CN111843078B - 一种电火花线切割加工用电极丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电火花线切割加工用电极丝及其制备方法，包括黄铜线芯和包覆线芯的包覆层，包覆层的内部存在三维枝状裂纹，部分所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成非连续的“V”或/和“人”字形裂口，所述裂口的尖端指向电极丝加工过程中的拉伸方向。本发明还提供了上述电火花线切割加工用电极丝的制备方法。本发明通过在电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，能够减少慢走丝电火花加工过程中的导电块放电磨损。

Description

一种电火花线切割加工用电极丝及其制备方法

【技术领域】

本发明属于机械加工领域，尤其涉及一种电火花线切割加工用电极丝及其制备方法。

【背景技术】

慢走丝电火花线切割机，都采用导电块方式进电，而电极丝通常作为放电正极，直接与硬质合金材料制成的导电块滑动接触传输功率脉冲大峰值电流，因此，导电块不可避免地会被磨损。

从理论上，电极丝和导电块两者接触面是接近于线状，并且存在相对滑动摩擦速度，即为机床的走丝速度。通常慢走丝电火花线切割分为粗割和精修，在粗割时由于走丝速度高，传输功率脉冲电流大，同时电火花放电能量较大，因此电极丝对导电块磨损相对较大。由于慢走丝线切割机在粗切割(第一次加工)时，其滑动磨擦速度约高达10～15m/min。这样不但造成导电块的机械磨损大，带有纵波、横波振动高速运动的电极丝还会造成两接触付(电极丝与导电块)之间的非有效接触，从而容易诱发导电块与电极丝之间产生与放电间隙串联的电蚀火花放电。一旦电极丝与导电块之间发生电蚀火花放电，这种在有氧环境中的脉冲放电，会造成导电块的烧伤，从而加速导电块的机械磨损。并且这种导电块与电极丝间的电蚀火花放电，往往容易越演越烈，最后造成停机断线和导电块严重烧蚀报废。

随着慢走丝电火花放电加工行业的发展，切割速度向着越来越快的方向发展，特别是在加工厚大型工件模具材料的粗切割高速加工时，所以导电块在使用一段时间以后，就非常容易产生过度磨损而导致报废，而且切割出来的工件精度也比较差。因此，如何在切割速度快的前提下、防止导电块磨损过快，是本领域亟待解决的技术问题。

【发明内容】

本发明提供一种电火花线切割加工用电极丝，能够减少了导电块放电磨损。

本发明还提供了上述电火花线切割加工用电极丝的制备方法，能够在电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，进而减少慢走丝电火花加工过程中的导电块放电磨损。

本发明的技术解决方案如下：

一种电火花线切割加工用电极丝，包括黄铜线芯和包覆黄铜线芯的包覆层，其特征在于，所述包覆层的内部存在三维枝状裂纹，部分所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成非连续的“V”或/和“人”字形裂口。

所述“V”或/和“人”字形裂口的尖端指向电极丝加工过程中的拉伸方向。“V”或/和“人”字形裂口的尖端指向电极丝加工过程中的拉伸方向，形成指向一致的排布，均匀性更好。不会出现局部磨损快、有些却局部磨损慢的问题，也不容易断裂。

该电极丝通过三维枝状裂纹和表面形成的非连续的“V”或/和“人”字形裂口，完全改变了电极丝与导电块接触时周围空间电荷的分布、积累和储存。当脉冲电压施加于电极丝与工件之间时，电极丝与导电块瞬间也会形成一个电场，此时电场强度与电压成正比、与距离成反比。随着极间电压的升高和极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大，正是由于该电极丝微观表面呈非连续的“V”或/和“人”字形裂口是凸凹不平的，特别是在“V”或/和“人”字形裂口尖端附近聚集起更多的空间电荷，与导电块极间距离又很小，因而极间电场强度是很不均匀的，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。当电场强度增大到一定数量时，“V”或/和“人”字形裂口尖端附近聚集电子瞬间碰撞电离，并被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极丝表面则聚集起正离子。电场将持续加强，正离子刚好被吸进该电极丝内部具有这种三维枝状裂纹空间的包覆层，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间并迅速消散。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流，从而不断形成电晕放电。由于该电极丝包覆层结构不断诱发产生这种电晕放电，以及通过电晕放电消耗了聚集的大量电子和正负离子，使得电极丝与导电块之间电压难以继续升高，从而导致两极间介质无法被进一步击穿，大大减少了导电块与电极丝之间产生的火花放电。

