CN104722590A - 金属丝材的电化学拉拔工艺及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属丝材的电化学拉拔装置，所述电化学拉拔装置采用在传统拉拔装置的基础上加入一台直流电源1和盛有电解液2的电解槽3；直流电源正极通过接电柱4连接到金属丝材5，直流电源负极通过阴极不锈钢片6与电解液2连通；同时在电解槽3两端分别设有绝缘块7，将拉丝模8和电解槽3绝缘隔开、金属丝材5和电解槽3绝缘隔开。与传统拉拔相比，本发明可以降低丝材表面硬度、提高表面质量有效的减少材料表面各种划痕和裂纹的产生，减少丝材中间退火次数、提高丝材制备效率。在不同工艺条件下，可使铝合金材料的表层硬度降低10%-20%，拉拔力下降8%-18%；可以使铜合金的拉拔力减小10%-27%。

Description

金属丝材的电化学拉拔工艺及其装置
技术领域
本发明属于金属拉拔技术领域，具体涉及增加丝材表面塑性的电化学拉拔工艺。
背景技术
拉拔是在外加拉力作用下，迫使金属通过模孔，以获得相应形状与尺寸丝材制品的常用塑性加工方法。拉拔一般在常温状态下进行，对一些塑性较好的金属丝材在经过多次拉拔后由于加工硬化，导致塑性下降，需要进行退火后才能继续下一道次拉拔。而退火带来的是生产成本的提高，生产效率的降低等问题。对一些在常温下强度高，塑性差的金属丝材，由于拉拔时受力状态为两向受压一向受拉的特点，在拉拔中容易产生裂纹导致断丝。而随着这些强度高，塑性差的金属丝材在各领域的广泛应用，显然传统的拉拔方法已经无法满足现状。为了解决上述难题，目前国内外学者都集中关注的是电塑性拉拔的方法。
中国专利201110398322.2和另一件中国专利200410096696.9分别公开“一种MgB2线材的电塑性拉拔装置及拉拔方法”和“一种高碳钢丝的电塑性拉拔强化工艺”。这两件专利的特征在于：在传统拉拔设备上增加了一直流脉冲电源，在拉拔丝材过程中施加370A/mm2～3000A/mm2高密度的直流电脉冲。该方法与常规的无电拉拔方法相比，可以有效的提高丝材塑性变形能力，减小拉拔过程中拉拔力和提高拉拔后丝材的表面质量。
虽然电塑性拉拔具有降低拉拔力、减少退火次数、提高表面丝材质量的作用，且已经在丝材、棒材成型等领域得到了一定研究应用，但是电塑性拉拔对材料塑性的提高所需要的电流密度极高，其加工工艺仍然属于高耗能技术，并且在大电流密度下加工丝材其设备成本高、生产安全性低。可见，开发出电化学拉拔新型加工工艺具有重要的应用前景和价值。目前采用电化学拉拔制备丝材的装置及方法未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种低成本、高生产效率、增塑性效果明显的一种金属丝材的电化学拉拔工艺；
本发明的另一目的是提供上述工艺所用的装置。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种金属丝材的电化学拉拔装置，所述电化学拉拔装置采用在传统拉拔装置的基础上加入一台直流电源1和盛有电解液2的电解槽3；直流电源正极通过接电柱4连接到金属丝材5，直流电源负极通过阴极不锈钢片6与电解液2连通；同时在电解槽3两端分别设有绝缘块7，将拉丝模8和电解槽3绝缘隔开、金属丝材5和电解槽3绝缘隔开。
进一步的，所述电解槽3内壁涂上一层绝缘的环氧树脂将电解液2和电解槽3绝缘隔开。
一种金属丝材的电化学拉拔工艺，采用上述的装置，具体包括如下步骤：
1）根据丝材在不同电解液中的电化学性质确定电解液配方；
    2）根据所选电解液确定拉拔时阳极溶解电流密度范围和拉拔速度；
    3）先启动直流电源，再启动拉丝机；
4）根据产品最终性能要求，调整拉拔道次和拉拔参数。
铝合金丝材电化学拉拔的具体优选方案为：
铝合金丝材电化学拉拔，具体工艺参数如下：
电解液配方：10-80g/L NaOH、25-80g/L非离子型乳化油、余量为蒸馏水；
电流密度：  10 mA/cm2～100 mA/cm2；
拉拔速度：  0.10 m/s～0.50 m/s。
铜合金丝材电化学拉拔的具体优选方案为：
铜合金的电化学拉拔的具体工艺参数如下：
电解液配方：10-100g/L H2SO4、25-80g/L非离子型乳化油、余量为蒸馏水；
电流密度：  15 mA/cm2～50mA/cm2；
拉拔速度：  0.10m/s～0.50m/s。
与已有的金属丝材拉拔技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：
（1）与传统拉拔相比，本发明可以降低丝材表面硬度、提高表面质量有效的减少材料表面各种划痕和裂纹的产生，减少丝材中间退火次数、提高丝材制备效率。在不同工艺条件下，可使铝合金材料的表层硬度降低10%-20%，拉拔力下降8%-18%；可以使铜合金的拉拔力减小10%-27%。
    （2）与电塑性拉拔相比，本发明所需要的电流密度极小，因此其设备成本低，生产安全性高。
