TWI784706B - 用於電火花沖蝕切割的線狀電極 - Google Patents

Abstract

本案係關於一種用於電火花沖蝕切割的線狀電極，包含芯部，芯部包含金屬或金屬合金；以及覆蓋層，覆蓋層圍繞芯部，覆蓋層包含形態對應於塊狀顆粒的區域，區域在其圓周的至少一部分上通過裂縫與彼此和/或芯材料在空間上分開，在垂直或平行於線縱軸的線材橫截面中，含有鋅成分為58.5-67質量%的銅鋅合金佔塊狀顆粒之區域之表面積50%以上，在垂直於線材表面的視圖中，由塊狀顆粒形成的表面的佔線狀電極的整個表面的比例為20%以上且小於50%，表面積在 25-250 µm ²內的塊狀顆粒佔所有塊狀顆粒的表面積的 50% 以上。

Description

用於電火花沖蝕切割的線狀電極

本案係關於一種用於電火花沖蝕切割的線狀電極及其製造方法。

電火花沖蝕方法(放電加工(Electrical Discharge Machining,EDM))用於分離導電工件，其係透過導電工件及一工具之間的火花放電以去除材料。為此，在例如為去離子水或油的介電液體中，於相應的工件和工具之間產生可控制的火花放電，且該工具設置於距離工件較近的距離，並透過電壓脈衝的應用程序而作為電極。利用此方式，例如由金屬、導電陶瓷或複合材料等組成的工件實質上可不受其硬度影響而被加工。火花放電的電能由沖蝕機的脈衝產生器所提供。

電火花沖蝕切割或線材沖蝕為一種特殊的電火花沖蝕方法，其工具係由一根拉緊之細線所構成，且其直徑約為0.02至0.4毫米。線材在沖蝕過程中因去除材料而被磨損，故必須透過切割或加工區連續拉伸，並且只能使用一次，即線材持續損耗。所需之切割輪廓首先透過主切割以相對較高的放電能量完成，且為了改善工件的輪廓精度和表面粗糙度，在主切割後會進行一個或多個修整切割，並依次降低放電能量。在這些修整切割過程中，線狀電極僅與其圓周的一部分接合。主切割和修整切割的機器設置參數 (例如開路電壓、脈衝電流、脈衝持續時間、暫停持續時間、間隙寬度調節參數、線材預緊力、線材走線速度、沖洗壓力等)係被結合於所述工藝或沖蝕或切割工藝中。對於待加工之不同材料類型、工件高度、線材類型、線材直徑和目標質量，於本領域中目前常用的沖蝕機可提供相應的沖蝕技術。

於實務上，使用具有塗層和不具有塗層的線材或線狀電極，且其通常以黃銅或銅為基礎製造而成。不具有塗層之線狀電極(也被稱作裸線)由均質材料所組成，而具有塗層之線狀電極具有覆蓋層或塗層芯線。於現有技術中，具有塗層之線狀電極通常由一個護套或覆蓋層所組成，且其可由一個覆蓋層或多個覆蓋層一層一層地排列所組成，並負責實際之沖蝕過程，而線狀電極的芯部賦予線材通過和線材預張所需之抗伸強度，以及必要之導電性和導熱性。

裸線通常由黃銅和鋅組成，其中鋅之比例在35質量%到40質量%之間，而多數塗層線材具有包含銅或黃銅之芯部和一或多層包含鋅或銅鋅合金的覆蓋層。鋅和黃銅係作為於實際沖蝕過程中所使用的材料，其中，由於鋅之蒸發溫度較低，且具有相對較高的沖蝕去除率和效率之優點，以及可以傳輸極小脈衝能量對工件表面進行精準加工，故可在加工時產生儘可能小的表面粗糙度。在此背景下，為了精準加工，經常使用具有主要由鋅或僅由鋅所組成之覆蓋層的線狀電極。

眾所周知，相較於裸線與具有主要由鋅或僅由鋅所組成的塗層的線材相比，使用具有一或多種含鋅合金的塗層的線材可提高去除 率或切割性能。這些包括其塗層分別在β相、β'相、γ相和ε相中的一個或多個相中含有黃銅的線材。

為了達成較高之切割性能，由例如γ相黃銅之脆性合金所製成之塗層已被證明較有優勢，透過擴散使脆性合金之直徑大於最終直徑，再透過冷卻成型將其製為最終尺寸。因此，脆硬層破裂並在其中形成凹痕和連續裂縫，致使位於其下方之材料穿過脆硬層(參見美國專利US 5,945,010及US 6,306,523)。裂縫和凹痕增加線材的表面積，使得凹痕可更好地被周圍的電介質冷卻，亦可去除間隙中的顆粒。除此之外，由於電場的過度增加，故以在由裂縫產生的邊緣處形成放電為佳，藉此提高線狀電極的可燃性，從而提升切割性能。根據美國專利US 5,945,010所述，若塗層覆蓋線材表面的50%~100%，則就切割性能和表面品質而言可實現良好的沖蝕結果。

