CN103537768A - 慢走丝电火花放电加工用电极丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种慢走丝电火花放电加工用电极丝及其制备方法。该电极丝包括由黄铜合金或紫铜制成的芯部；包覆在芯部外层的过渡层；过渡层包括连续部和突出于连续部的β相铜锌合金构成的间断部；覆盖层，所述的覆盖层由β相铜锌合金构成的间断部、镶嵌在间断部上破碎的γ相铜锌合金以及空隙组成；在覆盖层表面形成的不可避免的氧化层；芯部同过渡层结合处及过渡层同覆盖层结合处的锌含量呈线性增加分布。其所具有的特殊组织结构能在切割时调整锌的气化能力，提升切割效率及切割精度，最大限度地节约成本及提高加工质量。

Description

慢走丝电火花放电加工用电极丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种慢走丝电火花放电加工（electro discharge machining）用电极丝及其制备方法。

背景技术

慢走丝电火花放电加工法是近年来迅速发展起来的一种精密机械加工方法。最早是由前苏联学者拉扎连科夫妇1943年研究发明的，之后，随着脉冲电源和控制系统的改进而迅速发展起来。电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM（ElectricalDischarge Machining）。

按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：电火花线切割加工；电火花成形加工；电火花磨削；电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。而电火花线切割加工根据走丝速度的不同，可分为：快走丝电火花加工、中走丝电火花加工、慢走丝电火花加工，本发明主要阐述的是最后一种电火花线切割加工。

慢走丝电火花加工的发展，离不开电极丝技术的同步发展，现在国际上所流行的慢走丝机床的设计理念是根据电极丝的工作特性来设计的，而电极丝技术的突破往往会带动线切割机设计的革新。从最初使用的无氧铜丝切割到现在的复合线进行切割，慢走丝切割的发展经历了从低效率、低质量到高效率、高质量、自动化、专业化生产的一个漫长的历程。我国的线切割技术发展是在逐步引进吸收国外先进技术的基础上发展起来的，从最早的快走丝、中走丝加工到现在已经逐渐在普遍使用的慢走丝加工，经历了一个从低到高的发展历程。如前所述，电极丝技术的发展决定了切割技术的发展方向，如何研究开发电极丝，这里首先要理解电火花加工的原理。

电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水，慢走丝线切割加工常用去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个个电腐蚀小凹坑。在第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电，如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的行走的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工形状。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。从物理学的角度分析，线切割加工的一般基本原理是：正常情况下，工件接脉冲电源的正极，电极丝接脉冲电源的负极，放电加工时，自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道，在这个阶段，自由正离子向电极丝方向移动，自由负离子向工件方向移动，这种移动导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，工件和电极丝表面均被电腐蚀出无数个不规则小坑，同时，由于电极丝和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高，然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把熔化的物质抛出被电腐蚀的不规则小坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走（慢走丝放电加工时，电解液一般为去离子水）。

随着材料加工技术及机械加工技术的不断进步，电极丝经历了从普通黄铜电极丝到镀层电极丝的使用转换，甚至现在正在研究的多层复合电极丝，这些镀层电极丝的研究无不依据放电加工的原理应运而生，不同成分的涂层，涂层表面人为的加入微状的裂纹，公开的技术表明这种微状裂纹的存在对切割是有利的。因为这种微状裂纹兼具吸水冷却和排屑的功能，从而可以提高切割速度。

对于机械加工而言，追求精度是当前面临的一个主要课题，对于生产管理来讲，考虑的是如何提高效率，而对于慢走丝放电加工法来讲，提高速度的同时可能会降低加工的精度，而提高加工精度的同时，必然会降低加工效率，因此，本发明所述的电极丝即是在不影响加工精度的同时，来最大限度的提高加工速度。

下面阐述一下国内外所使用电极丝的具体技术状况：

一、普通黄铜电极丝:这种电极丝是铜锌二元合金,因为受到黄铜中锌含量的限制,它的切割速度受到了制约,而随着黄铜中锌含量增多,其切割速度也会有小的提升,但它的提升速度是有限的。这种电极丝一般被现在的国内普通用户所使用，而掉铜粉、断线是这种电极丝使用过程中遇见的普遍现象。同时由于锌含量的限制，它的切割精度也同样受到影响。

