CN115485087A - 用于电火花腐蚀切割的电极线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于火花腐蚀切割的电极线，其具有包含金属或金属合金的芯体(2)和围绕芯体(2)的覆盖层(3)，所述芯体(2)包括形态对应于块状颗粒的区域，所述块状颗粒至少在周边的一部分中彼此之间和/或通过芯体材料裂痕空间分离，特征在于，在垂直或平行于线纵轴的线材截面中观察，具有块状颗粒形态的区域表面积50％以上的部分含有锌浓度为58.5–67wt.‑％的铜锌合金，其中，在垂直于线体表面的视图观察，所述块状颗粒形成的表面比例占所述电极线整个表面的20％以上和50％以下，而且在每种情况下表面积在25–200μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上。

Description

用于电火花腐蚀切割的电极线

技术领域

本发明涉及一种用于电火花腐蚀切割的电极线及其制造方法。

背景技术

火花腐蚀方法(放电加工，EDM)用于分离导电工件，并且是通过工件和工具之间的火花放电去除材料。为此，在诸如去离子水或油的电介质液体中，通过施加电压脉冲在相应的工件和工具之间产生受控火花放电，所述工具与工件相距很短并用作电极。以这种方式，例如由金属、导电陶瓷或复合材料等构成的工件可被加工而基本不受其硬度影响。火花放电的电能由腐蚀机的脉冲发生器提供。

一种特殊的火花腐蚀方法是火花腐蚀切割或线腐蚀，其中工具由通常直径为约0.02至0.4mm的张紧细线构成。所述线在腐蚀过程中因材料的去除而损耗，它必须连续拉过切割或加工区域，并且只能使用一次，亦即所述线被连续地消耗。所需的切割轮廓首先通过所谓的主切割以较高的放电能量进行。为了提高工件的轮廓精度和表面粗糙度，可以在主切割之后进行一次或多次所谓的修整切割，并依次降低放电能量。在这些修整切割期间，电极线仅以其外围的一部分接合。主切割和修整切割的机器侧设置参数，如开路电压、脉冲电流、脉冲持续时间、暂停持续时间、间隙宽度调节参数、线材预张紧力、线材脱离速度、冲洗压力等，结合在所谓的技术或腐蚀或切割技术中。针对不同的待加工材料类型、工件高度、线材类型、线材直径和质量目标，相应的腐蚀技术可用于行业常用的腐蚀机。

在实践中，使用涂覆和未涂覆的线或电极线，它们现在通常基于黄铜(brass)或红铜(copper)生产。未涂覆的电极线，也称为裸线，由均质材料组成，而涂覆的电极线具有被覆盖或涂覆的芯体。在现有技术中，涂覆的电极线通常被构造成使得可以由一个覆盖层或多个相继叠加的覆盖层组成的护套或覆盖层用于实际的腐蚀过程，而所述电极线的芯体，例如，赋予线穿过和预张紧所需的抗拉强度以及必要的导电性和导热性。

裸线通常由锌含量为35至40wt.-％的黄铜组成，而大多数涂覆线具有红铜或黄铜芯体和一层或多层锌或铜锌合金覆盖层。锌和黄铜，作为实际腐蚀过程中涉及的材料，由于锌的存在，具有较低的蒸发温度，具有较高的去除率和腐蚀过程效率以及非常小脉冲能量转移可能性的优点，用于工件表面的精加工，即加工产生尽可能小的表面粗糙度。在此背景下，为了精加工，通常采用具有主要或完全由锌组成的覆盖层的电极线。

众所周知，与裸线和具有主要或完全由锌组成的涂层的线相比，通过使用具有包含一种或多种含锌合金的涂层的线可以提高去除速率或切割性能。这些包括其涂层分别在β或β'，γ和ε相的一个或多个中含有黄铜的线。

为了获得高的切削性能，已经证明从脆性合金(如在γ相的黄铜)中生产涂层是有利的，通过扩散使其直径大于最终直径，然后通过冷成型将其拉至最终尺寸。结果，脆硬层裂开，导致在其中形成凹痕和连续的裂痕以及下方的材料穿过(参见US 5,945,010，US 6,306,523)。所述裂痕和凹痕增加了导线的表面积。后者由此被周围的电介质更好地冷却，并且还促使从间隙中去掉被去除的颗粒。除此之外，由于电场的过度增加，在裂痕产生的边缘处优先形成放电。这提高了电极线的点火性，从而提高了切割性能。根据US 5,945,010，如果涂层覆盖小于100％和大于50％的线材表面，则在切割性能和表面质量方面获得良好的腐蚀结果。

