CN102554243A - 一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维及其制造方法，本发明以直径为35-60mm的铜合金圆棒为原材料，在车床上利用多齿切削刀具切削连续型微细金属纤维。本发明工艺简单，切削效率高，对设备条件要求低，制造出来的铜金属纤维当量直径为50-100μm，沿纤维长度方向排布有规则的鳞翅状结构，纤维具有丰富的粗糙表面形貌，能够显著提高金属纤维的比表面积。该特性不但有利于提高金属纤维的烧结性能，而且能够强化其作为多孔金属原材料在诸多应用领域的功能特性。

Description

一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属纤维的制造方法，特别是一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维及其制造方法。

背景技术

金属纤维是上世纪七十年代后期出现于国外工业发达国家的一种高附加值新型工程材料，现已发展为金属材料科学中的一个重要分支。金属纤维不仅继承了金属材料本身固有的诸多优良性能，而且具有更好的可纺性和可烧结性，在化工、机械、 冶金、航空航天、军工等多个领域都有着广泛用途。近年来, 随着金属纤维应用领域的不断扩大, 对金属纤维的性能要求也越来越高。例如，利用金属纤维制造的烧结毡是一种新型的多孔金属材料，具有三维网状结构，孔隙率可达70-99%。然而，常用的拉拔纤维制造法生产成本高，工艺复杂，制造的铜纤维由于表面光滑，在用于制造复合材料时与基体的结合强度较低，而且由于烧结纤维毡时难以形成烧结颈，因此对烧结条件（烧结温度、烧结压力、烧结时间）的要求通常高于采用切削法制造的铜纤维。传统的金属纤维切削法一般基于单刃切削工艺，效率低下，容易断屑，难以满足对金属纤维大批量生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷与不足，提供一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维及其制造方法，本发明提出了一种制造工艺简单、比表面积大、烧结性能良好且具有鳞翅状结构及丰富表面形貌的铜金属纤维及其制造方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维的制造方法，包括如下步骤：

（1）对铜圆棒工件表面进行清洗、除油处理后，采用外圆车削法去除铜圆棒表面的氧化层；

（2）将步骤（1）中处理后的铜圆棒工件的一端固定在卧式车床上，利用锥型钻头在工件的另一端面圆心处切削出锥孔，并采用锥型顶针压紧锥孔，使工件在工作时能够平稳旋转；

（3）利用安装在车床刀架上的多齿切削刀具切削步骤（2）中的工件得到具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维。

所述的铜圆棒工件的材料为高弹性高硬度铜合金，圆棒直径为35-60mm。

所述步骤（3）中所述的多齿切削刀具为大刃倾角的多齿切削刀具，其主切削刃由若干个平行细齿构成，每个细齿截面呈等腰三角形，同一个细齿的两侧切削刃同时参与切削，在剥离切削层的同时起到良好的分屑作用，所述多齿刀具的名义前角γ ₀为25-30°，名义后角α ₀为5-8°，主切削刃与工件轴线之间的夹角θ为45-55°，齿距w为0.3-0.5mm，齿高d为0.2-0.3mm。

所述步骤（3）的切削过程中：工件即机床主轴的转速v为50-180r/min，刀具为自动进给，进给量f为0.1-0.19mm/r，刀具的背吃刀量a _p为0.1-0.2mm，切削条件为干切削。

所述应用如上方法制造的铜金属纤维，切削出的连续型铜金属纤维当量直径为50-100μm，可收集性好，沿纤维长度方向排布鳞翅状结构，所述鳞翅为非规则的近似三角形，排列规整，间距均匀，鳞翅高度为100-200μm，间距为50-100μm，纤维具有丰富的粗糙表面形貌，比普通铜纤维具有更大的比表面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）制造工艺：采用多齿切削法切削铜金属纤维，将铜金属纤维切削工艺从单刃发展为多齿。多齿刀具的每个细齿两侧的切削刃均参与切削过程，切削层被剥离的同时可将切屑分成多根纤维，起到良好的分屑作用，可同时获得多根连续型微细金属纤维，具有明显的“一刀多纤”效果。本发明工艺简单，对切削设备要求低，制造过程高效，不仅有效克服了传统切削法生产效率低的问题，而且解决了切削法不能制造连续型金属纤维的难题，在减少金属纤维生产成本的同时，还大大缩短了生产时间；