二、镀锌电极丝：芯材为普通黄铜，外面镀一层锌，由于锌在切割过程中的气化作用，这种电极丝的放电会比较稳定，切割表面会比普通黄铜丝光滑。国际上比较成熟的制造国家主要分布在欧洲，目前国内也有个别厂家能够生产，但是这种电极丝在使用过程中常见的问题是掉粉问题，国内外生产厂家同样面临。另一方面，这种电极丝因为表面纯锌组成的，而纯锌的气化速度有比较快，表层的锌会在切割过程中迅速的消耗，因此这种电极丝的切割速度同样也受到限制。这种电极丝类似的专利文献有中国专利CN1139032A.

三、速度型镀层电极丝：芯材为普通黄铜，镀层为铜锌合金，厚度比普通镀锌电极丝的镀层要厚一些。这种镀层电极丝的速度比普通镀锌电极丝的切割速度要快一些，适合于高效率的加工，因为这种电极丝表层是铜锌合金，锌的含量不可能太高，因此切割精度也受到限制。

四、β型电极丝：研究发现，表面有均匀小坑洞（裂纹）的电极丝会改善电极丝的放电效果，应运而生，就产生了这种表面多孔结构的电极丝。扩散退火型电极丝芯材为无氧铜或者黄铜合金，并通过扩散退火在外层包一层铜锌合金，其中铜和锌的比例接近为1：1，由于芯材为无氧铜或者黄铜合金，表层是采用扩散退火形成的多孔结构，其电极丝材料表层的组织为β相，因此这种电极丝通常叫法为β型电极丝，众所周知，常温下，β相的锌含量小于50%。因为锌含量的限制，放电时，电火花放电的间隔会增大，因此微观上，电腐蚀的坑洞会较大，反应到宏观上，这种丝的切割光洁度不高。

五、γ型电极丝：研究发现，表层组织为γ相的电极丝，表面切割精度会较高，因为γ相的锌含量在60%左右，这种电极丝通常叫法为γ型电极丝，这种结构在电极丝锌含量比较多，电火花放电时间隔会比较小，微观上，电腐蚀的坑洞会较小，反应到宏观上，这种丝的切割光洁度会比较高。另一方面，因为γ相中锌含量比较高，而锌的电腐蚀速度会比较快，锌会在切割过程中迅速的消耗，因此这种电极丝的切割速度也受到限制，这种电极丝类似专利文献为美国专利US5945010。

六、复合相型电极丝：这种电极丝表面同时含有β相和γ相，因此又叫复合相型电极丝，这种电极丝结合β型电极丝和γ型电极丝电极丝的优点，使切割速度和切割精度同时得到提高，这种电极丝现在在国际上只有少数几个工业发达国家能够生产，因为要同时生产β相和γ相的混合物，因此其制造成本会比较高，现在这种电极丝因为使用成本的原因，几乎没有厂家使用,这种电极丝类似的专利文献有中国专利CN102756188A、CN101115580B、CN102239024A。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种制造成本低，切割时放电稳定、切割精度高的慢走丝电火花放电加工用电极丝。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种慢走丝电火花放电加工用电极丝，该电极丝包括由黄铜合金或紫铜(铜单质或称纯铜)制成的芯部；包覆在芯部外层的过渡层；过渡层包括连续部和突出于连续部的β相铜锌合金构成的间断部；覆盖层，所述的覆盖层由β相铜锌合金构成的间断部、镶嵌在间断部上破碎的γ相铜锌合金以及空隙（裂纹）组成；在覆盖层表面（包括β相铜锌合金构成的间断部、镶嵌在间断部上破碎的γ相铜锌合金以及空隙构成的表面）形成的不可避免的氧化层。