为了提高切割性能的这种和进一步的发展也基于在多层构造涂覆物中不同名称的覆盖层(可选地有另外的层)的组合。间或，有时由于在相应的生产过程中发生的扩散过程是必需的，这里还提出了具有黄铜覆盖层的夹套，其具有例如α和β相或β和γ相的相混合物。

在US 7,723,635中提出了一种电极线，其具有芯体和具有约37-49.5wt.-％锌的黄铜合金的第一覆盖层，其中均匀分布的所谓颗粒，其彼此隔开并含有锌成分约为49.5-58wt.-％的黄铜合金，嵌入覆盖层中。对于这样的电极线，在提高导电性和强度的基础上，将增强侵蚀性能。

根据EP-A-2 193 867，几个覆盖层中的至少一个主要具有β和γ黄铜的细粒混合物。通过在β黄铜基体中加入γ黄铜，γ黄铜在腐蚀过程中不会损耗太快，而是会经由有效的去除的方式以小剂量释放到腐蚀间隙中。

In EP-A-1 846 189a wire electrode is proposed which contains a firstlayer ofβbrass as well as a torn layer ofγbrass,in the holes of which thelayer ofβbrass emerges.

在EP-A-1 846 189中提出了一种电极线，其包含β黄铜的第一层以及γ黄铜的撕裂层，其孔中出现β黄铜的层。

EP-A-2 517 817描述了具有通过扩散形成的两个合金层的电极线。芯体材料沿着第二合金层的裂痕出现，从而在表面形成多个颗粒状结构。颗粒包含芯体材料，并且，排布在与电极线的纵向大致垂直的方向上。切割性能和表面质量都因此得到改善。

然而，对于像γ相这样的脆性相的涂层，已经表明，一方面，层厚度的增加并不一定会导致性能的进一步提高(参见EP-A-1 295 664)，并且在另一方面，对较厚层的可成形性在经济生产能力方面进行了限制(参见US 5,945,010)。

上述电极线的一个重大缺点是，在没有制造商专门匹配这些电极线的腐蚀技术但只有裸黄铜线的标准技术的腐蚀机器上，它们通常无法达到精度和/或要加工的部件所需的表面质量。尽管这里的补救措施可以对现有的侵蚀技术进行调整或优化，但侵蚀行业的企业通常不能或不希望为此花费必要的时间。

特别是在具有一个或多个精加工步骤以实现更小的表面粗糙度的多步骤腐蚀加工的情况下，已知使用例如根据US 5,945,010(参见EP-A-1 949 995中的比较测试)的电极线会形成具有平行于线运行速度的不希望的凹槽。因此，在EP-A-1 949 995中，为了解决这个问题，提出了一种具有由块状结构(“块”)形成的覆盖层的电极线，其中所述块具有非常均匀的厚度，锌的比例为超过50wt.-％，并且覆盖线材表面的程度超过50％。此外，在所述块之间产生的裂痕遵循优选的取向，其与线纵轴形成超过45％的角度。这些特征是通过在最终拉伸过程之前覆盖层的近似厚度为7μm或更小并且最终直径和在最终拉伸过程之前的中间直径之比为0.4至0.8来实现的。然而，这需要在相应较小的直径上对电极线进行镀锌处理，或者在进行较大直径的镀锌处理后必须进行另一次中间拉拔。两者都会有损于电极线生产的经济可行性。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种电极线，其一方面，与裸黄铜线相比，具有更高的切割性能，因此提高了线腐蚀技术的经济可行性，另一方面，与裸黄铜线和上述涂覆线相比，可达到同等或更高的精度和表面质量。

此外，本发明的一个目的是提供一种电极线，其可以通过对裸黄铜线的腐蚀技术进行操作，特别是对于那些包括多次切割的腐蚀技术，从而实现与裸黄铜线相比更高的切割性能，并且实现与裸黄铜线和上述涂覆线相比在组件上相同或更高的精度和表面质量。