电晕放电时，尖端附近的场强很强，尖端附近气体被电离，电荷可以离开导体；而远离尖端处场强急剧减弱，电离不完全，因而只能建立起微小的电流。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度，且更稳定，从而显著减少了导电块放电磨损，延长导电块的寿命。

进一步的，上述包覆层为厚度5～50μm、含锌量为39～60wt％的铜锌合金。

进一步的，至少10％的所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成“V”或/和“人”字形裂口。

如图3所示，裂纹3表示该裂纹延伸至电极丝表面；裂纹3’表示该裂纹未延伸至电极丝表面。

上述数值按如下公式计算：

其中，C指延伸至电极丝表面的枝状裂纹占比；A指电极丝任一横截面所有裂纹的总面积；B指该横截面未延伸至电极丝表面的裂纹面积之和。

具体测试和计算过程如下：首先将电极丝的金相显示出来，采用金相显微镜观察金属的金相组织，并根据有色金属行业标准《铜及铜合金铸造和加工制品显微组织检验方法》(YS/T449-2002)，对电极丝进行化学腐蚀。由于裂纹3或3’处不存在任何的金属α、β或γ相组织，通过金相显微镜观察，可分别计算裂纹3或3’面积及其总面积。

大于等于10％的所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成“V”或/和“人”字形裂口，减少与导电块的接触面，并在加工范围内优化了与导电块的接触角度，从而减少了电极丝对导电块的机械磨损，同时有利于走丝稳定性，减缓放电的抖动。更重要的是大于等于10％的所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成“V”或/和“人”字形裂口有助于使得电极丝导体表面聚集和堆积足够的电荷，该部位的电荷密度就越大。当电荷密度达到一定的量值后，电荷产生的电场会相当大，迅速把周围空气击穿电离，有利于进一步形成电晕放电。进而，大于等于10％的所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成“V”或/和“人”字形裂口，电极表面的间隙空间越多，导致周围气压越低气体分子间距越大，电子或离子的平均自由程越大，加速时间越长，动能越大，更容易发生碰撞电离。

进一步的，上述“V”或/和“人”字形裂口的深度为2～20μm。

一种电火花线切割加工用电极丝的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

1)制备直径为0.5mm～2.0mm普通黄铜线芯；

2)对步骤1)的线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌层厚度2μm～20μm的镀锌母线；

3)对步骤2)的镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，形成带有脆性扩散层的第一线坯，所述脆性扩散层主要由γ相铜锌合金组成；所述第一次低温扩散热处理的温度为100℃～250℃，热处理时间为2h～10h，加热速率50～100℃/h，冷却速率60～120℃/h；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，以使得γ相铜锌合金脆性扩散层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；所述金属塑性拉伸加工的拉伸尺寸为0.3mm～0.8mm(指第一次拉伸加工所得的尺寸)，拉伸速率300～500m/min；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度为39～60wt％的铜锌合金，制得第三线坯；所述高温扩散热处理的温度为300℃～500℃，热处理时间为4h～25h，加热速率70～150℃/h，冷却速率80～160℃/h，且该热处理扩散过程在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过1～60wt％；

6)对步骤5)加工后的第三线坯采用润滑区为25°～45°的拉丝模、浓度为0.2～20wt％以及温度为30℃～50℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成三维枝状裂纹和表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端指向拉伸方向，制得直径为0.15mm～0.35mm的电极丝成品；所述退火拉伸加工的拉伸速率800～1200m/min，退火电压1.2～2.0V。这里的过度摩擦可以理解为过盈配合，即线材的直径大于眼模的直径。

线材在拉伸加工过程中，材料内部组织沿着轴向延伸，线材表面的组织流动速度小于内部组织的流动，在线材表面产生沿轴向的拉应力，当轴向的拉应力超过拉丝材料的抗拉强度时，在材料的表层就会产生形成所述的三维枝状裂纹和表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口。