本发明上述覆盖层的γ相铜锌合金、β相铜锌合金和空隙（裂纹）依次交替排列构成完整的覆盖层。

本发明覆盖层中所述的空隙（裂纹）对过渡层连续部圆周方向(即连续部外圆周面上)的覆盖率为5-40%。

本发明覆盖层中所述γ相铜锌合金对过渡层连续部圆周方向(即连续部外圆周面上)的覆盖率为5-50%。

作为优选，本发明所述的过渡层的连续部和覆盖层以及不可避免的氧化层的径向最大总厚度（即自过渡层内表面至氧化层外表面径向最大厚度）小于电极丝直径的30%。

作为进一步优选，本发明所述的过渡层的连续部和覆盖层以及不可避免的氧化层的径向最大总厚度（即自过渡层内表面至氧化层外表面径向最大厚度）为电极丝直径（D0）的5-15%。

作为优选，本发明所述的镶嵌在间断部上破碎的γ相铜锌合金的径向厚度（径向最大厚度）小于电极丝直径的10%。

作为进一步优选，本发明镶嵌在间断部上的破碎的γ相铜锌合金的径向厚度（径向最大厚度）为电极丝直径（D0）的0.5-5%。

作为优选，本发明所述的氧化层的厚度小于电极丝直径的0.5%。

本发明所述构成芯部的黄铜合金成分组成为：铜58wt%-95wt%，锌5.0wt%-42.0wt%，以及不可避免杂质元素。

本发明所述的电极丝的直径为0.07-0.35mm。

本发明所述镶嵌在过渡层上的破碎的γ相铜锌合金的微粒大小为电极丝直径的0.1-5%的范围内。

本发明不可避免的氧化层的化学成分为氧化铜、氧化亚铜和氧化锌构成的氧化层。

本发明不可避免的氧化层的径向厚度小于电极丝直径（D0）的0.5%。

本发明所述的层与层之间的过渡区域锌含量呈线性增加；具体为所述的芯部同连续部过渡区的锌含量呈线性增加,连续部同间断部过渡区的锌含量呈线性增加。

本发明还提供一种上述电极丝的制备方法，制备步骤包括：

（1）提供由紫铜或黄铜合金制成的母芯；

（2）利用化学电镀法、喷涂法或热浸镀法（化学电镀法、喷涂法或热浸镀法均为行业常规方法）在所述母芯上覆盖纯锌层，以形成母坯料；

（3）退火：

（3.1）对步骤（2）所述的母坯料进行阶梯扩散退火；阶梯扩散退火温度和时间的选择首先是在低温段即60-250℃下使母芯和表层纯锌相互扩散形成初覆盖层，时间1-25小时；然后继续升温至高温段即250.1-750℃温度，并进行保温1-35小时，使母芯和覆盖层继续相互扩散形成初过渡层；该过程会不可避免的在初覆盖层外层形成初氧化层；

或

（3.2）以250-750℃的温度，对所述的步骤（2）的母坯料进行两段在线退火；两段在线退火方式的第一段温度选择首先是使在较低的温度下使母芯和表层纯锌相互扩散形成初覆盖层，温度为250℃-450℃；第二段是高温段，温度选择是使母芯和覆盖层继续相互扩散形成初过渡层，高温段的温度选择区间为451℃-750℃；该过程会不可避免的在初覆盖层外层形成初氧化层；

（4）对步骤（3）制得的母坯料进行大加工率的成品拉伸，以达到最终的产品直径,拉伸过程初过渡层拉伸成电极丝的过渡层，并使得初覆盖层拉裂破碎形成覆盖层，初氧化层拉伸成电极丝的氧化层，得到电极丝；

（5）对步骤（4）形成的电极丝进行消除应力退火。

本发明上述两种退火方法中母坯料退火后还要进行冷却，冷却介质的选择为pH值小于7大于1的酸性冷却介质（比如盐酸、硫酸等）；酸洗冷却介质的选择是使最终氧化层的厚度小于电极丝直径（D0）的0.5%。

本发明所述的最后工序的消除应力退火是同大加工率的拉伸同时进行的，消除应力退火是在恒定温度的退火液中进行的，这种液体对电极丝的表面也有钝化作用；消除应力退火温度在小于650℃，持续时间小于1小时内完成。