本发明的另一个目的是提供一种具有上述优点的电极线，其能够以尽可能少的制造工作量生产。

发明内容

为了实现所述目的，使用了具有权利要求1所述特征的电极线。所述电极线的有利实施方式是各个从属权利要求的主题。

附图说明

图1示意性地显示了根据本发明的电极线的第一实施方式的截面(垂直于纵轴)。

图2显示了根据本发明的电极线的外周边的切口在垂直于线体纵轴的截面中的光学显微镜图片。

图3显示了图1的本发明电极线的外周边在垂直于纵轴的截面中的切口。

图4显示了根据本发明的电极线表面的光学显微镜图片。

图5显示了来自图3的光学显微镜图片，其具有用于确定块状颗粒或由其形成的簇的覆盖程度的矩形参考框。

图6显示了来自图3的光学显微镜图片，其中线纵轴和线形块状颗粒簇被标记。

图7显示了不根据本发明的第一电极线表面的光学显微镜图片。

图8显示了不根据本发明的第二电极线表面的光学显微镜图片。

具体实施方式

根据本发明，用于火花腐蚀切割的电极线具有包含金属或金属合金的芯体。优选的所述芯体由一种或多种金属和/或一种或多种金属合金组成，其含量为超过50wt.-％，更优选为全部或基本上全部。具体地，所述芯体因此可以完全由一种金属或一种金属合金形成。所述芯体可以形成为均质的，或者例如以多个单一金属或不同成分的金属合金层相互叠加的形式，具有在径向方向上变化的特性。如本文所用，“基本上(substantially)”是指根据本发明的线材或其层或其芯体由分别公开的组合物组成和/或具有所公开的特性，其中要考虑生产和测量公差，例如不可避免的杂质的存在，这是专家所熟悉的。

所述金属特别是红铜并且金属合金特别是具有20-42wt.-％的锌含量的铜锌合金。

围绕所述芯体，例如以涂覆的形式，提供了护套(以下也称为“覆盖层”)。覆盖层在线腐蚀过程中会磨损，并用于影响腐蚀特性。

根据本发明的电极线的覆盖层包括具有颗粒外观(形态)的区域，其尤其由不规则轮廓来表征，这些轮廓有时包含角半径小于2μm的尖锐角落，以及直率与理想直线偏差小于2μm的线条。因此，这些区域被描述为其形态对应于块状或块状颗粒的区域。在下文中，包含这些区域的层也称为“具有块状形态的覆盖层(covering layer with block-likemorphology)”，而所述区域，其形态对应于块状或块形颗粒，也简称为“块状颗粒(block-like particles)”或“块形颗粒(block-shaped particles)”。所述芯体材料可以在块状颗粒之间现出。所述块状颗粒又在其周围的一部分中、彼此之间和/或通过芯体材料裂痕空间分离。所述块状颗粒本身可以包含裂痕。

所述裂痕的宽度通常为约2μm，主要为约1μm，可以通过在通常条件下扫描电子显微镜，例如通过基于反向散射电子(20kV)测量，进行图像分析。如果沿裂痕的纹路出现较大的裂痕宽度(例如1至2μm)，则该结构同样被视为本发明含义内的裂痕。相比之下，所述块状颗粒之间的较宽间距(通常从线体外表径向朝内形成)称为凹痕或间隙。

在垂直或平行于线的纵轴(也称“线纵轴”或简称“线轴”)的线材截面中观察，主要(即超过块状颗粒50％的表面积的)部分含有锌含量为58.5-67wt.-％的铜锌合金。根据CuZn系统的相图，合金存在于表面积这一部分为γ相。在所述线的相邻材料的边界处，可以形成β和/或β'相的“接缝(seam)”(如果将红铜或α黄铜用作芯体材料)。该接缝通常使用光学显微镜可以识别(或可以使用专家已知的其他方法确定，例如SEM/EDX，如下文详述)，并且不被认作块状颗粒。

所述电极线的表面是由块状颗粒、芯体材料以及可选择的β和/或β'相的“接缝”形成的。从垂直于线的表面观察，如图4至6所示(垂直于导线周长最靠近观察者(显微镜)的点径向看到)，块状颗粒形成的表面比例，即覆盖率，占所述电极线整个表面的20％以上和50％以下。这些值的确定可以按照图5进行描述，并通过合适的参考表面积在图本身中表示。该参考表面积在图5中通过浅色参考框6定义，该参考框6的大小约为400μm x 50μm，并且相对于线体纵轴对称。

在上述垂直于线材表面的视图中，表面积在25–250μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上。

在上述垂直于线材表面的视图中，块状颗粒排布成四个或四个以上颗粒组成的线形团簇，占相当大的比例，特别是占主导地位。在这些团簇中，颗粒之间的间距小于15μm。彼此相邻排布的符合该间距标准的颗粒也称为相邻颗粒。

