CN115780934A - 一种电极丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电极丝及其制备方法，该电极丝包括：芯材；中间层，其位于芯材外部；以及，表层，其为于中间层外部；芯材为金属或合金；中间层包括γ相铜锌合金层，表层间断地覆盖在γ相铜锌合金层外；γ相铜锌合金层在其与表层的界面处具有块状β相和/或β’相铜锌合金。制备过程中通过电镀、拉伸、热处理和拉伸工艺在电极丝内部形成γ相铜锌合金层以及其与表层的界面处的块状β相和/或β’相铜锌合金，能够同时兼具β相和/或β’相铜锌合金和γ相铜锌合金的优势。应用本发明能够大幅提升电火花线切割加工时的线切割速度。
Description
技术领域
本发明属于电火花线切割加工领域，尤其涉及一种电极丝及其制备方法。
背景技术
电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM)的基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。
切割速度、切割精度和工件经加工后的表面光洁度是电火花线切割加工工艺好坏的评价指标，而上述各个指标均和所使用的电极丝的性能具有非常大的关系。电极丝经过多年发展与迭代，从最初的紫铜丝到之后的黄铜丝，再到之后的镀锌铜丝，以及现在市面常用的镀层丝，其性能越来越好。目前常用的镀层丝在其芯材外部具有一层镀层，该镀层一般为β相铜锌合金或γ相铜锌合金。其中，β相铜锌合金的导电性能好，能够提高电流传输效率，进而提高放电效率、加快线切割速度；γ相铜锌合金含锌量更高，气化效果好，有助于提升放电效率，进而提升线切割速度。但相应的，β相铜锌合金的含锌量不如γ相铜锌合金高，其气化效果就差，γ相铜锌合金的导电性能不如β相铜锌合金的好，其电流传输效率就低，因此限制了电极丝性能的进一步提升。
发明内容
本发明提供了一种电极丝及其制备方法，用于解决现有技术中的电极丝性能受限而影响电火花线切割加工速度的问题。
本发明采用如下技术方案：一种电极丝，包括：芯材；中间层，其位于所述芯材外部；以及，表层，其位于所述中间层外部；其中，芯材为金属或合金；所述中间层包括γ相铜锌合金层，所述表层间断地覆盖在所述γ相铜锌合金层外；所述γ相铜锌合金层在其与表层的界面处具有块状β相和/或β’相铜锌合金。
本发明具有以下有益效果：
1、应用该电极丝进行电火花线切割时，当电极丝的表层被电腐蚀消耗掉后，电极丝内部的γ相铜锌合金层及具在其与表面界面处的块状β相和/或β’相铜锌合金会露出。露出的γ相铜锌合金层具有高锌含量的特性，气化效果好，有助于提升放电效率；而露出的块状β相和/或β’相铜锌合金具有导电性能好的特性，能够提高电流传输效率，进而提升放电效率。也即该电极丝能够兼具上述两种优异特性，从而相较于现有的电极丝能够进一步地提升放电效率、加快线切割速度。
2、由于表层间断地覆盖在中间层外，在表层的间断处会形成尖端，尖端更易放电，因此在进行电火花线切割加工时，能够缩减电极丝产生电火花的反应时间，从而加快电火花线切割的速度。
优选的，所述块状β相和/或β’相铜锌合金在该电极丝的横截面上的厚度为0.05-10μm。具有上述尺寸范围的块状β相和/或β’相铜锌合金能够保证其发挥导电性好的特性，提升放电效率。
优选的，所述块状β相和/或β’相铜锌合金在该电极丝的横截面上的厚度为0.5-5μm。具体的，所述块状β相和/或β’相铜锌合金在该电极丝的横截面上的厚度为0.5-4μm、0.5-3μm、1-5μm、1-4μm、1-3μm。
优选的，所述中间层还包括位于所述γ相铜锌合金层与芯材之间的β相和/或β’相铜锌合金层。
优选的，所述中间层具有裂纹。与前所述，裂纹处能够形成尖端，在进行电火花线切割加工时，间断处更易放电，可以大幅缩减电极丝产生电火花的反应时间，从而加快电火花线切割的速度。另外，裂纹能够增加中间层与工作液的接触面积，在进行电火花线切割加工时，冲洗更快，能够缩减两次放电之间的间隔，提升放电频次，从而加快线切割速度。
优选的，所述表层的间断处露出所述中间层和/或芯材。露出的中间层和芯材可以提高表层的导电性能，有利于提升放电能量的传输，有益于提升线切割速度。
优选的，所述表层含有碳元素和锌元素。其中锌元素保证表层具有优良的气化冲刷效果，提高切割加工速度；碳元素的存在提高了电极丝导电率，提高了切割加工速度。
优选的，以质量百分比计，所述表层中碳元素含量≥0.5％，锌元素含量≥60％。上述组分含量，保证了表层中有足够的锌元素和碳元素，利于相关组分充分发挥作用。
优选的，所述芯材为铜或铜合金。
本发明还采用了如下技术方案：如前述电极丝的制备方法，包括以下步骤：
S100：提供紫铜母线或铜合金母线；
S200：在所述母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在所述母线表面镀覆形成镀锌层，制成第一线坯，其中，所述添加剂为含有碳氢氧元素的有机添加剂；
S300：对所述第一线坯进行拉伸，制成第二线坯；
S400：对所述第二线坯进行热处理，所述母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，所述第三线坯由内向外包括芯材、中间层和表层，其中，所述中间层包括γ相铜锌合金层，所述γ相铜锌合金层在其与表层的界面处具有块状β相和/或β’相铜锌合金；
S500：对所述第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成电极丝成品。
应用本发明提供的上述制备方法，经热处理工艺，镀锌层中的锌元素与母线中的铜元素通过扩散首先形成γ相铜锌合金，电镀液中的添加剂含有碳氢氧元素，通过电镀，添加剂中的碳氢氧元素进入镀层中，在热处理工艺后期能够促进锌元素的氧化反应，使得在热处理工艺的后期，γ相铜锌合金层在其与表层界面处的锌含量被快速消耗，就会使得γ相铜锌合金层上处于上述界面处的部分易于向β相和/或β’相铜锌合金转化，从而得到本发明中前述的块状β相和/或β’相铜锌合金。
优选的，所述添加剂在电镀液中的浓度为8-25g/L。
优选的，所述添加剂为低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物。
优选的，所述母线的线径规格为0.5-1.2mm，经步骤S300拉伸处理后的第一线坯的线径规格为0.3-0.8mm。
优选的，步骤S400中制成的第三线坯中的所述γ相铜锌合金层与芯材之间还具有β相和/或β’相铜锌合金层。