本发明上述步骤（3.1）的阶梯扩散退火是在空气中或者是在氧化性气氛中进行的；保温时间的选择是在工业生产允许的前提下，充分生成γ相和β相时的扩散时间长短来选择的。

所述的大加工率是指加工率大于70%而小于99%。所述的加工率是指加工前的初始断面积减去加工后的断面积与初始断面积之比。

本发明步骤（3.1）的阶梯扩散退火的低温退火阶段是为了相互扩散形成γ相，优选的低温为100℃-215℃。

本发明步骤（3.1）的阶梯扩散退火的高温退火阶段是使生成的初过渡层（γ相）和母芯相互扩散形成过渡层（β相），优选的高温为350℃-650℃。

本发明的步骤（3.2）的两段在线退火，第一段退火距离为1.0-3.5m，第二段退火距离为4.0-10.0m；两段在线退火的退火速度为5-550米/分钟。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明所述的电极丝是综合利用β型电极丝和γ型电极丝的优点，并且通过大的加工率使表层的γ相经过模具的挤压而充分破碎，并在电极丝的表面形成均匀的裂纹（坑洞），而过渡层的β相则会随着拉伸而被延长，这种结构的电极丝，可以在不影响加工精度的情况下，最大限度的提高加工速度，从而节约制造成本。

2.本发明通过设置阶梯退火、两段在线退火的高低温、保温时间的长短来生产γ相和β相。因为扩散退火时，在β相里面的α相是有韧性的，故β相组成的黄铜混合物也是有韧性的，因此在大加工率的拉伸时，β相占主要成分黄铜混合物组成的过渡层是不被拉裂的，是随着芯部同时延伸而变长的,这种结构的设计使产品在最终使用时不产生掉粉、掉皮等影响使用的状况。

3.本发明通过大的加工率使母坯上生成的β相充分延伸而不破碎，使覆盖在β相上的γ相充分破碎，破碎产生的微粒镶嵌入β相，而破碎的微粒之间产生坑洞（裂纹）；通过大的加工率使材料产生加工硬化，而材料加工硬化的程度可以通过铜含量的高低和加工率的大小来调整，另一方面这种大的加工率在实际生产应用中即采用多个模具在一台机器上同时完成，可以大大的减少人力、物力，节约制造成本。

4.本发明在氧化性或空气气氛中进行退火，退火时会产生不可避免的氧化层，氧化层的化学成分为氧化铜、氧化亚铜、氧化锌；而事实证明这种氧化混合物附着在电极丝的表面，对切割是有利的，有利的目的是这种氧化混合物有自润滑作用，而这种自润滑作用在切割时，使线经过慢走丝切割机的过轮时，保护过轮的表面使轮子不被划伤；同时这种氧化混合物还有助于提高切割时的放电稳定性，提高切割精度；再者这种混合的氧化物有助于保护产品在使用时不产生掉粉、掉皮。

5.本发明的冷却是：在pH值小于7大于1的酸性冷却介质中进行的，因为过厚的氧化混合物即氧化层会使电极丝表层的接触电流降低，在低电流切割密度下不容易切割，而酸性冷却介质可以中和掉一部分氧化层，优选的氧化层的厚度为小于切割线直径的0.1%，同时控制好冷却介质的温度，可以在电极丝表面形成钝化膜，而这种钝化膜有防止电极丝再继续氧化的功效。

6.本发明采用的消除应力退火可以稳定电极丝材料的性能，同时使电极丝的导电率提升，而本发明的消除应力退火是同大加工率的加工同时进行的，这种连拉连退工艺的冷却是在恒定温度的退火液中进行的，这种液体对电极丝的表面也有钝化作用。

7.本发明所述的电极丝是在对环境没用污染的工况下生产的，有利于可持续发展；为实现上述目的，根据本发明的其中一个方面，提供用于本发明电极丝的母坯，是有一个芯材料，三种覆盖层组成，如附图2。

8.本发明镶嵌入的β相里面的γ相同相邻的β相形成一种新的合金层，其中γ相和β相之间是有空隙的，同时破碎的γ相之间也有空隙，空隙可以进水从而加快冷却速度，同时还可以收集碎屑，因此，这种空隙对切割效率和表面质量的提升是有利的。