所谓线型(line-shaped)是指颗粒相邻排列成“行”的均匀结构特征，其中的排列可以有一定的不规则性(对于颗粒的大小和空间排布而言)。但其特点是，线型团簇具有优先方向，即通过确定纵向的排成行(＝线)的排布，以及在横向上，沿者线，没有或只有少数直接相邻的颗粒，即如上所述间距小于15μm的颗粒。

特别是，只有少量几种块状颗粒的排布方式，它们以蓬松“堆”的形式彼此相邻，或者是条状排布，由几个线形簇形成，在纵向的大部分范围内彼此直接相邻，即如此接近以至于颗粒在(垂直的)横向上的间距小于15μm。

因此，所述簇具有“分散”的外观，即簇与其他簇只有少量“接触点”，例如在图6中所示的簇(a)和(b)的情形。

所述簇的这种特征形态外观可以量化如下。

选择了如上所述具有25–250μm²表面积的块状颗粒的排布，其中包含如此多这样大小的颗粒以至于能够以直线(纵轴)连接，其中所述纵轴必须关联或接触符合上述尺寸标准的族团的所有颗粒，并且(这样大小的)的相邻颗粒在此纵向上以这种方式定义的间距小于15μm，或者可以通过非常小的颗粒隔开，而不违反小于15μm的间距标准。

作为纵轴的起点和终点，选择根据上述准则确定的簇中相距最远的颗粒的端点。

线状簇的大部分，即超过50％，与电极线的纵轴形成小于45°的角度，与沿电极线纵轴的观察方向无关，参见例如图6中的簇(a)和(c)。

如上所述，簇以分散的方式出现，即几个线形簇通常不彼此紧邻(即在横向，因此垂直于上述簇的纵向的方向，具有间距小于15μm)。这也可以示例性地通过图6中的簇(a)和(b)的排布看出。

在垂直或平行于线纵轴的线材截面中观察，超过三分之二的块状颗粒在径向上测量的厚度大于0.8％和小于2％电极线的总直径。

所述芯体和涂层中所含的金属可能含有不可避免的杂质。

根据现有技术预期，如果电极线的破开层中含有锌含量超过50wt.-％的块状颗粒，但覆盖此类颗粒的程度小于50％，且没有基本垂直于线纵轴方向的裂纹的优先取向，则电极线的切削性能和表面质量都不是特别有利的。

然而，已经证明，使用本发明的电极线，特别是在对裸黄铜线使用腐蚀技术的情况下，可以在切割性能和表面质量方面获得非常好的结果。不受特定理论的约束，可认为以下特征或其组合有助于在火花腐蚀加工的各种切割中实现非常均匀的进给：

-具有小于50％和大于20％的覆盖度，

-表面积在25–250μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上，以及

-进一步地，至少4个颗粒的线状簇的块状颗粒的排布，数量显着或占优势。

此外，在主切割和整个加工过程中，与裸黄铜线相比，加工时间显着减少。

此外，由于有针对性地设置了块状颗粒的厚度，在至少三分之二的块状颗粒的情况下，块状颗粒的厚度大于0.8％且小于2％的电极线总直径，结合上述特征，可以获得非常好的表面质量，并且很少形成与线运行速度平行的凹槽。

生产

根据本发明的电极线生产的初始材料包括一种或多种金属和/或一种或多种金属合金，其含量超过50wt.-％，更优选为全部或基本上全部。因此，例如，可以从一种初始材料出发，以Cu、CuZn₃₇或CuZn₄₀(分别含有37或40wt.-％锌的黄铜)的直径为例如1.20mm的均匀的线的形式进行加工。从这种初始材料开始，根据本发明的电极线的生产理想地只包括三个工艺步骤：锌涂覆、扩散退火以及最后带有整合消除应力退火的拉伸。选择扩散退火之前初始材料直径，以便在拉伸到最终直径期间，实现了截面积减少20-25倍。在第一步，初始材料被涂上锌，通过例如电沉积过程。扩散退火前锌层的厚度由所选芯材的锌含量决定。例如，如果选择由CuZn₃₇合金组成的均质芯体，锌层的厚度优选为期望最终直径的0.8至1.6％。例如，如果选择由CuZn₄₀合金组成的均质芯体，则锌层厚度优选为期望最终直径的0.6-1.4％。