拉丝模指拉伸加工所需要的模具，润滑区角度比常规的要大10～15°，适当较小润滑效果，同时经步骤5)处理后的电极丝表层润滑效果通常比较差，导致最后拉伸形成枝状裂纹和“V”或/和“人”字形裂口，但润滑区角度也不能太大，否则会断线。拉丝液指拉伸加工所需要的润滑液或者冷却液，选择浓度为0.2～20wt％，温度为30～50℃的润滑液，可以带走拉伸加工过程中产生部分热量，由于该电极丝材表面材质熔点较低，消耗润滑液较多，减弱了润滑效果，只有选择适当浓度和温度的润滑液才能避免由于润滑不良而导致过多的金属碎屑或过热断丝现象。

本发明的有益效果如下：

1)本发明提供的一种电火花线切割加工用电极丝包覆层密度更小，可以减少与导电块的接触面，并在加工范围内优化了与导电块的接触角度，从而减少了电极丝对导电块的机械磨损；同时该电极丝包覆层结构改善了两接触付周围气体电荷的分布和积累，显著提升局部电场强度，使得周围气体发生电离和激励，非常有利于电极丝与导电块之间形成电晕放电，从而大大削弱了两者发生电蚀火花放电的几率。与火花放电相比，电晕放电能量更小，且更稳定，从而显著减少了导电块放电磨损，延长导电块的寿命、降低成本、提高生产效率，加工可靠性高。

2)本发明的制备方法，在制定拉伸加工工艺时应根据线材材质、拉丝模以及拉丝液参数来设计合理拉伸工艺，如拉伸速率、拉伸直径和退火电压等，确保产品的质量，能够在电极丝的包覆层形成三维枝状结构并使其部分延伸至表面形成非连续的顺向排布的“V”或/和“人”字形裂口；本发明所采用的生产工艺简单，可操作性强，制备步骤少，生产设备简单，易于制得符合要求的电极丝产品，且易于实现规模化、自动化生产；本电极丝通用性强，尤其适合加工厚大型工件模具材料的粗切割高速加工。

【附图说明】

图1为本发明的成品的纵向表面示意图；

图2为本发明的成品的局部横向截面示意图；

图3为实施例1的第一线坯的横向截面示意图；

图4为实施例1的第二线坯的横向截面示意图；

图5为实施例1的第三线坯的横向截面示意图；

图6为实施例1的成品放大500倍的局部金相图(500×)；

图7为实施例1的成品放大1000倍的局部金相图(1000×)；

图8为实施例1的成品的纵向表面SEM图。

标注说明：1，线芯；2，包覆层；3，延伸至电极丝表面的裂纹；3’，未延伸至电极丝表面的裂纹；5，“V”或/和“人”字形裂口。

【具体实施方式】

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

本发明中提到的眼模，也叫模孔。本发明中所述的非连续的，也可称为非连续性的。

以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序，所描述的方向仅限于附图。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。

文中所述

实施例1

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.9mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度5μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为150℃，热处理时间为5h，加热速率50℃/h，冷却速率120℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.47mm，拉伸速率300m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为390℃，热处理时间为10h，加热速率70℃/h，冷却速率100℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过10wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为39.8wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为3～5wt％以及温度为35℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和10％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例的成品的局部金相图如图6和图7所示，纵向表面SEM图如图8所示。成品电极丝包括线芯1和包覆层2，包覆层2内部具有三维枝状裂纹。三维枝状裂纹有两种：裂纹3表示该裂纹延伸至电极丝表面；裂纹3’表示该裂纹未延伸至电极丝表面。裂纹3延伸至表面形成裂口5。裂口5为非连续的“V”或/和“人”字形裂口，尖端均指向电极丝加工过程中的拉伸方向，此处的非连续指的是裂口没有在表面形成整体的相互连接。下文如有提到线芯1、包覆层2、裂纹3、裂纹3’、裂口5，其含义与本实施例上述解释相同，下文不再赘述。