附图说明

图1为本发明电极丝的横截面示意图；

图2为退火后母坯料的横截面示意图；

图3为本发明的母坯料实物金相图片；

图4为本发明的电极丝1的实物截面金相图片；

图5为本发明的电极丝1的实物截面金相放大图片；

图6为本发明的电极丝1的实物外观放大图片；

图7为本发明的电极丝局部放大结构示意图（未标示氧化层5）；

图8为本发明母坯料锌含量结构示意图；

图9为本发明最终产品电极丝锌含量结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

本发明所述的“β相”是指锌含量在44wt%至50wt%的铜锌合金，众所周知，在常温下，“β'相”是有序的，在高温向低温冷却的过程中，会发生无序向有序的转换，但这种转换不是完全的，也即常温下，β'相里面也有β相，为了表达方便，本发明统一表述为β相铜锌合金。

本发明的所述的γ相为锌含量在60wt%左右的铜锌合金。公开的技术表明，60wt%左右的铜锌合金，里面也含有β相，为了表达方便，本发明统一表述为γ相铜锌合金。

本发明的所述的α相为锌含量小于38wt%的铜锌合金，α相是有塑形的且可以伸长的。

1.如附图1和附图7所示，本发明慢走丝电火花放电加工用电极丝包括由黄铜合金或紫铜制成的芯部2；包覆在芯部2外层的过渡层3；过渡层3包括连续部3.1和突出于连续部的β相铜锌合金构成的间断部3b；覆盖层4，所述的覆盖层4由β相铜锌合金构成的间断部3b、以及空隙3c（裂纹、坑洞）组成；在覆盖层4表面形成的不可避免的氧化层5。

图2所示：本发明所述母坯料的初过渡层7为β相占主要成分的铜锌合金，初过渡层7同母芯6的界面处的组成成分里也含有α相，初覆盖层8是γ相铜锌合金。

本发明所述的覆盖层4是由β相铜锌合金构成的间断部3b、镶嵌在间断部3b上破碎的γ相铜锌合金3a、嵌入的γ相、空隙3c（裂纹或者是坑洞）交替组成。

为了证明本发明的电极丝结构和电极丝的制造方法是有利的，通过下面的实施例来加以证明。

实施例1

1、制造本发明电极丝直径D0为0.25mm的电极丝A,该电极丝包括有含铜量为80wt%黄铜合金制成的芯部2，该芯部2覆盖有锌含量为47wt%的β相铜锌合金组成的过渡层3，过渡层3包括呈连续状的连续部3.1和和突出于连续部的β相铜锌合金构成的间断部3b，且有镶嵌在过渡层3的连续部3.1上的含锌量为60wt%的γ相铜锌合金及坑洞和露出的锌含量为47wt%的β相组成；

2、为此，采用喷涂法为直径是1.2mm的含铜量为80wt%黄铜丝（母芯6）电镀厚度为11μm的锌镀层；

3、将步骤2喷涂好后的丝在退火炉中进行阶梯扩散退火，低温段退火温度为160℃，保温时间3小时，形成初覆盖层8；高温段的退火温度为380℃，保温时间为3小时；使母芯6和覆盖层8继续相互扩散形成初过渡层7；该过程会不可避免的在初覆盖层7外层形成初氧化层9；

4、在炉中对步骤4所得的电极丝的线坯冷却到70℃后，然后取出放入pH值为5的冷却介质（如盐酸）中继续冷却；

5、在冷却介质中只需要放置10秒钟的时间，取出，用水漂洗干净；

6、采用连拉连退设备对步骤5阶梯退火后的线坯进行大加工率的拉伸和消除应力退火（工件在小于650℃的条件下，退火速度850-1500米/分钟，退火距离0.5-10米，然后于退火液（退火液也可称烧炖油，退火烧炖油是行业内的一个通用说法，市场上都能买到，如德国产的multidrawDG这种类型的；国产也有很多，如FX128等等）中进行后处理，退火液温度为25-100度），并进行卷取收线，拉伸所得成品的规格为0.25mm，试验测的此电极丝的抗拉强度为905N/mm²；