然后对涂有锌的线材进行扩散退火，其中产生主要包含锌浓度为58.5–67wt.-％的铜锌合金的覆盖层。根据CuZn系统的相图，该合金以γ相存在。

扩散退火的操作可以采用静态方式(例如在罩式炉中)和连续过程(例如通过电阻加热)。扩散退火的进行可以为，例如在环境气氛或保护气体的罩式炉中，优选在180-230℃，历时4-12小时，其中平均升温速率优选为至少80℃/h，平均降温速率优选为至少60℃/h。或者，所述操作可以，例如通过在环境气氛或保护气体下连续通过的电阻加热，其中平均加热速率优选为至少10℃/s，最大线温度优选为600至800℃，退火时间优选为10–200s，平均冷却速度优选为至少10℃/s。上述退火时间涉及从离开室温到重回室温的时间段。

在最后步骤中，优选通过冷成型和去应力退火使线材逐渐变细至最终直径。所述最终直径在0.02–0.40mm的范围内。在这里，γ相中的脆硬黄铜层撕裂，结果形成块状颗粒。块状颗粒在空间上彼此分离，结果芯体材料可以出现在块状颗粒之间。块状颗粒本身可能包含裂痕。

由于以如上所述有针对性的方式选择的锌层在扩散退火之前的厚度和有针对性的方式选择的在拉制到最终直径期间的截面减小，产生的块状颗粒，在每种情况下在垂直于线材表面的视图中，具有25–250μm²的表面积，占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上，并且在垂直于线表面的视图中，进一步以相当数量，特别是主要地，排布为至少四种粒子的线形簇。在这些簇中，颗粒之间的间距小于15μm。线状簇的大部分，即超过50％，与电极线的纵轴形成小于45°的角度。块状颗粒的覆盖程度为电极线整个表面的50％以下和20％以上。此外，关于族团的进一步细节，参考上文所述内容。

此外，通过每个拉伸步骤的截面减少，至少在最后12个拉伸步骤中，截面减少量为大约8–12％，从而促进了线形簇的形成。

如果超过三分之二的块状颗粒在最终直径的情况下的厚度低于电极线和块状颗粒的最终直径的0.8％，其中它们在每种情况下的表面积在25–250μm²范围，总共占所有块状颗粒表面积的不到50％，与裸黄铜丝相比，这种实施方式的切割性能没有显著提高。

另一方面，如果扩散退火后的涂层厚度太大，在垂直于线材表面的视图中，厚度超过最终直径的2％以及表面积超过250μm²的块状颗粒在拉拔到最终直径后逐渐形成。此外，所述块状颗粒的厚度变化更强烈，因为在冷成型的过程中，γ相黄铜的脆硬层在径向上更强烈地碎裂。通过这样的实施方式，虽然在主切割中实现了与裸黄铜线相比切割性能的显着提高，但是这样的实施方式在修整切割中越来越多地导致短路和意外放电。这不仅会导致切割性能下降，还会损害部件的表面质量。

或者，可以在对线材进行扩散退火之前，先进行涂覆然后进行中间拉制。这可以是例如根据本发明生产直径为0.02–0.15mm的电极线的经济替代方案。

总的来说，本发明的电极线可以用很少的制造工作量来制备。如果，特别是芯材，选择含37–40wt.-％锌的铜锌合金，则锌层的必要厚度仅为最终直径的0.6–1.6％。在最终直径为例如0.25mm的情况下，锌层的必要厚度为1.5–4μm。这允许在锌涂覆过程中相对较高的生产速度。此外，上述锌层必要厚度的范围允许在扩散退火期间相对较短的处理时间。最后，与根据现有技术的电极线相比，超过20％和低于50％的覆盖度减少了拉丝工具的磨损。

优选实施方式

在垂直或平行于线的纵轴(也称“线纵轴”或简称“线轴”)的线材截面中观察，占块状颗粒表面积的75％以上更优选90％以上的部分优选包含锌浓度为58.5-67wt.-％的铜锌合金。更优选地，所述块状颗粒基本上完全由锌浓度为58.5-67wt.-％的铜锌合金组成。关于在与相邻线材的边界处形成具有较低锌浓度的铜锌合金的“接缝”，参考上文所述内容。

在垂直于线材表面的视图中，如上所定义的，所述块状颗粒形成的表面的比例，即覆盖度，优选地为电极线的线材整个表面的30％以上且45％以下。

优选地，在垂直于线材表面的视图中，表面积在25–200μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上。

更优选地，在垂直于线表面的视图中，表面积在50-200μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上.