上述用於提高切割性能之進一步發展還包含結合多層覆蓋物中的不同層之組合。有時於製造期間中，會發生必然之擴散過程，護套具有包含相混合物的黃銅覆蓋層，其中相混合物可例如為混合α和β相或混合β和γ相。

於美國專利US 7,723,635中揭露了一種線狀電極，其具有芯部和黃銅合金的第一覆蓋層，且黃銅合金具有比例約37-49.5質量%的鋅，其中均勻分佈的晶粒彼此間隔，並且黃銅合金含有鋅含量約為49.5-58質量%的鋅嵌入於覆蓋層中。在使用上述線狀電極時，由於導電性和強度提升，故可因此提升沖蝕性能。

根據歐洲專利EP-A-2 193 867所述，多個覆蓋層中的至少一個主要具有β和γ黃銅的細粒混合物。透過將γ黃銅加入到β黃銅基 體中，γ黃銅在沖蝕過程中不會太快磨損，而是以小份量釋放到沖蝕間隙中以有效完成去除。

於歐洲專利EP-A-1 846 189中揭露了一種線狀電極，其包含第一層β黃銅和一個撕裂之γ黃銅層，且β黃銅層出現於其孔中。

於歐洲專利EP-A-2 517 817揭露了一種具有透過擴散形成的兩個合金層的線狀電極，其芯線材料沿第二合金層中的裂縫出現，因此在表面形成多個顆粒狀結構，晶粒包含芯材，並且設置於與線狀電極的垂直方向上，切割性能和表面品質皆因此獲得改善。

然而，對於如γ相之脆性相塗層，一方面，層的厚度增加並無法確保性能的進一步提高(參照歐洲專利EP-A-1 295 664)，而另一方面，就生產之經濟考量來說，將對形成較厚的有所限制(參照美國專利US 5,945,010)。

上述線狀電極中的一個缺點在於沒有製造商專門製造具有與這些線狀電極相互匹配之沖蝕技術的沖蝕機器。目前僅有針對黃銅裸線技術的沖蝕機器，因此通常無法達到精度和/或待加工部件所需的表面品質。儘管上述的補強方式可以對現有沖蝕技術進行調整或優化，但於沖蝕相關產業之從業人員通常不能或不希望為此花費額外時間。

特別是在通過一或多個精確加工步驟實現較小表面粗糙度的多步驟沖蝕加工的情況下，已知有例如美國專利US 5,945,010，其使用線狀電極會形成不欲見之凹槽，其中凹槽的走向平行於線材的走線速度。同時可參照歐洲專利EP-A-1 949 995中的對比試驗，於歐洲專利EP-A-1 949 995中，為解決上述問題，揭露了一種具有由塊狀結構(“塊體”)所形成的覆蓋層的線狀電極，其中該 塊體具有非常均勻的厚度，且塊體的鋅含量為超過50質量%，並覆蓋線材表面的50%以上。此外，在塊體之間所產生的裂縫依循較佳之方向，該方向與線縱軸形成之角度大於45°，而這些特徵係透過設置最終拉伸過程之前的覆蓋層之厚度為7μm或更小，並且設置在最終拉伸過程之前的最終直徑和中間直徑之比在0.4至0.8的範圍內所實現的。然而，這需要線狀電極以相應的小直徑進行鍍鋅，或者必須在以較大直徑進行鍍鋅後進行另一次中間製程，而兩者都會影響線狀電極製造的經濟可行性。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術之用於電火花沖蝕切割的線狀電極，實為目前迫切之需求。

本案之目的為提供一種線狀電極，與黃銅裸線相比，本案之線狀電極具有更好的切割性能，從而提高了線沖蝕技術的經濟可行性，而與黃銅裸線和前述塗層線相比，具有相同或更高的部件的精度和表面品質。

本案之另一目的為提供一種對黃銅裸線進行沖蝕技術的線狀電極，特別對於包含多個切口的沖蝕技術，與黃銅裸線相比具有更高的切割性能，而與黃銅裸線和上述塗層線相比，具有相同或更高的部件的精度和表面質量。

本案之另一目的為提供一種具有上述優點的線狀電極，該線狀電極可以盡可能用較少的製造成本製造。

為實現上述目的，本案具有如發明申請專利範圍中請求項1所述之線狀電極，發明申請專利範圍中附屬於請求項1之各附屬請求項包含線狀電極的各種較佳實施例。

1:線狀電極

2:芯部

3:塊狀顆粒

4:裂縫(圍繞於塊狀顆粒之裂縫)

4':裂縫(塊狀顆粒內部之裂縫)