（2）表面形貌：与拉拔法和熔抽法制造的金属纤维相比，多齿切削法制造的铜金属纤维具有规则的鳞翅状结构特征，而且纤维表面具有丰富的多/微尺度形貌特征；

（3）烧结性能：由于采用多齿刀具制造的铜纤维具有十分丰富的表面结构及形貌，使铜纤维在烧结时更易形成烧结颈，纤维之间的结合强度增强，且所需的烧结温度也大为降低，有效提高了铜金属纤维的烧结性能；

（4）功能应用：由于采用多齿刀具制造的铜纤维具有丰富的表面形貌，且具有规则的鳞翅状特征，极大地提高了纤维的比表面积。由其制得的铜纤维烧结毡在作为催化剂载体时，能够有效增大催化剂与反应物的接触面积，从而提高反应速率。另外，铜纤维表面突出的鳞翅状结构有利于流体分布时产生湍流效应，热交换时增大有效传热面积，因而具有更加明显的强化传质及传热特性。

附图说明

图1为本发明切削过程的原理示意图；

图2为本发明所用多齿刀具的几何结构示意图；

图3为本发明的具有规则鳞翅状铜金属纤维的SEM示意图。

图中示出：

1—工件，2—多齿刀具，3—金属纤维。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例                                                                                                   

如图1所示为本发明切削过程的原理示意图，选择高铍铜圆棒作为原材料，先对工件1表面进行清洗除油，采用外圆车削法去除工件1表面的氧化层，然后把工件1的一端固定在CA6140车床的三爪卡盘上，利用直径为10mm的锥形钻头在工件1的另一端面的圆心处切削出一个深约8mm的锥孔。用锥型顶针替换锥形钻头，压紧锥孔，使工件1能够平稳旋转，以减少震动带来的影响；

如图2为多齿刀具2的几何结构示意图，该多齿刀具为大刃倾角多齿刀具，把多齿刀具2安装在车床刀架上,多齿刀具2的几何参数如下：名义前角γ ₀为30°，名义后角α ₀为8°，齿距w为0.3mm，齿高d为0.2mm，刃倾角θ为45°。设置切削工艺参数如下：工件1即机床主轴的转速v为105r/min，刀具2的背吃刀量a _p为0.15mm，进给量f为0.19mm/r，为防止金属纤维3随工件1的旋转发生缠绕，在切削过程中需对金属纤维3进行缓慢的牵引收集。

如图3为利用上述方法制造出来的高铍铜金属纤维的扫描电镜显微图，由图可见，纤维沿长度方向排布有规则的鳞翅状结构，鳞翅形状为非规则的近似三角形，鳞翅高度约为150μm，纤维表面凹凸不平，切削面形貌呈明显的挤裂状特征。

Claims (5)

1.一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）对铜圆棒工件表面进行清洗、除油处理后，采用外圆车削法去除铜圆棒表面的氧化层；

（2）将步骤（1）中处理后的铜圆棒工件的一端固定在卧式车床上，利用锥型钻头在工件的另一端面圆心处切削出锥孔，并采用锥型顶针压紧锥孔；

（3）利用安装在车床刀架上的多齿切削刀具切削步骤（2）中的工件得到具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维。

2.根据权利要求1所述的一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维的制造方法，其特征在于：所述的铜圆棒工件的材料为铜合金，圆棒直径为35-60mm。

3.根据权利要求1所述的一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中使用的多齿切削刀具为大刃倾角多齿切削刀具，其主切削刃由若干个平行细齿构成，每个细齿截面呈等腰三角形，同一个细齿的两侧切削刃同时参与切削，所述多齿刀具的名义前角γ ₀为25-30°，名义后角α ₀为5-8°，主切削刃与工件轴线之间的夹角θ为45-55°，齿距w为0.3-0.5mm，齿高d为0.2-0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维的制造方法，其特征在于：步骤（3）中工件即机床主轴的转速v为50-180r/min，刀具为自动进给，进给量f为0.1-0.19mm/r，刀具的背吃刀量a _p为0.1-0.2mm，切削条件为干切削。

5.应用权利要求1-4任一项所述方法制造的一种具有规则鳞翅状结构的铜金属纤维，其特征在于：所述该铜金属纤维当量直径为50-100μm，沿纤维长度方向排布鳞翅状结构，所述鳞翅为非规则的三角形，鳞翅高度为100-200μm，间距为50-100μm。

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