7、对电极丝A同市面上任一种普通黄铜电极丝进行切割对比；

8、试验使用的慢走丝切割机为三菱公司制造的FA10SADVANCE2009机器；

9、试验条件如下：试验切割的工件尺寸为40*6*6（0.5*3凹槽）；工件材质：SKD11；设备参数：NM；加工次数：一修四；加工模式：浸水式;将设备的张力参数调整为适合900N/mm²的电极丝；喷嘴压靠在工件上。记录两种类型的电极丝的切割效果如下表1所示：

表1实施1两种类型的电极丝的切割效果

电极丝类别	加工总时间	第一刀速度	第一刀时间	工件粗糙度
					普通黄铜丝	25分34秒	3.1-3.4mm/min	10分17秒	Ra=0.351
电极丝A	21分15秒	3.5-3.9mm/min	8分55秒	Ra=0.355

10、从表1可以看出，在工件表面粗糙度基本相同的情况下，以切割总时间计算，本实施例制备的电极丝的切割效率提升了20.28%。

实施例2

1、制造本发明电极丝直径D0为0.25mm的电极丝B,该电极丝包括有含铜量为63wt%黄铜合金制成的芯部2，该芯部覆盖有锌含量为47%的β相组成的过渡层3，且有镶嵌在过渡层3上的含锌量为60wt%的γ相及坑洞和露出的锌含量为47wt%的β相组成；

2、为此，采用热浸镀法为直径是1.1mm的含铜量为63wt%黄铜丝（母芯6）电镀厚度为10μm的锌镀层；

3、将镀后的母坯料拉伸至1.0mm；

4、将1.0mm的母坯料进行两段在线连续扩散退火，第一段段退火温度为420℃，退火距离为3米，使母芯6和表层纯锌相互扩散形成初覆盖层8；第二段退火温度为550℃，退火距离为5.2米，使母芯6和初覆盖层8继续相互扩散形成初过渡层7；上述两段在线退火的速度为145米/分钟；该过程会不可避免的在初覆盖层外层形成初氧化层9；

5、在线退火的冷却液pH值为5；

6、将卷取后的母坯料用水漂洗干净；

7、采用连拉连退设备对退火后的线坯进行大加工率的拉伸和消除应力退火，并进行卷取收线，拉伸所得成品的规格为0.25mm，试验测的此电极丝的抗拉强度为1010N/mm²；8、对电极丝B同γ型电极丝进行切割对比；

9、试验使用的慢走丝切割机为三菱公司制造的FA10SADVANCE2009机器；

10、试验条件如下：试验切割的工件尺寸为40*6*6（0.5*3凹槽）；工件材质：SKD11；设备参数：NM；加工次数：一修四；加工模式：浸水式;将设备的张力参数调整为适合900N/mm²的电极丝；喷嘴压靠在工件上。记录两种类型的电极丝的切割效果如下表2所示：

表2实施例2两种类型的电极丝的切割效果

电极丝类别	加工总时间	第一刀速度	第一刀时间	工件粗糙度
					γ型电极丝	23分12秒	3.4-3.7mm/min	9分37秒	Ra=0.375
电极丝B	21分28秒	3.5-3.9mm/min	9分07秒	Ra=0.367

11、从表2可以看出，在工件表面粗糙度基本相同的情况下，以切割总时间计算，切割效率提升了9.17%。

实施例3

1、制造本发明电极丝直径D0为0.25mm的电极丝C,该电极丝包括有含铜量为63wt%黄铜合金制成的芯部2，该芯部覆盖有锌含量为47wt%的β相组成的过渡层3，且有镶嵌在过渡层3上的含锌量为60wt%的γ相及坑洞和露出的锌含量为47wt%的β相组成；