5:中心軸線(線狀電極之中心軸線)

6:參考框

7:線形簇(塊狀顆粒之線形簇)

第1圖示出本案較佳實施例之線狀電極的橫截面(垂直於線狀電極的縱軸)。

第2圖示出本案較佳實施例之線狀電極的外周緣切口的光學顯微照片，且其係垂直於線材的縱軸的橫截面。

第3圖示出第1圖的線狀電極的外周緣切口，且其係垂直於縱軸的橫截面。

第4圖為本案線狀電極表面的光學顯微鏡照片。

第5圖示出第3圖之光學顯微鏡圖片，其中矩形參考框用以確定塊狀顆粒或由其形成的線形簇的覆蓋程度。

第6圖示出第3圖之光學顯微鏡圖片，其中標有線縱軸和線狀簇的塊狀顆粒。

第7圖示出現有技術的第一線狀電極的表面的光學顯微照片。

第8圖示出現有技術的第二線狀電極的表面的光學顯微照片。

根據本發明，用於電火花沖蝕切割的線狀電極具有芯部，該芯部包含金屬或金屬合金。較佳地，芯部由一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金所組成，且金屬含量超過50質量%，更較佳地該含量為100%或實質上100%。詳細而言，芯部可以完全由一種金 屬或一種金屬合金形成。芯部可以均勻地形成，或者例如以不同成分的多個單獨的金屬或金屬合金層以一層一層地排列而形成，且具有沿徑向變化的特性。如本文所用之“實質上”係指根據本發明的線材、層或其芯部由分別揭露的組合物組成和/或具有公開的特性，其中生產製造及測量的公差係被納入考量，例如本領域具有通常知識者所熟悉之無法避免之雜質的存在。

本案之金屬特別是指銅，金屬合金特別是指具有20%-42質量%之鋅比例的銅-鋅合金。

芯部係被例如以塗層的形式之護套(在下文中也稱為“覆蓋層”)所圍繞。覆蓋層在線材沖蝕的過程中會磨損，並用於影響沖蝕之特性。

本發明之線狀電極的覆蓋層包含具有顆粒外觀(形態)的區域，其特徵在於不規則輪廓，且其有時包含角半徑小於2μm的尖角和具有直線度與理想直線偏差小於2μm的直線。因此，這些區域被描述為形態對應於塊狀或塊狀顆粒的區域。於下文中，包含這些區域的層也稱為“具有塊狀形態的覆蓋層”，形態對應於塊狀或塊狀顆粒的區域也簡稱為“塊狀顆粒”(或“塊形顆粒”)。芯材可以穿過塊狀顆粒之間。此外，塊狀顆粒在其圓周的至少一部分上彼此空間分離和/或通過裂縫與芯材空間分離。塊狀顆粒本身亦可包含裂縫。

裂縫的寬度通常最大約為2μm，多數約為1μm，可以於一般條件下利用電子顯微鏡掃瞄確認，例如透過分析基於背散射電子(20kV)測量的圖像。如果在短距離(例如1至2μm)上沿著裂縫的走向出現較大之裂縫寬度，則該結構同樣被視為本發明含義內的 裂縫。相較之下，塊狀顆粒(通常從線的外表面徑向向內形成)之間的較寬間距稱為凹痕或間隙。

於垂直或平行於線材縱軸(也稱為“線材縱軸”或“線材軸”)的線材橫截面之視角觀察，塊狀顆粒表面積的主要部分，即達50%以上為含鋅成分為58.5-67質量%的銅鋅合金。根據CuZn系統的相位圖所示，合金以γ相的形式存在於此部分表面積中。在與線材相鄰材料的邊界處，會形成β和/或β'相的“接縫”(如果使用銅或α黃銅作為芯材)。該接縫通常可使用光學顯微鏡識別(或使用專家已知的其他方法確認，例如掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy,SEM)/能量色散X射線光譜(energy-dispersive X-ray spectroscopy,EDX)，下文將更詳細解釋)，且該接縫不是由塊狀顆粒所造成的。

線狀電極的表面由塊狀顆粒、芯材和可選地由β和/或β'相的“接縫”所形成。在垂直於線材表面的視圖中，如第4圖至第6圖所示(垂直於最靠近觀察者(顯微鏡)徑向觀察的線材圓周的點)，由塊狀顆粒形成的表面的比例(即覆蓋程度)佔據線狀電極整個表面的的比例為大於20%且小於50%，上述值可以由第5圖確定，並且於第5圖中利用合適的參考表面積來表示。該參考表面積在第5圖中係通過光參考框6來定義，其尺寸約為400μm x 50μm，並相對於導線縱軸對稱佈置。