所述块状颗粒以大量且特别是主要地排布成优选五个或更多个颗粒的线形簇。在所述线状簇中，块状颗粒之间的间距优选小于10μm。

如上所述，尽管所述簇以显著数量尤其是主要地出现，但它们仍然是“分散的”，即几个线形簇的位置通常不会彼此紧挨着(即在横向上，由此垂直于所述簇的上述定义的纵向上，具有的间距小于15μm，优选小于10μm)。这在图6中的簇(a)和(b)的分布中通过示例的方式示出。线形簇优选地包含在其长度50％以下的相邻簇的颗粒，如上文所定义。

所述线状簇的大部分，即超过50％，与电极线的纵轴形成的角度优选小于40°，更优选小于35°。优选地，75％以上的线状簇与电极线的纵轴形成的角度小于45°。

在垂直或平行于线纵轴的线材截面中观察，优选地超过75％且更优选地超过90％的块状颗粒在径向上测量的厚度为电极线总直径的0.8％以上和2％以下。

根据本发明的电极线具有优选由合金CuZn₃₇或CuZn₄₀构成的线芯。

本发明的电极线的结构和组成的确定可以通过例如带有能量色散X射线光谱仪(EDX)的扫描电子显微镜(SEM)研究。为此，对电极线的表面和截面抛光进行了研究。线材截面抛光的生产实现可以例如通过所谓的离子束斜切法，其中线体被遮掩物覆盖并用Ar⁺离子照射，其中材料从线体突现到遮掩物之外的部分被离子去除。通过这种方法，可以制备没有机械变形的样品。从而通过这样的处理，本发明的电极线被覆层的结构得以保持。因此，根据本发明的电极线的覆盖层的结构可由SEM图像表示。通过点、线和表面EDX分析，可以确定根据本发明的电极线的组成。

下面参照附图对本发明进行更详细的解释。

图1中以截面示出的电极线1具有线芯体2，其被覆盖物包围。在所示的示例性实施方式中，芯体2均匀地完全或基本上完全由铜或铜锌合金形成，其中锌含量优选为20至40wt.-％。覆盖层由块状颗粒3形成，其在空间上彼此或与芯体2的材料例如通过裂痕(未示出)而分开。

图2在垂直于纵轴的截面中显示了根据图1的本发明具有线芯体和块状颗粒的电极线的外周的切口的光学显微镜图片。块状或块形颗粒(深灰色区域)的更精确的形状以及它们在其周边的一部分或整个周边上(在此截面中看)彼此分开或与芯体的相邻材料(浅灰色区域)通过裂痕(黑色区域)分开的事实是可识别的。

图3在垂直于纵轴的截面中显示了根据图1的本发明电极线的外周边的切口，该电极线具有线芯体2和块状颗粒3。块形颗粒在其周边的一部分上(在此截面中观察)彼此分开或与芯体的邻接材料(浅灰色区域)通过裂痕和凹痕或间隙4分开是可识别的。此外，块状颗粒本身包含的裂痕4'是可识别的。

图4显示了根据本发明的电极线表面的光学显微镜图片，放大倍数为500。覆盖层的块状颗粒(深灰色区域)以及裂痕和压痕或间隙(黑色区域)是可识别的。

图5显示了根据图4的本发明电极线表面的光学显微镜图片。为了确定覆盖程度，在这里画出了尺寸为400×50μm的矩形参考框6，其与电极线的轴5中心对称。覆盖程度可以确定，例如借助图像处理程序，根据参考框内的特定颜色计算块状颗粒形成的表面，并将其与参考框的表面积相关联。参考框内单个块状颗粒的表面积同样可以计算，例如通过图像处理程序。

图6同样显示了根据图4的本发明电极线表面的光学显微镜图片。四个或更多个块状颗粒的线状簇7借助另外绘制的虚线标记线。借助同样表示的电极线的中心轴线5，可以清楚地看出，线状簇与电极线的纵轴线形成小于45°的角度。