2、为此，采用电镀法为直径是1.0mm的含铜量为63wt%黄铜丝电镀厚度为7μm的锌镀层；

3、将镀后的母坯料拉伸至0.95mm；

4、对0.95mm的线坯在炉中进行阶梯扩散退火，低温段退火温度为175℃，保温时间2小时，高温段的退火温度为420℃，保温时间为2.5小时；

5、在炉中对线坯冷却到70℃后，放入pH值为4.5的冷却介质中继续冷却；

6、在冷却介质中放置10秒钟的时间，取出，用水漂洗干净；

7、采用连拉连退设备对退火后的线坯进行大加工率的拉伸和消除应力退火，并进行卷取收线，拉伸所得成品的规格为0.25mm，试验测的此电极丝的抗拉强度为1035N/mm²；

8、对电极丝C同β型电极丝进行切割对比；

9、试验使用的慢走丝切割机为三菱公司制造的FA10SADVANCE2009机器；

10、试验条件如下：试验切割的工件尺寸为40*6*6（0.5*3凹槽）；工件材质：SKD11；设备参数：NM；加工次数：一修四；加工模式：浸水式;将设备的张力参数调整为适合900N/mm²的电极丝；喷嘴压靠在工件上。记录两种类型的电极丝的切割效果如下表3所示：

表3实施例3两种类型的电极丝的切割效果

电极丝类别	加工总时间	第一刀速度	第一刀时间	工件粗糙度
					β型电极丝	22分12秒	3.4-3.9mm/min	9分15秒	Ra=0.385
电极丝C	21分07秒	3.6-4.1mm/min	8分47秒	Ra=0.361

11、从表3可以看出，在工件表面粗糙度有提升的情况下，以切割总时间计算，切割效率提升了5.16%。

实施例4

1、制造本发明电极丝直径D0为0.25mm的电极丝D,该电极丝包括有含铜量为63wt%黄铜合金制成的芯部2，该芯部覆盖有锌含量为47wt%的β相组成的过渡层3，且有镶嵌在过渡层3上的含锌量为60wt%的γ相及坑洞和露出的锌含量为47wt%的β相组成；

2、为此，采用电镀法为直径是0.9mm的含铜量为63%黄铜丝电镀厚度为7μm的锌镀层；

3、对0.9的线坯在炉中进行阶梯扩散退火，低温段退火温度为175℃，保温时间2小时，高温段的退火温度为420℃，保温时间为2.5小时；

4、在炉中对线坯冷去到70℃后，放入pH值为5.5的冷却介质中继续冷却；

5、在冷却介质中放置10秒钟的时间，取出，用水漂洗干净；

6、采用连拉连退设备对退火后的线坯进行大加工率的拉伸和消除应力退火，并进行卷取收线，拉伸所得成品的规格为0.25mm，试验测的此电极丝的抗拉强度为920N/mm²；

7、对电极丝D同复合型电极丝进行切割对比；

8、试验使用的慢走丝切割机为三菱公司制造的FA10SADVANCE2009机器；

9、试验条件如下：试验切割的工件尺寸为40*6*6（0.5*3凹槽）；工件材质：SKD11；设备参数：NM；加工次数：一修四；加工模式：浸水式;将设备的张力参数调整为适合900N/mm²的电极丝；喷嘴压靠在工件上。记录两种类型的电极丝的切割效果如下表4所示：

表4实施例4两种类型的电极丝的切割效果

电极丝类别	加工总时间	第一刀速度	第一刀时间	工件粗糙度
					复合型电极丝	21分45秒	3.4-3.9mm/min	9分01秒	Ra=0.379
电极丝D	21分28秒	3.6-4.0mm/min	8分47秒	Ra=0.381

10、从表4可以看出，在工件表面粗糙度有提升的情况下，以切割总时间计算，电极丝D的切割效率略有提升，但是电极丝A的制造工艺更为简单，成本相对有优势。

Claims (10)

1.一种慢走丝电火花放电加工用电极丝(1)，其特征在于：包括由黄铜合金或紫铜制成的芯部（2）；包覆在芯部（2）外层的过渡层（3）；过渡层（3）包括连续部（3.1）和突出于连续部的β相铜锌合金构成的间断部（3b）；覆盖层（4），所述的覆盖层（4）由β相铜锌合金构成的间断部（3b）、镶嵌在间断部（3b）上破碎的γ相铜锌合金（3a）以及空隙（3c）组成；在覆盖层（4）表面形成的不可避免的氧化层（5）。