於上述垂直於線材表面的視圖中，表面積在25-250μm²範圍內的塊狀顆粒佔所有塊狀顆粒表面積的50%以上。

於上述垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒在顯著比例上以四個或更多個顆粒的線形簇排列。在這些簇中，顆粒之間的間距小於15μm。滿足此間距標準的彼此相鄰排列的顆粒也稱為相鄰顆粒。

線形是指顆粒以“行”的形式彼此相鄰排列作為均勻的結構特徵，其中排列可具有一定的不規則性(顆粒的尺寸和空間排列)。然而，線形簇具有較佳之方向，即通過定義縱向的行(線)排列，並且於橫向於上述縱向排列的方向上，沿著此橫向的線並沒有或僅有少數直接相鄰的顆粒，即如上所定義之間距小於15μm的顆粒。

特別的是，僅有少數塊狀顆粒以雜亂的“堆”的形式彼此相鄰排列，或由幾個線形簇形成的條狀排列，這些線形簇於縱向上的大部分範圍直接相鄰排列，即彼此非常接近而導致顆粒在(垂直)橫向方向上的間距小於15μm。

因此，簇具有“分散”的外觀，即兩個簇之間只有幾個“接觸點”，例如第6圖中的簇(a)和(b)。

簇的特徵形態外觀可量化如下。

如上所述，選擇表面積在25-250μm²範圍內的塊狀顆粒的排列，其包含如此多的該尺寸的顆粒，以至於它們可以用直線(縱軸)連接，其中縱軸必須與滿足上述尺寸標準的所有顆粒相交或接觸，並且相鄰顆粒(該尺寸)在該縱向方向上的間距以這種方式定義小於15μm(或更小)，以避免違反小於15μm的間距標準。

選擇在上述標準下相距最遠的簇中相距最遠的顆粒的端部作為縱軸的起點和終點。

線狀簇的主要部分(即超過50%的部分)與線狀電極的縱軸形成之角度小於45°，且與沿線狀電極縱軸的視角方向無關，請參閱例如第6圖中的簇(a)和(c)。

如上所述，線形簇以分散的方式出現，即幾個線形簇通常不會彼此緊鄰著設置(即在橫向方向上具有間隔，因此垂直於上述定義的簇的縱向方向，其中間隔小於15μm)。可以透過第6圖中簇(a)和(b)的排列示例看出。

在垂直或平行於線縱軸的線橫截面中觀察，超過三分之二的塊狀顆粒的厚度在徑向上測量為大於線狀電極的總直徑的0.8%且小於線狀電極的總直徑的2%。

芯部和塗層中所含之金屬可能含有無法避免之雜質。

根據現有技術，可以預期的是具有破開層的線狀電極包含塊狀顆粒，且塊狀顆粒鋅含量超過50質量%，但線狀電極具有小於50%的此類顆粒的覆蓋度，並且不具有垂直於線縱軸的裂縫的較佳方向，因此既不利於切割性能，亦不利於組件的表面品質。

然而，根據本發明的線狀電極，特別是在對黃銅裸線使用沖蝕術的情況下，可獲得切割性能和表面品質較好之結果。不受特定之理論侷限，以下特徵或其組合有助於使電火花沖蝕加工實現一致的切割：覆蓋度小於50%和大於20%；表面積在25-250μm²範圍內的塊狀顆粒佔所有塊狀顆粒表面積的50%以上；以及塊狀顆粒以至少4個顆粒的線形簇排列，其佔大部分或為主要之排列方式。

此外，與黃銅裸線相比，在主切割和整個加工程序中的加工時間都顯著減少。

再者，至少三分之二的塊狀顆粒，以目標設定的塊狀顆粒的厚度大於線狀電極總直徑的0.8%且小於2%。結合上述特徵，可以實現較佳的表面品質，且不易形成凹槽，其路線平行於線材走線速度。

[製造]

本發明之線狀電極的製造從初始材料即會產生影響，該初始材料由一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金所組成，金屬含量超過50質量%，且較佳為全部或實質上為全部。因此，舉例來說，可以從直徑為1.20mm的Cu、CuZn₃₇或CuZn₄₀(分別含有37%或40質量%鋅的黃銅)的均勻線形式的初始材料開始。從該初始材料開始，本發明之線狀電極的製造在理想情況下僅包括三個工藝步驟：塗鋅、擴散退火和拉伸以及最終的集中去應力退火。於擴散退火前選擇初始材料的直徑，以在拉伸至最終直徑的過程中使橫截面表面積減少20-25倍。於第一步中，用鋅塗覆初始材料，例如鋅塗覆通過電沉積。於擴散退火前的直徑處存在的鋅層的厚度由所選芯材的鋅含量所決定。例如，選擇由合金CuZn₃₇所組成的均質芯部，則鋅層的厚度較佳在所需最終直徑的0.8%至1.6%內。例如，選擇由合金CuZn₄₀組成的均質芯部，則鋅層的厚度較佳在所需最終直徑的0.6%至1.4%內。