图7显示了根据对比样品V2的非本发明的电极线的表面的光学显微镜图片，放大倍数为500。

图8显示了根据对比样品V3的非本发明的电极线的表面的光学显微镜图片，放大倍数为500。

实施例

下面结合两个实施方式，与现有技术中的不同电极线进行对比，对本发明电极线的优点进行说明。线材样品的生产按照如下所示的顺序进行：

比较样品V1：

-初始线材：CuZn₄₀，d＝1.20mm

-拉伸至d＝0.25mm并进行去应力退火

比较样品V2：

-初始线材：CuZn₃₇，d＝1.20mm

-电沉积1.5μm的锌

-在环境气氛下在罩式炉中进行扩散退火，温度为180℃，9小时

-拉伸至d＝0.25mm并进行去应力退火

比较样品V3：

-初始线材：CuZn₄₀，d＝1.20mm

-电沉积7μm的锌

-在环境气氛下在罩式炉中进行扩散退火，温度为180℃，9小时

-拉伸至d＝0.25mm并进行去应力退火

本发明的样品E1：

-初始线材：CuZn₃₇，d＝1.20mm

-电沉积3μm的锌

-在环境气氛下在罩式炉中进行扩散退火，温度为180℃，9小时

-拉伸至d＝0.25mm并进行去应力退火

本发明的样品E2：

-初始线材：CuZn₄₀，d＝1.20mm

-电沉积2μm的锌

-在环境气氛下在罩式炉中进行扩散退火，温度为180℃，9小时

-拉伸至d＝0.25mm并进行去应力退火

在主切割中进行电火花腐蚀加工的情况下以及在主切割和3次修整切割加工的情况下，每个电极线实现的相对切割性能显示于表1。电火花腐蚀加工在以去离子水为电介质的市售线腐蚀系统上进行。加工了60mm高的X155CrVMo12-1型硬化冷加工钢工件。选择边长为10mm的正方形作为切割轮廓。选用CuZn₄₀复合材料在机侧加工裸黄铜线材。

表1

对比样品V1在主切割和主切割和3次修整切割中实现的切割性能在每种情况下均设为100％。

比较样品V2具有由块状颗粒组成的覆盖层。这些颗粒的锌含量为60-63wt.-％，主要由γ黄铜组成。覆盖程度为约35％。在垂直于线材表面的视图中，每种情况下表面积在25–250μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的约45％(见图7)。就对比样品来说，在超过三分之二的块状颗粒的情形，线材截面径向上测量的厚度在最终直径的情况下为最终直径的0.8％以下。与对比样品V1相比，切割性能分别提高了1％和4％。

对比样品V3同样具有由块状颗粒组成的覆盖层。这些颗粒的锌含量为60-63wt.-％，主要由γ黄铜组成。覆盖程度约为60％。在垂直于线材表面的视图中，表面积在25–250μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的45％以下(见图8)。表面积超过250μm²且线材截面径向上测量的厚度超过最终直径2％的块状颗粒越来越多地出现。此外，块状颗粒的厚度变化更大。使用该比较样品，与比较样品V1相比，切割性能分别提高了5％和3％。

本发明的样品E1具有由块状颗粒组成的覆盖层。块状颗粒至少在其周边的一部分上通过裂痕和凹痕(间隙)彼此或与线芯的材料在空间上分离。块状颗粒的锌含量为60-63wt.-％，主要由γ铜组成。覆盖程度为约40％。在垂直于线材表面的视图中，其表面积在每种情况下都在25–250μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的约90％。在垂直于线材表面的视图中，块状颗粒主要排布成四个或更多颗粒的线形簇。在这些簇中，颗粒之间的间距小于15μm。超过50％的线状簇与电极线的纵轴形成小于40°的角度。在80％的块状颗粒的情况下，在线材截面上沿径向测量的厚度在3-4.5μm的范围内，即在线直径的1.2-1.8％。使用本发明的样品E1，与对比样品1相比，切割性能分别提高了5％和11％。

本发明的样品E2具有由块状颗粒组成的覆盖层。块状颗粒至少在其周边的一部分上通过裂痕和凹痕(间隙)彼此或与线芯的材料在空间上分离。块状颗粒的锌含量为60-64wt.-％，主要由γ黄铜组成。覆盖程度约为45％。在垂直于线材表面的视图中，其表面积在每种情况下都在25–250μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的约85％。在垂直于线材表面的视图中，块状颗粒主要排布成四个或更多颗粒的线形簇。在这些簇中，颗粒之间的间距小于15μm。超过50％的线状簇与电极线的纵轴形成的角度小于40°。对于80％的块状颗粒，在线材截面上沿径向测量的厚度在3.5-4.5μm的范围内，即为线直径的1.2-1.8％。使用本发明的样品E1，与对比样品1相比，切割性能分别提高了5％和12％。