根据本发明的制造方法，特别是步骤5和6的工艺控制下，使得裂纹延伸至电极丝表面形成的绝大多数为具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口5，其它形状裂口或者未延伸至电极丝表面的裂纹3’为极少数，或者忽略不计，最多占比不足10％。

实施例2

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.5mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度2μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为100℃，热处理时间为2h，加热速率60℃/h，冷却速率100℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.30mm，拉伸速率400m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为300℃，热处理时间为25h，加热速率100℃/h，冷却速率80℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过1wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为50.5wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为35°～45°的拉丝模，浓度为0.2～3wt％以及温度为30℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和37％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率800m/min，成品退火电压1.2V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例3

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为2.0mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度20μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为250℃，热处理时间为10h，加热速率100℃/h，冷却速率60℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.80mm，拉伸速率500m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为500℃，热处理时间为25h，加热速率150℃/h，冷却速率160℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过60wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为56.7wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为15～20wt％以及温度为50℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和62％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1200m/min，成品退火电压2.0V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例4

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.2mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度1.5μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为180℃，热处理时间为4h，加热速率90℃/h，冷却速率100℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.68mm，拉伸速率450m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为420℃，热处理时间为12h，加热速率120℃/h，冷却速率80℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过35wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为60.0wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～30°的拉丝模，浓度为10～15wt％以及温度为45℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和95％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1100m/min，成品退火电压1.8V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例5

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.3mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度3μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为110℃，热处理时间为9.5h，加热速率55℃/h，冷却速率90℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.35mm，拉伸速率370m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为310℃，热处理时间为20h，加热速率80℃/h，冷却速率105℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过5wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为39.0wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为0.2～0.5wt％以及温度为30℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和17％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例6

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.4mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度4μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为120℃，热处理时间为9h，加热速率60℃/h，冷却速率95℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.42mm，拉伸速率330m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为330℃，热处理时间为19h，加热速率90℃/h，冷却速率115℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过12wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为53.1wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为0.5～1wt％以及温度为36℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和43％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例7

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.5mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度6μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为130℃，热处理时间为8.5h，加热速率65℃/h，冷却速率80℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.50mm，拉伸速率310m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为350℃，热处理时间为15h，加热速率100℃/h，冷却速率95℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过15wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为55.5wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为1～2wt％以及温度为38℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和65％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例8

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.6mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度8μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为140℃，热处理时间为8h，加热速率70℃/h，冷却速率115℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.54mm，拉伸速率300m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为370℃，热处理时间为14h，加热速率110℃/h，冷却速率80℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过20wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为59.5wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为2～3wt％以及温度为40℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和89％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例9

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.7mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度10μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为160℃，热处理时间为7.5h，加热速率75℃/h，冷却速率105℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.58mm，拉伸速率320m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为400℃，热处理时间为13h，加热速率120℃/h，冷却速率90℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过25wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为40.6wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为3～5wt％以及温度为45℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和23％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例10

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.8mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度11μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为170℃，热处理时间为7h，加热速率80℃/h，冷却速率65℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.60mm，拉伸速率350m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为410℃，热处理时间为11h，加热速率130℃/h，冷却速率100℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过30wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为49.4wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为5～6wt％以及温度为45℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和45％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.7V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例11

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为1.9mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度13μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为180℃，热处理时间为6.5h，加热速率85℃/h，冷却速率85℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.64mm，拉伸速率360m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为430℃，热处理时间为9h，加热速率140℃/h，冷却速率110℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过35wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为50.7wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为6～8wt％以及温度为50℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和76％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压2.0V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例12

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.8mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度15μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为190℃，热处理时间为6h，加热速率90℃/h，冷却速率80℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.65mm，拉伸速率380m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为450℃，热处理时间为8h，加热速率150℃/h，冷却速率120℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过40wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为56.7wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为8～10wt％以及温度为50℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和91％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.9V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例13

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.7mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度17μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为200℃，热处理时间为4h，加热速率95℃/h，冷却速率90℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.70mm，拉伸速率400m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为460℃，热处理时间为7h，加热速率150℃/h，冷却速率130℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过45wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为44.2wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为10～12wt％以及温度为42℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和39％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.3V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例14