接著對塗有鋅的線材進行擴散退火，在此過程中產生一個覆蓋層，該覆蓋層主要包含鋅成分為58.5-67質量%的銅鋅合金。根據CuZn系統的相位圖，該合金以γ相存在。

擴散退火可以以固定方式進行，例如在罩式爐中，並以連續過程進行，例如透過電阻加熱。擴散退火可於以下條件進行，(例如在環境大氣或保護氣體下的罩式爐中)，較佳為在180-230℃的範圍內，持續4-12小時，其中平均升溫速度較佳為至少80℃/h，平均冷卻速度較佳為至少60℃/h。上述條件可以被替代實現，例如通過在環境大氣或保護氣體下連續通過電阻加熱，其中平均加熱速率較佳為至少10℃/s。線材溫度優選地在600和800℃之間，退火時間優選地在10-200秒的範圍內，且平均冷卻速率優選地至少為10℃/秒。上述退火時間是指從離開室溫到再次達到室溫的時間段。

在最後一步中，線材較佳通過冷卻成型和去應力退火逐漸變細至最終直徑。最終直徑在0.02-0.40毫米之內。γ相黃銅的脆硬層撕裂，因此形成塊狀顆粒。塊狀顆粒在空間上彼此分離，導致芯材出現在塊狀顆粒之間。塊狀顆粒本身可能包含裂縫。

由於在擴散退火和橫截面縮小之前以如上所述的目標方式選擇鋅層的厚度，因此在拉伸至最終直徑期間產生塊狀顆粒，其在各種情況下，在垂直於線材表面的視圖中具有範圍在25-250μm²內的表面積，並且其產生的總比例超過所有塊狀顆粒的表面積的50%。另外，在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒以顯著數量且特別是主要以至少四個顆粒的線形簇排列。在這些簇中，顆粒之間的間距小於15μm。線形簇中超過50%的主要部分與線狀電極的縱軸所形成之角度小於45°。塊狀顆粒的覆蓋度佔線狀電極整個表面的比例為小於50%且大於20%。

至少於最後的12個拉伸步驟中，線形簇的形成還通過每個拉伸步驟中橫截面減少量約8-12%之範圍進行。

如果超過三分之二的塊狀顆粒的厚度在最終直徑的情況下低於線狀電極和塊狀顆粒的最終直徑的0.8%，則與黃銅裸線相比，使用這種實施例並無法實現切割性能的顯著提高，它們在各種情況下具有表面25-250μm²範圍內的面積，總共佔所有塊狀顆粒表面積的不到50%。

另一方面，如果擴散退火後的塗層厚度太大，則塊狀顆粒滿足厚度超過最終直徑的2%且滿足表面積超過250μm²(在垂直於線材表面的視圖中觀察到的)在拉伸至最終直徑後逐漸形成。此外，由於冷成形導致γ相黃銅脆硬層在徑向方向上更嚴重地破碎，塊狀顆粒的厚度變化更大。通過這樣的實施例，雖然在主切口中實現了與黃銅裸線相比切割性能的顯著提高，但是這樣的實施例越來越多地導致修整切口中的短路和意外放電。這不僅會導致切割性能下降，還會損害部件的表面品質。

或者，在對線材進行擴散退火之前，可以先在塗層之後進行中間拉伸。舉例而言，作為替代方案，可以0.02~0.15mm之直徑範圍生產本案的線狀電極。

綜上所述，根據本發明的線狀電極可以以很少的製造成本製造。特別是對於芯材，選擇含有37-40%鋅的銅鋅合金，則鋅層的必要厚度僅為最終直徑的0.6-1.6%。舉例而言，在最終直徑為0.25mm的情況下，所需的鋅層厚度為1.5-4μm。這使得鋅塗層允許相對高的通過速度。此外，前述之鋅層必要厚度範圍亦使得擴散 退火的處理時間較短。最後，由於覆蓋程度大於20%且小於50%，故與現有技術的線狀電極相比可降低拉伸工具的磨損。

[較佳實施例]

從線材橫截面來看，塊狀顆粒於垂直或平行於線材縱軸(也稱為“線材縱軸”或“線材軸”)的部分佔75%以上，塊狀顆粒表面積的大於90%的部分較佳為包含鋅含量為58.5-67質量%的銅-鋅合金。更優選地，塊狀顆粒實質上完全由鋅成分為58.5-67質量%的銅-鋅合金所組成。關於在相鄰線材的邊界處形成具有較低鋅成分的銅-鋅合金的“接縫”，請參考上述已揭露之內容。