优选的，步骤S400中的热处理的温度为150-350℃，热处理的时间为1-50h。在该热处理温度范围以及该热处理时间范围内，可以保证产生γ相铜锌合金层以及其与表层的界面处的块状β相和/或β’相铜锌合金。
优选的，步骤S400中的热处理的温度为150-200℃，热处理的时间为10-50h，形成的所述中间层为γ相铜锌合金层。
优选的，步骤S400中的热处理的温度为250-350℃，热处理的时间为1-20h，形成的所述中间层为γ相铜锌合金层以及β相和/或β’相铜锌合金层。
优选的，步骤S400中热处理包括两个阶段S401和S402，并且阶段S402的热处理温度大于阶段S401的热处理温度。先采用较低的热处理温度，一方面有益于减缓镀锌层中的锌元素与母线中的铜元素的相互扩散速度，另一方面该温度下适合产出γ相铜锌合金，这样就容易在靠近镀锌层这一侧产出γ相铜锌合金层。之后采用较高的热处理温度，加速由添加剂引入镀层中的碳氢氧元素对锌元素的消耗，降低γ相铜锌合金层在其与表层界面处的锌含量，使得该位置处的部分γ相铜锌合金转变为β相和/或β’相铜锌合金，在结构上表现为呈块状的β相和/或β’相铜锌合金。也即采用上述的两个阶段的热处理方式能够更容易产生块状β相和/或β’相铜锌合金。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是应用本发明提供的制备方法生产出的一种电极丝的局部横截面示意图；
图2是应用本发明提供的制备方法生产出的另一种电极丝的局部横截面示意图；
图3是本发明中应用对比例提供的制备方法生产出的一种电极丝的局部横截面示意图。
其中，1.芯材，2.中间层，20.γ相铜锌合金层，21.块状β相铜锌合金，22.β相铜锌合金层,3.表层，4.裂纹。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例。
在示出具体的实施方式之前，对本发明提供的电极丝的结构特征及其制备方法的原理进行相关说明：
制备母线时一般采用黄铜母线，具体的，一般由CuZn37黄铜或CuZn40黄铜制成。也可以使用紫铜(也即纯铜)来制备母线，或者除黄铜以外的铜合金来制备母线。
经热处理工艺，镀锌层中的锌元素与母线中的铜元素通过扩散首先形成γ相铜锌合金，电镀液中的添加剂含有碳氢氧元素，通过电镀，添加剂中的碳氢氧元素进入镀层中，在热处理工艺后期能够促进锌元素的氧化反应，使得在热处理工艺的后期，γ相铜锌合金层在其与表层界面处的锌含量被快速消耗，就会使得γ相铜锌合金层上处于上述界面处的部分易于向β相和/或β’相铜锌合金转化，从而得到本发明中前述的块状β相和/或β’相铜锌合金。
从结构上来看，块状β相和/或β’相铜锌合金位于γ相铜锌合金层与表层之间，且是由γ相铜锌合金层上的局部转变而来，这样在表层腐蚀消耗完后，块状β相和/或β’相铜锌合金和γ相铜锌合金层能够同步露出、同步参与放电腐蚀。这样就既能够具有β相和/或β’相铜锌合金良好导电性能的特性，又能够具有γ相铜锌合金气化效果好的特性，从而显著提升放电效率、加快线切割速度。
需要说明的是，在制备过程中的热处理阶段，镀锌层中的锌元素与芯材中的铜元素相互扩散形成铜锌合金(也即合金化过程)，在不同的热处理工艺参数下会在γ相铜锌合金层与芯材之间形成β相和/或β’相铜锌合金层，为便于描述，下述实施例中均以β相来表述，也即下文中的β相表示β相和β’相中的一种或两种均具有。
以质量百分比计，本实施例制备的电极丝中表层中碳元素含量≥0.5％，锌元素含量≥60％。
如上述原理说明，本发明提供的该制备方法中，热处理的工艺参数具有非常重要的作用，下述实施例1-16采用了本发明提供的热处理参数范围内的工艺参数，其中，实施例1-8制成的电极丝成品的横截面参考图1中所示，实施例9-16制成的电极丝成品的横截面参考图2中所示；下述的对比例1-3采用了本发明提供的热处理参数范围外的工艺参数，其制成的电极丝成品的横截面参考图3中所示。
实施例1：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1.2mm的CuZn37黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成10μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为10g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.8mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为175℃，热处理时间为20h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例2：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.5mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成5μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为11g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.35mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为195℃，热处理时间为10h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例3：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成12μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为16g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.65mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为190℃，热处理时间为25h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例4：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.6mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成7μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为20g