内；

(3)采用挥发性航空煤油清洗碳沉积反应后的线坯，将线坯预拉伸并去应力至直径0.1至1.0mm，预拉伸的拉伸速度为100至900m/min，去应力退火的电压为5至100V，退火电流为5至100A；

(4)将步骤(3)得到的直径为0.1至1.0mm的线坯放入炉内进行退火处理，其中退火条件如下：

-氮，

-保持温度200至600℃，

-保持时间30至600min，

-冷却温度控制在200℃以下，以及

-炉内温度均匀度±10℃；

(5)将退火后的线坯继续拉伸至成品直径0.02至0.35mm，并进行去应力退火，合格率控制在5至25％，总加工率控制在50至89％，拉伸速度控制在500至1800m/min，其中去应力退火电压20至40V，退火电流为10至60A。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，涂覆的线坯表面粗糙度为Ra 0.05至0.2μm，并且其中最终线材具有500至2,500MPa的拉伸强度和15至95％IACS的电导率，并且其中当作为成品电极线使用时最终线材的加工速度比在表面上具有高锌合金涂层的涂覆线的加工速度高1.15至1.35倍。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述CHO有机物质选自葡聚糖、聚乙二醇或短链羧酸，或其组合，其中链长使得酸可溶于水。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述葡聚糖的平均长度为3至15葡萄糖单元。

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