在垂直於線材表面的視圖中，如上所定義，由塊狀顆粒形成的表面比例(即覆蓋度)較佳為大於線狀電極整個表面的30%且小於45%。

較佳地，在垂直於線材表面的視圖中，表面積在25-200μm²內的塊狀顆粒佔所有塊狀顆粒表面積的50%以上。

較佳地，在垂直於線材表面的視圖中，表面積在50-200μm²內的塊狀顆粒佔所有塊狀顆粒表面積的50%以上。

塊狀顆粒以顯著數量且特別是主要以較佳為五個或更多個顆粒的線形簇排列，於線形簇中，塊狀顆粒之間的間距較佳為小於10μm。

如上所述，儘管簇之數量較大，且占主要之部分，但它們仍然以“分散”之方式出現，即幾個線形簇通常不會緊鄰著彼此設置(即在橫向上有間隔，因此垂直與上述定義的線形簇的縱向方向相距小於15μm，較佳為小於10μm)。這在第6圖中線形簇(a)和(b)的 排列中以示例的方式示出。線形簇較佳地包含超過不到其長度的50%的相鄰簇的顆粒，如上所定義。

線狀簇的主要部分，即大於50%，較佳地與線狀電極的縱軸形成之角度小於40°且更較佳地小於35°。較佳地，超過75%的線形簇與線狀電極的縱軸形成之角度小於45°。

在垂直或平行於線縱軸的線橫截面中觀察，較佳地超過75%並且更較佳地超過90%的塊狀顆粒具有大於線狀電極的總直徑的0.8%和小於該線狀電極的總直徑的2%的厚度，在徑向方向上測量不超過線狀電極總直徑的2%。

根據本發明的線狀電極具有較佳由合金CuZn₃₇或CuZn₄₀構成的線芯。

本發明的線狀電極的結構和組成可由例如通過掃描電子顯微鏡(SEM)研究和能量色散X射線光譜(EDX)而得知，為此，需觀察線狀電極的表面和橫截面拋光。例如，透過所謂的離子束斜面切割方法，可以實現線截面拋光的製造。其中線材被屏蔽覆蓋並用Ar⁺離子照射，其中材料從線材的突出超過屏蔽的部分被離子去除。通過這種方法，可以製備沒有機械變形的樣品。通過這種製備方法，可以保留本發明的線狀電極的覆蓋層的結構。本發明的線狀電極的覆蓋層的結構可由SEM圖像表示。通過點、線和面EDX分析，可確定本發明的線狀電極之組成。

如下請參照附圖以更詳細地解釋本發明。

第1圖中以橫截面示出的線狀電極1具有芯部2，其被覆蓋層圍繞。於本實施例中，芯部2完全或實質上由銅或具有較佳為20至40%的鋅含量的銅-鋅合金均勻地形成。覆蓋層由塊狀顆粒3 形成，塊狀顆粒3在空間上彼此分開或與芯部2的材料(例如通過裂縫(未示出))在空間上分開。

第2圖在垂直於縱軸的橫截面中示出了根據第1圖具有芯部和塊狀顆粒的線狀電極的外周緣切口的光學顯微照片。塊狀或塊狀顆粒(深灰色區域)的更精確形狀以及它們在其圓周的一部分或整個圓周上(在此橫截面中觀察)彼此分離或從核心的相鄰材料(淺灰色區域)可以識別出裂縫(黑色區域)。

第3圖在垂直於縱軸的橫截面中示出了根據圖1具有芯部2和塊狀顆粒3的線狀電極的外周緣切口。塊狀顆粒在其圓周的一部分上(在此橫截面中觀察)彼此或與芯部的相鄰材料(淺灰色區域)通過裂縫和凹痕或裂縫4分離為可識別的。此外，塊狀顆粒本身包含的裂縫4'為可識別的。

第4圖示出了根據本發明的線狀電極表面放大500倍的光學顯微鏡照片。覆蓋層的塊狀顆粒(深灰色區域)以及裂縫和凹痕或間隙(黑色區域)為可識別的。

第5圖示出了根據第4圖的線狀電極表面的光學顯微照片。為確認覆蓋程度，此圖繪製尺寸為400 x 50μm且為與線狀電極的中心軸5對稱的矩形參考框6。覆蓋程度可以藉助於例如圖像處理程序基於它們在參考框內的特定顏色計算由塊狀顆粒形成的表面，並將其與參考框的表面積之關係來確認。參考框內的單個塊狀顆粒的表面積同樣可以透過例如圖像處理程序計算。

第6圖同樣示出了根據第4圖的線狀電極的表面的光學顯微照片。四個或更多個塊狀顆粒的線形簇7如虛線所標記。線狀電極 的中心軸線5同樣以虛線標記，很明顯地，線形簇與線狀電極的縱軸形成之角度小於45°。