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.4mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为150℃，热处理时间为50h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例5：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1.1mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成5μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为22g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.8mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为200℃，热处理时间为10h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例6：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.9mm的CuZn37黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成3μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为25g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.55mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为180℃，热处理时间为26h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例7：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn37黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成8μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为10g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.7mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行两个阶段的热处理，第一阶段热处理温度为150℃，热处理时间为20h，第二阶段热处理温度为185℃，热处理时间为10h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例8：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成5μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为8g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.7mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行两个阶段的热处理，第一阶段热处理温度为160℃，热处理时间为30h，第二阶段热处理温度为200℃，热处理时间为5h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图1中所示。
实施例9：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1.2mm的CuZn37黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成5μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为15g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.8mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为250℃，热处理时间为20h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例10：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成6μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为12g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.65mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为280℃，热处理时间为2h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例11：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.5mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成5μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为15g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.35mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为300℃，热处理时间为3h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例12：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.9mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成10μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为21g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.6mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为320℃，热处理时间为5h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例13：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.9mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成12μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为8g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.5mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为1h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例14：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn37黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，镀锌液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成10μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为13g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.8mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为260℃，热处理时间为20h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例15：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为0.8mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成8μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为25g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.5mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行两个阶段的热处理，第一阶段热处理温度为250℃，热处理时间为10h，第二阶段热处理温度为270℃，热处理时间为3h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
实施例16：本实施例提供了一种电极丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成15μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为9g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.7mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行两个阶段的热处理，第一阶段热处理温度为270℃，热处理时间为10h，第二阶段热处理温度为350℃，热处理时间为1h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，第三线坯由内向外依次具有芯材1、β相铜锌合金层22、γ相铜锌合金层20和表层3，其中，γ相铜锌合金层20在其与表层3的界面处具有块状β相铜锌合金21；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图2中所示。
应用本发明提供的上述制备方法，经热处理工艺，镀锌层中的锌元素与母线中的铜元素通过扩散形成γ相铜锌合金，电镀液中的添加剂含有碳氢氧元素，通过电镀，添加剂中的碳氢氧元素进入镀层中，在热处理工艺后期能够促进锌元素的氧化反应，使得在热处理工艺的后期，所形成的γ相铜锌合金层20在其与表层3界面处的锌含量被快速消耗，就会使得γ相铜锌合金层20上处于上述界面处的部分易于向β相铜锌合金转化，从而得到本发明中前述的块状β相铜锌合金21。
应用该电极丝进行电火花线切割时，当电极丝的表层3被电腐蚀消耗掉后，电极丝内部的γ相铜锌合金层20及具在其上的块状β相铜锌合金21会露出。露出的γ相铜锌合金层20具有高锌含量的特性，气化效果好，有助于提升放电效率；而露出的块状β相铜锌合金21具有导电性能好的特性，能够提高电流传输效率，进而提升放电效率。也即该电极丝能够兼具上述两种优异特性，从而相较于现有的电极丝能够进一步地提升放电效率、加快线切割速度。
另外，由于镀覆工艺后直接拉伸，该电极丝的芯材1和中间层2能够由表层3挤出，露出的中间层2或芯材1均可以提高表层3的导电性能，有利于提升放电能量的传输，进而进一步地提升切割速度。还有，该电极丝内的中间层2具有裂纹4，放电会优先在裂纹4边缘处产生，相对于中间层2没有产生裂纹4的情况而言，应用该中间层2具有裂纹4的电极丝，能够提高电极丝产生电火花的反应时间，从而加快电火花线切割的速度。
对比例1：本实施例作为对比例，更改了上述实施例提供的制备方法中的热处理工艺参数，具体的：
S100：提供线径规格为1mm的CuZn37黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成10μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为13g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.8mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为130℃，热处理时间为50h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图3中所示。
对比例2：本实施例作为对比例，更改了上述实施例提供的制备方法中的热处理工艺参数，具体的：