附图说明
图1为本发明所采用电化学拉拔装置的结构示意图，
其中，1—直流电源；2—电解液；3—电解槽；4—接电柱；5—金属丝材；6—阴极不锈钢片；7—绝缘块；8—拉丝模；9—拉丝机；10—送丝机。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
    实施例1：
一种金属丝材的电化学拉拔装置，如图1所述，在传统拉拔装置（由拉丝机9、10构成）的基础上加入一台直流电源1和盛有电解液2的电解槽3；直流电源正极通过接电柱4连接到金属丝材5，直流电源负极通过阴极不锈钢片6与电解液2连通；同时在电解槽3两端分别设有绝缘块7，将拉丝模8和电解槽3绝缘隔开、金属丝材5和电解槽3绝缘隔开；所述电解槽3内壁涂上一层绝缘的环氧树脂将电解液2和电解槽3绝缘隔开。
    实施例2：
     本实施例是4043铝合金的电化学拉拔过程，铝丝由Φ9.5经过7道次拉拔至Φ5。例中电解液配方为20g/L NaOH、25g/L美孚宝素67乳化油、余量为蒸馏；拉拔过程引入电流密度为40mA/cm2，拉拔速度采用0.10 m/s。
与传统拉拔相比，4043铝合金的电化学拉拔累积变形量增大，拉拔力减小。4043铝合金传统拉拔至Φ5.8需要经过退火后方可拉拔，而4043铝合金电化学则无需退火可以顺利拉拔至Φ5。拉拔过程中的拉拔力下降了8%-18%，拉拔后丝材的表面硬度下降20%。与电塑性拉拔相比，引入电流密度极小。
实施例3：
    本实施例是2024铝合金的电化学拉拔过程，铝丝由Φ9.5经过7道次拉拔至Φ5。例中电解液配方为40g/L NaOH、30g/L美孚宝素67乳化油、余量为蒸馏；拉拔过程引入电流密度为50mA/cm2，拉拔速度采用0.17m/s。
与传统拉拔相比，2024铝合金的电化学拉拔减少了退火次数，拉拔过程中的拉拔力下降了26%左右，拉拔后丝材的表面硬度下降21%。与电塑性拉拔相比，引入电流密度极小。
实施例4：
    本实施例是CuZn30铜合金的电化学拉拔过程，铜丝由Φ2mm经过2道次拉拔Φ1.5mm。例中电解液配方为70g/L H2SO4、25g/L司盘60乳化油、余量为蒸馏水；拉拔过程引入电流密度为20mA/cm2，拉拔速度采用0.1 m/s。
与传统拉拔相比，CuZn30铜合金的电化学拉拔，减缓丝材表面加工硬化，降低了拉丝过程中的拉拔力，单道次的拉拔力降低了10%-27%。与电塑性拉拔相比，引入电流密度极小。
实施例5：
    本实施例是ECuSi铜合金的电化学拉拔过程，铜丝由Φ2mm经过3道次拉拔Φ1.5mm。例中电解液配方为30g/L H2SO4、35g/L司盘60乳化油、余量为蒸馏水；拉拔过程引入电流密度为15mA/cm2，拉拔速度采用0.2 m/s。
与传统拉拔相比，ECuSi铜合金的电化学拉拔，单道次的拉拔力降低了12%-18%，表面质量明显优于传统拉拔的表面质量，能有效的减少材料表面各种划痕和裂纹的产生。与电塑性拉拔相比，引入电流密度极小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属丝材的电化学拉拔装置，其特征在于：所述电化学拉拔装置采用在传统拉拔装置的基础上加入一台直流电源（1）和盛有电解液（2）的电解槽（3）；直流电源正极通过接电柱（4）连接到金属丝材（5），直流电源负极通过阴极不锈钢片（6）与电解液（2）连通；同时在电解槽（3）两端分别设有绝缘块（7），将拉丝模（8）和电解槽（3）绝缘隔开、金属丝材（5）和电解槽（3）绝缘隔开。
2.根据权利要求1所述的金属丝材的电化学拉拔装置，其特征在于：所述电解槽（3）内壁涂上一层绝缘的环氧树脂将电解液（2）和电解槽（3）绝缘隔开。
3.一种金属丝材的电化学拉拔工艺，其特征在于：采用权利要求1或2所述的装置，具体包括如下步骤：
1）根据丝材在不同电解液中的电化学性质确定电解液配方；
    2）根据所选电解液确定拉拔时阳极溶解电流密度范围和拉拔速度；
    3）先启动直流电源，再启动拉丝机；
4）根据产品最终性能要求，调整拉拔道次和拉拔参数。
4.根据权利要求3所述的金属丝材的电化学拉拔工艺，其特征在于：铝合金丝材电化学拉拔，具体工艺参数如下：
      电解液配方：10-80g/L NaOH、25-80g/L非离子型乳化油、余量为蒸馏水；
      电流密度：  10 mA/cm2～100 mA/cm2；
      拉拔速度：  0.10 m/s～0.50 m/s。
5.根据权利要求3所述的金属丝材的电化学拉拔工艺，其特征在于：铜合金的电化学拉拔的具体工艺参数如下：
    电解液配方：10-100g/L H2SO4、25-80g/L非离子型乳化油、余量为蒸馏水；
    电流密度：  15 mA/cm2～50mA/cm2；
    拉拔速度：  0.10m/s～0.50m/s。
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