第7圖示出了根據現有技術之對比樣品V2的線狀電極的表面的光學顯微鏡照片，其放大率為500倍。

第8圖示出了根據現有技術之對比樣品V3的線狀電極的表面的光學顯微鏡照片，其放大率為500倍。

[實驗範例]

以下本發明之兩個實施例與現有技術之不同的線狀電極進行比較以解釋本發明線狀電極之優點。線材範例的製造按照以下所示的順序進行：

比較例V1：

原始線材：CuZn₄₀,d=1.20毫米

拉伸至d=0.25毫米並進行去應力退火

比較例V2：

原始線材：CuZn₃₇,d=1.20毫米

1.5μm鋅的電沉積

在罩式爐中以180℃，9小時之環境大氣下進行擴散退火

拉伸至d=0.25毫米並進行去應力退火

比較例V3：

原始線材：CuZn₄₀,d=1.20毫米

7μm鋅的電沉積

在罩式爐中以180℃，9小時之環境大氣下進行擴散退火

拉伸至d=0.25毫米並進行去應力退火

本案實施例E1：

原始線材：CuZn₃₇,d=1.20毫米

3μm鋅的電沉積

在罩式爐中以180℃，9小時之環境大氣下進行擴散退火

拉伸至d=0.25毫米並進行去應力退火

本案實施例E2：

原始線材：CuZn₄₀,d=1.20毫米

2μm鋅的電沉積

在罩式爐中以180℃，9小時之環境大氣下進行擴散退火

拉伸至d=0.25毫米並進行去應力退火

如下所示之表1顯示了在主切割中進行電火花沖蝕加工的情況以及在主切割和3次修整切割的加工情況下，每個線狀電極所獲得的相對切割性能。電火花沖蝕加工是在市售的線材沖蝕系統上進行，並以去離子水作為電介質。60毫米高的X155CrVMo12-1型硬化冷加工鋼工件被加工而成，且選擇邊長為10毫米的正方形作為切割輪廓。選擇一種在機器側使用CuZn₄₀成分的黃銅裸線技術作為加工技術。

比較例V1在主切割之切割性能以及在主切割和3個修整切割中的切割性能都設置為100%。

比較例V2具有由塊狀顆粒所組成的覆蓋層，這些塊狀顆粒的鋅含量為60-63質量%，且主要由γ黃銅組成，其覆蓋率約為35%。在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒的表面積都在25-250μm²的範圍內，總比例約為所有塊狀顆粒表面積的45%(見第7圖)。於此比較例中，超過三分之二的塊狀顆粒，在線材橫截面上沿徑向測量的厚度的最終直徑係低於0.8%的最終直徑。與比較例V1相比，比較例V2之切割性能分別提高了1%和4%。

比較例V3同樣具有由塊狀顆粒所組成的覆蓋層。這些塊狀顆粒的鋅含量為60-63質量%，且主要由γ黃銅組成，其覆蓋率約為60%。在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒的表面積都在25-250μm²的範圍內，總比例約為所有塊狀顆粒表面積的45%(見第8圖)。表面積超過250μm²且在線材橫截面上沿徑向測量的厚度超過最終直徑2%的塊狀顆粒越來越多，且塊狀顆粒的厚度變化量更大。與比較例V1相比，比較例V3之切割性能分別提高了5%和3%。

本案實施例E1具有由塊狀顆粒所組成的覆蓋層，塊狀顆粒至少在其圓周的一部分上透過裂縫和凹痕(間隙)彼此或與線芯材料在空間上分離，塊狀顆粒的鋅含量為60-63質量%，且主要由γ黃銅組成，其覆蓋率約為40%。在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒的表面積在25-250μm²的範圍內，總比例約為所有塊狀顆粒表面積的90%。在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒主要以四個或更多個顆粒的線形簇排列。在這些簇中，顆粒之間的間距小於15μm。超過50%的線狀簇與線狀電極的縱軸係形成之角度小於40°。在80%的塊狀顆粒的情況下，沿線截面徑向測量的厚度 約在3-4.5μm的範圍內，即線徑的1.2-1.8%。與比較例V1相比，本案實施例E1之切割性能分別提高了5%和11%。

本案實施例E2具有由塊狀顆粒所組成的覆蓋層，塊狀顆粒至少在其圓周的一部分上透過裂縫和凹痕(間隙)彼此或與線芯材料在空間上分離，塊狀顆粒的鋅含量為60-64質量%，且主要由γ黃銅組成，其覆蓋率約為45%。在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒的表面積在25-250μm²的範圍內，總比例約為所有塊狀顆粒表面積的85%。在垂直於線材表面的視圖中，塊狀顆粒主要以四個或更多個顆粒的線形簇排列。在這些簇中，顆粒之間的間距小於15μm。超過50%的線狀簇與線狀電極的縱軸係形成之角度小於40°。在80%的塊狀顆粒的情況下，沿線截面徑向測量的厚度約在3.5-4.5μm的範圍內，即線徑的1.2-1.8%。與比較例V1相比，本案實施例E2之切割性能分別提高了5%和12%。