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.6mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度18μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为210℃，热处理时间为3h，加热速率100℃/h，冷却速率110℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.74mm，拉伸速率420m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为490℃，热处理时间为6h，加热速率150℃/h，冷却速率140℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过50wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为47.3wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为12～15wt％以及温度为35℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和51％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.5V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例15

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.9mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度19μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为220℃，热处理时间为2h，加热速率50℃/h，冷却速率70℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.80mm，拉伸速率450m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为500℃，热处理时间为5h，加热速率150℃/h，冷却速率150℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过55wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为51.3wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为25°～35°的拉丝模，浓度为15～18wt％以及温度为35℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和85％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.8V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

实施例16

一种电火花线切割加工用电极丝，按照如下步骤制备：

1)制备直径为0.5mm黄铜线芯；

2)对上述线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌母线，镀锌层厚度12μm；

3)对上述镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，热处理温度为240℃，热处理时间为2h，加热速率100℃/h，冷却速率120℃/h，形成带有脆性扩散层的第一线坯，该扩散层主要由γ相铜锌合金组成；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，拉伸尺寸为0.77mm，拉伸速率480m/min，以使得γ相铜锌合金脆性层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，高温扩散热处理温度为480℃，热处理时间为4h，加热速率150℃/h，冷却速率160℃/h，且该热处理扩散过程须在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过60wt％，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度平均约为57.9wt％的铜锌合金，制得第三线坯；

6)对步骤5)高温扩散后的第三线坯采用润滑区为35°～40°的拉丝模，浓度为18～20wt％以及温度为35℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成枝状裂纹和98％的枝状裂纹延伸至电极丝表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，其尖端为拉伸方向，其中拉伸速率1000m/min，成品退火电压1.2V，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

比较例1～8：

比较例1、2为市面上购买的黄铜电极丝；

比较例3、4、5为市面购买的γ镀层丝、β镀层丝及复合镀层丝；

比较例6为按照200680004564.6、“用于电火花加工的复合丝”的专利记载内容所制备的电极丝；

比较例7为按照201510868517.7，“仿鱼鳞微织构电极丝材料及其制备方法与应用”的专利记载内容所制备的电极丝；

比较例8为按照98801082.8、“放电加工用多孔性电极线及其制造方法”的专利记载内容所制备的电极丝。

产品性能测试：

将实施例1～16制备电极丝成品在万能电子拉伸仪上测试其综合力学性能抗拉强度，采用电桥法测试其导电率，通过扫描电镜测试其包覆层锌含量以及金相显微镜观察枝状裂纹情况和测试其包覆层厚度及裂口深度，产品性能详见如下表：

表格1实施例1～16的产品性能测试结果

应用测试数据：

应用测试的电火花线切割加工机床为日本三菱公司制造的FA10S。电火花线切割加工条件如下：

1)机型：日本三菱FA系列；2)电极丝规格：φ0.25mm；3)工件：材质SKH-9，厚度80mm；4)导电块：硬质合金；5)加工次数：1次，即粗割加工；6)加工方式：120小时连续放电加工；7)电极丝走丝速度：12m/min；8)加工模式：浸水，SPB模式；9)设备放电参数：粗割标准工况，详见如下表：

表2电火花线切割加工设备放电参数

将实施例1～16实施例的电极丝与比较例1～8的电极丝按照以上条件进行放电切割加工，应用测试数据详见如下表：

表3实施例1～16实施例的电极丝与比较例1～8的电极丝的应用测试数据

注：表中的各数据均在同等条件下测试获得，其中电极丝的直径均为0.25mm(常用规格为0.25mm，其他规格还有0.15mm、0.20mm和0.30mm)，当然本领域的技术人员可有效调整各实施例中对最后在线退火拉伸加工工序条件和成品加工率大小，使得各实施例中的成品电极丝的直径在0.15～0.35mm的范围内变化。

根据以上应用测试数据分析，本发明中的电火花线切割加工用电极丝在结束时加工速度比开始时加工速度下降均在10％以内，导电块磨损槽深度值均在0.5～1.0mm范围内，具有明显的优势，同时切割工件上下直线度公差小、精度高，且走丝稳定性好。