S100：提供线径规格为0.8mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，镀锌液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成8μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为25g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.5mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为450℃，热处理时间为20h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图3中所示。
对比例3：本实施例作为对比例，更改了上述实施例提供的制备方法中的热处理工艺参数，具体的：
S100：提供线径规格为0.9mm的CuZn40黄铜母线；
S200：采用电镀工艺在上述黄铜母线表面镀锌，镀锌液包括添加剂，从而在母线表面镀覆形成12μm的镀锌层，制成第一线坯，其中，添加剂为含有碳氢氧元素的有机化合物，例如低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物，电镀液中添加剂浓度为8g/L；
S300：对第一线坯进行拉伸，制成线径规格为0.5mm的第二线坯；
S400：对第二线坯进行热处理，热处理温度为140℃，热处理时间为3h，母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯；
S500：对第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成线径规格为0.25mm的电极丝成品。电极丝成品的横截面参考图3中所示。
如上述对比例所示，当热处理工艺参数不合适时，就无法制备出实施例中所得到的电极丝。
比较例1：采购得到的线径规格为0.25mm的黄铜电极丝；
比较例2：采购得到的线径规格为0.25mm的涂覆有镀锌层的电极丝；
比较例3：采购得到的线径规格为0.25mm的涂覆有合金层的伽马电极丝。
下表为实施例1至16制成的电极丝与对比例1至3制成的电极丝及比较例1至3采购得到的电极丝的结构特征对比表：
应用实施例1至16制成的电极丝与对比例1至3制成的电极丝及比较例1至3采购得到的电极丝进行电火花线切割加工测试，测试条件见下表：
测试条件见下表：
| 机床 | 阿奇E350 |
| 工件厚度 | 50mm |
| 工件形状 | 6*6mm |
| 工件材料 | 8407 |
| 电极丝规格 | 0.25mm |
| 加工刀次 | 粗割 |
测试结果见下表：
在本发明中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (18)
1.一种电极丝，包括：
芯材；
中间层，其位于所述芯材外部；以及，
表层，其位于所述中间层外部；
其中，所述芯材为金属或合金；
其特征在于，所述中间层包括γ相铜锌合金层，所述表层间断地覆盖在所述γ相铜锌合金层外；
所述γ相铜锌合金层在其与表层的界面处具有块状β相和/或β’相铜锌合金。
2.如权利要求1所述的电极丝，其特征在于：所述块状β相和/或β’相铜锌合金在该电极丝的横截面上的厚度为0.05-10μm。
3.如权利要求2所述的电极丝，其特征在于：所述块状β相和/或β’相铜锌合金在该电极丝的横截面上的厚度为0.5-5μm。
4.如权利要求1所述的电极丝，其特征在于，所述中间层还包括位于所述γ相铜锌合金层与芯材之间的β相和/或β’相铜锌合金层。
5.如权利要求1所述的电极丝，其特征在于，所述中间层具有裂纹。
6.如权利要求1所述的电极丝，其特征在于，所述表层的间断处露出所述中间层和/或芯材。
7.如权利要求1所述的电极丝，其特征在于，所述表层含有碳元素和锌元素。
8.如权利要求7所述的电极丝，其特征在于，以质量百分比计，所述表层中碳元素含量≥0.5％，锌元素含量≥60％。
9.如权利要求1所述的电极丝，其特征在于，所述芯材为铜或铜合金。
10.如权利要求1至9中任一项所述的电极丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：提供紫铜母线或铜合金母线；
S200：在所述母线表面镀锌，电镀液包括添加剂，从而在所述母线表面镀覆形成镀锌层，制成第一线坯，其中，所述添加剂为含有碳氢氧元素的有机添加剂；
S300：对所述第一线坯进行拉伸，制成第二线坯；
S400：对所述第二线坯进行热处理，所述母线中的铜元素与镀锌层中的锌元素在热处理过程中相互扩散形成铜锌合金，制成第三线坯，所述第三线坯由内向外包括芯材、中间层和表层，其中，所述中间层包括γ相铜锌合金层，所述γ相铜锌合金层在其与表层的界面处具有块状β相和/或β’相铜锌合金；
S500：对所述第三线坯进行拉伸及去应力退火，制成电极丝成品。
11.如权利要求10所述的电极丝的制备方法，其特征在于，所述添加剂在电镀液中的浓度为8-25g/L。
12.如权利要求10所述的电极丝的制备方法，其特征在于，所述添加剂为低聚果糖、山梨糖醇、糊精、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种混合物。
13.如权利要求10所述的电极丝的制备方法，其特征在于，所述母线的线径规格为0.5-1.2mm，经步骤S300拉伸处理后的第一线坯的线径规格为0.3-0.8mm。
14.如权利要求10所述的电极丝的制备方法，其特征在于，步骤S400中制成的第三线坯中的所述γ相铜锌合金层与芯材之间还具有β相和/或β’相铜锌合金层。
15.如权利要求10所述的电极丝的制备方法，其特征在于，步骤S400中的热处理的温度为150-350℃，热处理的时间为1-50h。
16.如权利要求15所述的电极丝的制备方法，其特征在于，步骤S400中的热处理的温度为150-200℃，热处理的时间为10-50h，形成的所述中间层为γ相铜锌合金层。
17.如权利要求15所述的电极丝的制备方法，其特征在于，步骤S400中的热处理的温度为250-350℃，热处理的时间为1-20h，形成的所述中间层为γ相铜锌合金层以及β相和/或β’相铜锌合金层。
18.如权利要求10-17任一项所述的电极丝的制备方法，其特征在于，步骤S400中热处理包括两个阶段S401和S402，并且阶段S402的热处理温度大于阶段S401的热处理温度。
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