為了評估精確加工的適用性，對比較例V1和V3以及本案之實施例E1和E2進行具有主切割和7個修整切割的電火花沖蝕加工。電火花沖蝕加工是在市售的線沖蝕系統上進行，並以去離子水作為電介質。50毫米高的X155CrVMo12-1型硬化冷加工鋼工件被加工而成，且選擇邊長為10毫米的正方形作為切割輪廓。機械加工技術選擇鍍鋅黃銅線的機器側技術作為加工技術。粗糙度輪廓的算術平均偏差Ra的目標值為0.13μm。被沖蝕的印章形部件之粗糙度測量係透過觸針儀器進行，測量方向垂直於線材運行方向，凹槽形成的評估係用肉眼定性進行。輪廓偏差的測量透過組件上2個軸和3個不同高度(頂部、中部、底部)的千分尺螺紋量規進行。結果如表2所示。

比較例V1的Ra值為0.19μm，組件的視覺評估顯示出強烈的凹槽形成，其通常是因為沒有含鋅塗層。比較例V3的Ra值為0.23μm，組件的視覺評估同樣顯示出強烈的凹槽形成，輪廓偏差為5μm，其可以透過與本案實施例E1和E2相比而言，具有更大厚度的塊狀顆粒以及塊狀顆粒具有更強烈變化的厚度來解釋。利用本案之實施例E1及E2，實現了Ra值為0.13μm的表面粗糙度，其僅略微偏離目標值，且凹槽的形成較小。兩種實施例之輪廓偏差均為3μm，因此與比較例V1之水準相同。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。

2:芯部

3:塊狀顆粒

4:裂縫(圍繞於塊狀顆粒之裂縫)

4':裂縫(塊狀顆粒內部之裂縫)

Claims (14)

1. 一種用於電火花沖蝕切割的線狀電極，包含：一芯部，其中該芯部包含金屬或金屬合金；以及一覆蓋層，其中該覆蓋層圍繞該芯部，該覆蓋層包含形態對應於多個塊狀顆粒的一區域，該區域在該區域之一圓周的至少一部分上通過一裂縫與彼此和/或一芯材料在空間上分開，在垂直或平行於一線縱軸的線材橫截面中，含有鋅成分為58.5-67質量%的銅鋅合金佔該些塊狀顆粒之該區域之表面積50%以上，其中，由該些塊狀顆粒形成的一表面佔該線狀電極的整個表面的比例為20%以上且小於50%，表面積在25-250μm²內之該些塊狀顆粒佔所有該些塊狀顆粒的表面積的50%以上。
2. 如請求項1之線狀電極，其中佔該些塊狀顆粒之該區域之表面積90%以上的部分為含有鋅成分為58.5-67質量%的銅鋅合金。
3. 如請求項1之線狀電極，其中由該些塊狀顆粒形成的該表面佔該線狀電極的該整個表面的比例為30%以上且小於45%。
4. 如請求項1-3中任一項之線狀電極，其中，該些塊狀顆粒表面積在25-200μm²範圍內，佔所有該些塊狀顆粒的表面積的50%以上。
5. 如請求項1-3中任一項之線狀電極，其中該些塊狀顆粒以四個或更多個塊狀顆粒之線形簇排列，於該線形簇中，該些塊狀顆粒之間的間距小於15μm。
6. 如請求項5之線狀電極，其中於該線形簇中，該些塊狀顆粒之間的間距小於10μm。
7. 如請求項5之線狀電極，其中該線形簇中之一部分與該線狀電極的該線縱軸形成之角度小於45°。
8. 如請求項5之線狀電極，其中該線形簇中之一部分與該線狀電極的該線縱軸形成之角度小於40°。
9. 如請求項1之線狀電極，其中在垂直或平行於該線縱軸的線橫截面中，超過三分之二的該些塊狀顆粒的厚度在徑向上測量為大於該線狀電極的總直徑的0.8%且小於該線狀電極的總直徑的2%。
10. 如請求項9之線狀電極，其中超過75%的該些塊狀顆粒的厚度在徑向上測量為大於該線狀電極的總直徑的0.8%且小於該線狀電極的總直徑的2%。
11. 如請求項1之線狀電極，其中該金屬為銅，該金屬合金為銅鋅合金。
12. 如請求項1之線狀電極，其中該芯部由銅或銅之比例為20-40質量%之銅鋅合金所組成。
13. 如請求項1之線狀電極，其中該芯部由CuZn₃₇或CuZn₄₀所組成。
14. 如請求項1之線狀電極，其中該些塊狀顆粒的該區域具有一內部裂縫。

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