Claims (5)

1.一种电火花线切割加工用电极丝，包括黄铜线芯(1)和包覆黄铜线芯(1)的包覆层(2)，其特征在于，所述包覆层(2)的内部存在三维枝状裂纹，部分所述三维枝状裂纹延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成非连续的“V”或/和“人”字形裂口(5)；所述“V”或/和“人”字形裂口(5)的尖端指向电极丝加工过程中的拉伸方向；

所述电极丝通过包含如下步骤的方法制备：

1)制备直径为0.5～2.0mm黄铜线芯；

2)对步骤1)的黄铜线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌层厚度2～20μm的镀锌母线；

3)对步骤2)的镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，形成带有脆性扩散层的第一线坯，所述脆性扩散层主要由γ相铜锌合金组成；所述第一次低温扩散热处理的温度为100～250℃，热处理时间为2～10h，加热速率50～100℃/h，冷却速率60～120℃/h；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，以使得γ相铜锌合金脆性扩散层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；所述金属塑性拉伸加工的拉伸尺寸为0.3～0.8mm，拉伸速率300～500m/min；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度为39～60wt％的铜锌合金，制得第三线坯；所述高温扩散热处理的温度为300～500℃，热处理时间为4～25h，加热速率70～150℃/h，冷却速率80～160℃/h，且该高温扩散热处理过程在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过1～60wt％；

6)对步骤5)加工后的第三线坯采用润滑区为25°～45°的拉丝模、浓度为0.2～20wt％以及温度为30～50℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成三维枝状裂纹和表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，制得直径为0.15～0.35mm的电极丝成品；所述退火拉伸加工的拉伸速率800～1200m/min，退火电压1.2～2.0V。

2.根据权利要求1所述的电极丝，所述包覆层(2)为厚度5～50μm、含锌量为39～60wt％的铜锌合金。

3.根据权利要求1所述的电极丝，至少10％的所述三维枝状裂纹(3)延伸至电极丝表面使得电极丝表面形成“V”或/和“人”字形裂口(5)。

4.根据权利要求1所述的电极丝，所述“V”或/和“人”字形裂口(5)的深度为2～20μm。

5.一种电火花线切割加工用电极丝的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

1)制备直径为0.5～2.0mm黄铜线芯；

2)对步骤1)的黄铜线芯采用电镀或涂覆方式获得镀锌层厚度2～20μm的镀锌母线；

3)对步骤2)的镀锌母线进行第一次低温扩散热处理，形成带有脆性扩散层的第一线坯，所述脆性扩散层主要由γ相铜锌合金组成；所述第一次低温扩散热处理的温度为100～250℃，热处理时间为2～10h，加热速率50～100℃/h，冷却速率60～120℃/h；

4)对步骤3)第一次扩散热处理后的第一线坯进行金属塑性拉伸加工，以使得γ相铜锌合金脆性扩散层破裂形成由不规则的破碎γ相颗粒和裸漏的线芯相间组合而成的初始裂纹，制得第二线坯；所述金属塑性拉伸加工的拉伸尺寸为0.3～0.8mm，拉伸速率300～500m/min；

5)对步骤4)加工后的第二线坯进行第二次高温扩散热处理，使得原先覆盖在线芯表层的不规则块状γ相颗粒转变为具有锌浓度为39～60wt％的铜锌合金，制得第三线坯；所述高温扩散热处理的温度为300～500℃，热处理时间为4～25h，加热速率70～150℃/h，冷却速率80～160℃/h，且该高温扩散热处理过程在有氧环境下进行，线材表面形成氧含量超过1～60wt％；

6)对步骤5)加工后的第三线坯采用润滑区为25°～45°的拉丝模、浓度为0.2～20wt％以及温度为30～50℃的拉丝液进行在线退火拉伸加工，使得线材与眼模过度摩擦，并在电极丝内部形成三维枝状裂纹和表面形成具有非连续的“V”或/和“人”字形裂口，制得直径为0.15～0.35mm的电极丝成品；所述退火拉伸加工的拉伸速率800～1200m/min，退火电压1.2～2.0V。

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