为了评估精加工的适用性，对于对比样品V1和V3以及本发明的样品E1和E2进行了具有主切割和7次修整切割的电火花腐蚀加工。火花腐蚀加工是在商业中常用的线腐蚀系统上进行的，用去离子水作为电介质。加工了50mm高的X155CrVMo12-1型固化冷加工钢工件。选择边长为10mm的正方形作为切割轮廓。选择用于涂锌黄铜线的机侧技术作为加工技术。粗糙度曲线Ra的算术平均偏差的目标值为0.13μm。被腐蚀的印章形部件上的粗糙度的测量是通过触针仪器进行的。测量方向垂直于线运行方向。凹槽形成的评估纯粹是用肉眼定性地进行。轮廓偏差的测量是通过千分尺螺旋规在组件上的2个轴和3个不同高度(顶部、中间、底部)上进行的。结果如表2所示。

对比样品V1的R_a值为0.19μm。部件的视觉评估显示凹槽的强烈形成。该结果通常可以通过不存在含锌涂层来解释。对比样品V3的Ra值为0.23μm。部件的视觉评估同样显示出强烈的凹槽形成。轮廓偏差为5μm。该结果可以通过与样品E1和E2相比具有更大厚度的块状颗粒的存在以及块状颗粒的更强烈变化的厚度来解释。

对于本发明的样品E1和E2，实现了R_a值为0.13μm的表面粗糙度，其仅略微偏离目标值。凹槽的形成很小。两种情况下的轮廓偏差均为3μm，因此处于比较样品V1的水平。

表2

参考标号

1：电极线

2：线芯

3：块状颗粒

4：围绕块状颗粒的裂痕

4'：块状颗粒内部的裂痕

5：电极线的中轴(纵轴)

6：参考框

7：块状颗粒的线形簇

参引文件

US 5,945,010

US 6,306,523

US 7,723,635

EP-A-2 193 867

EP-A-1 846 189

EP-A-2 517 817

EP-A-1 295 664

EP-A-1 949 995

Claims (14)

1.一种用于电火花腐蚀切割的电极线，包括

-芯体(2)，其包含金属或金属合金，以及

-覆盖层(3)，围绕所述芯体(2)，其包括形态对应于块状颗粒的区域，所述块状颗粒至少在它们周边的一部分上彼此之间和/或与芯体材料通过裂痕在空间上分开，特征在于，在垂直或平行于线纵轴的线材截面上看，占具有块状颗粒形态的区域的表面积50％以上的部分包含锌浓度为58.5-67wt.-％的铜锌合金，其中，在垂直于线材表面的视图中，所述块状颗粒形成的表面占所述电极线整个表面的比例为20％以上且50％以下，并且，每一种情况下，表面积在25-250μm²范围内的所述块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上。

2.根据权利要求1所述的电极线，其中所述块状颗粒表面积75％以上的部分包含锌浓度为58.5-67wt.-％的铜锌合金。

3.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中所述块状颗粒形成的表面占所述电极线整个表面的的比例为30％以上和45％以下。

4.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中，在垂直于线材表面的视图中，表面积在25–200μm²范围内的块状颗粒占所有块状颗粒表面积总比例的50％以上。

5.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中所述块状颗粒存在于四个或更多个颗粒的线形簇，其中两个颗粒之间的间距小于15μm。

6.根据权利要求5所述的电极线，其中所述线状簇之内的两个颗粒之间的间距小于10μm。

7.根据权利要求5和6任一项所述的电极线，其中大部分的所述线形簇与所述电极线的纵轴形成的角度小于45°。

8.根据权利要求5至7任一项所述的电极线，其中大部分的所述线形簇与所述电极线的纵轴形成的角度小于40°。

9.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中，在垂直或平行于线纵轴的线材截面中观察，超过三分之二的块状颗粒在径向上测量的厚度为所述电极线总直径的0.8％以上和2％以下。

10.根据权利要求9所述的电极线，其中超过75％的块状颗粒在径向上测量的厚度为所述电极线总直径的0.8％以上和2％以下。

11.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中所述金属是红铜并且所述金属合金是铜锌合金。

12.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中所述芯体(2)由红铜或锌含量为20至40wt.-％的铜锌合金形成。

13.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中所述芯体(2)由合金CuZn₃₇或CuZn₄₀形成。

14.根据前述权利要求任一项所述的电极线，其中具有块状颗粒形态的区域具有内部裂痕(4')。

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