2.根据权利要求1所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝，其特征在于：覆盖层（4）中所述的空隙（3c）对过渡层（3）的连续部（3.1）圆周方向的覆盖率为5-40%；覆盖层（4）中破碎的γ相铜锌合金（3a）对过渡层（3）的连续部（3.1）圆周方向的覆盖率为5-50%；

所述的过渡层（3）的连续部（3.1）和覆盖层（4）以及不可避免的氧化层（5）的径向最大总厚度小于电极丝直径的30%；

所述的镶嵌在间断部（3b）上破碎的γ相铜锌合金（3a）的径向厚度小于电极丝直径的10%；

所述的芯部（2）同连续部（3.1）过渡区的锌含量呈线性增加,连续部（3.1）同间断部（3b）过渡区的锌含量呈线性增加；

所述的氧化层（5）的厚度小于电极丝直径的0.5%。

3.根据权利要求2所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝，其特征在于：所述的过渡层的连续部（3.1）和覆盖层（4）以及不可避免的氧化层（5）的径向最大总厚度为电极丝直径的5-15%。

4.根据权利要求2所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝，其特征在于：所述的镶嵌在间断部（3b）上破碎的γ相铜锌合金（3a）的径向厚度为电极丝直径的0.5-5%。

5.根据权利要求1所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝，其特征在于：所述构成芯部的黄铜合金成分组成为：铜58wt%-95wt%，锌5.0wt%-42.0wt%，以及不可避免杂质元素。

6.根据权利要求1所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝，其特征在于：所述的电极丝的直径为0.07-0.35mm。

7.根据权利要求1所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝，其特征在于：所述的不可避免的氧化层的化学成分为氧化铜、氧化亚铜和氧化锌构成的氧化层。

8.一种慢走丝电火花放电加工用电极丝的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：

（1）提供由紫铜或黄铜合金制成的母芯（6）；

（2）利用化学电镀法、喷涂法或热浸镀法在所述母芯（6）上覆盖纯锌层，以形成母坯料；

（3）退火：

（3.1）对步骤（2）所述的母坯料进行阶梯扩散退火；阶梯扩散退火温度和时间的选择首先是在低温段即60-250℃下使母芯和表层纯锌相互扩散形成初覆盖层（8），时间1-25小时；然后继续升温至高温段即250.1-750℃温度，并进行保温1-35小时，使母芯（6）和覆盖层（8）继续相互扩散形成初过渡层（7）；该过程会不可避免的在初覆盖层外层形成初氧化层（9）；

或

（3.2）以250-750℃的温度，对所述的步骤（2）的母坯料进行两段在线退火；两段在线退火方式的第一段温度选择首先是使在较低的温度下使母芯（6）和表层纯锌相互扩散形成初覆盖层（8），温度为250℃-450℃；第二段是高温段，温度选择是使母芯（6）和初覆盖层（8）继续相互扩散形成初过渡层（7），高温段的温度选择区间为451℃-750℃；该过程会不可避免的在初覆盖层外层形成初氧化层（9）；

（4）对步骤（3）制得的母坯料进行大加工率的成品拉伸，以达到最终的产品直径,拉伸过程初过渡层拉伸成电极丝的过渡层（3），并使得初覆盖层拉裂破碎形成覆盖层（4），初氧化层（9）拉伸成电极丝的氧化层（5），得到电极丝；

（5）对步骤（4）形成的电极丝进行消除应力退火。

9.根据权利要求8所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝的制备方法，其特征在于：所述的大加工率是指加工率大于70%而小于99%；所述的加工率是指加工前的初始断面积减去加工后的断面积与初始断面积之比。

10.根据权利要求8所述的慢走丝电火花放电加工用电极丝的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3.1）的阶梯扩散退火的低温退火阶段温度为100-175℃；高温退火阶段温度为350-650℃；所述的步骤（3.2）的两段在线退火，第一段退火距离为1.0-3.5m，第二段退火距离为4.0-10.0m，两段在线退火的退火速度为5-550米/分钟。

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