专利名称：：高导电高韧性复合线及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种高导电高韧性复合线，本发明同时也涉及一种高导电高韧性复合线的制造方法。技术背景机械加工工业的发展离不开高精密机械加工技术的发展，一种新加工手段的发展到及其应用，离不开效率和质量的同步提高，慢走丝电火花加工做为机械加工的一种类型，近年来随着机械加工技术的发展也得到了突飞猛进的前进。慢走丝线切割技术的发展，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性能来设计的，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线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。中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，从最早的快走线、中走线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。从上世纪七八十年代镀锌电极丝的发明到今天，市场上已经出现了各种各样的电极丝，比如普通黄铜电极丝、镀锌电极丝、速度型镀层电极丝、速度型镀层电极丝等，但是它们还存在以下问题阻碍了它们的发展。普通黄铜电极丝-组成成分为铜锌二元合金,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。铜锌二元合金属于普通黄铜，因受合金本身的限制，对于使用要求抗拉性能要求较高、切割精度速度要求较高的切割要求时，普通黄铜电极丝就受到了限制。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。由于是在普通黄铜的表面镀了一层单质锌，因锌的导电率比铜低了很多，因此造成这种电极丝的导电率会比较低，而使最终的切割速度受到限制，另外因锌是电镀上去的，也容易出现电镀层脱落的现象，而引起最终的切割效果。4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。但因为这种电极丝的镀层为铜锌合金，导电率同样受到限制，对切割速度的提高也会有影响。扩散退火型电极丝研究发现，表面有均匀小坑洞的电极丝会改善电极丝的放电冲洗效果，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普通黄铜，并通过扩散退火在外层包一层铜锌合金，其中铜和锌的比例为1:1,由于芯材为无氧铜或者普通黄铜，表层是采用扩散退火形成的多孔结构，故这种电极丝的冲洗效果比常规的电极丝要好。但因为芯材为无氧铜或者普通黄铜，其韧性和抗拉强度会受到限制，表层扩散退火上去的铜和锌也由于导电率的限制对特殊的加工会有影响。
发明内容本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高导电高韧性复合线，该复合线机械性能得到了提高，有助于切割硬度高的料件，切割出来的料件表面光洁度得到了提高，有助于改善电极丝放电时的冲洗效果，从而提高切割速度和切割工件的表面质量。本发明的另一目的在于提供一种高导电高韧性复合线的制造方法。本发明的一种高导电高韧性复合线，包括芯材和表层金属层，其特征在于所述芯材的合金组成为铜59.065.0wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wt%;所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt%、余量为锌。所述的其它元素中的钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中至少两种元素加入的作用，一是脱氧、细化晶粒，提高材料的强度；二是与杂质中的铅、铋等元素形成金属化合物，强化晶界，当添加的元素含量超过0.1wtM时，合金的强度得到了相应的提高，但会形成其它更多的硬脆相，同时也会降低合金的导电率，满足不了后步的冷成型性能与放电效果，同时也增加了成本，影响推广使用效果。本发明高导电高韧性复合线的表层金属加入银的机理为，银是一种在常温下比铜导电率更好的金属，且化学性能不活泼，不容易同空气中的氧起化学反应，同时在材料的加工过程中也不易同其它介质起化学反应，因此加入银的目的主要是保证合金表层的导电率不降低，同时可以有效地保护合金表层金属不易氧化。本发明高导电高韧性复合线的表层金属加入稀土的机理为，稀土金属主要是起在材料的中间退火时阻止晶粒长大、控制e相转变数量的作用，能提高软化点、增强强度，提高冷热成型性能。加入以镧为基的混合稀土效果更好，可增加导电率和增强材料的加工过程中的抗脱锌能力，同时材料的韧性也有提高。作为优选之一的本发明高导电高韧性复合线，所述芯材的合金组成为:铜59.062.5wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wtc/。；所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt%、余量为锌。此种芯材成分的合金因为含铜量低，价格相对低廉，芯材的机械性能一般；表层金属层添加的稀土金属、银都在成分的下限，机械性能、导电率有一定程度的提升，但提升的程度不大，相反成本优势比较明显。该类复合线适合于特殊领域的特殊加工，如加工易放电的碳钢工件、切割较容易切割的普通碳钢类工件等。作为优选之二的本发明高导电高韧性复合线，所述芯材的合金组成为:铜63.565.0wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wt%;所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt%、余量为锌。此种类型的合金成分因为铜含量在上限，其机械性能较优，但因为含铜量高，价格相对于方案一、三昂贵，添加的稀土金属、银都在成分的上限，导电率、机械性能提升很大，适合于大多数领域的一般加工和特殊加工。作为优选之三的本发明高导电高韧性复合线，所述芯材的合金组成为铜62.563.5wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wtM;所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt%、余量为锌。此种芯材成分的合金因为含铜量在中间值，材料的机械性能不会降低，成本合适，添加的稀土金属、银都在成分的中限，导电率、机械性能提升很大，稀土、银的添加量幅度不大，故适合于大多数领域的一般加工和特殊加工。性价比优势明显。本发明的一种高导电高韧性复合线的制造方法，其特征在于步骤包括原材料进厂挑选——按配方合金化配料——上引熔铸生产出坯杆——不同道次的压力加工——喷涂——低温退火——在线拉伸退火成最终成品；具体为1.1从市场上采购的原材料进厂经过挑拣、化学分析合格后，开始配料。1.2根据所生产合金成分的要求进行合金化配方，同时将合格的配料运至熔铸现场，准备熔铸。1.3熔铸是生成电极丝芯材的主要工序，其所用被添加的合金化元素都在此工序完成，同时通过对熔铸工艺参数的控制可以保证后道压力加工的正常进行。1.4不同道次的压力加工此工序主要是将铸造出来的坯杆加工成喷涂前的规格，同时根据喷涂、低温退火的工序要求来保证材料有合适的向下加工的机械性能，以使后道工序的正常进行。1.5喷涂按照电极丝表层成分的要求，将金属粉进行合适的配比(要考虑不同金属的损耗不同)以进行喷涂，同时应保证喷涂层的厚度。1.6低温退火保证喷涂过后的金属粉能够均匀地附着于芯材的表面，并保证退火时材料不被氧化。1.7在线拉伸退火此工序主要是将上述制作的坯料(母料)进行成品加工，以加工到顾客最终需要的规格，同时保证在线退火的时候有达到要求的导电率和材料的表面在退火时不被氧化，拉伸加工过后材料的表层金属的厚度为0.5-2.0um。其中，所述上引熔铸的熔炼温度为9801150'C;所述不同道次的压力加工所加工出芯材规格为①0.8mm①1.5mm，机械性能范围为420650Mpa;所述喷涂其喷涂层厚度为7-13um;所述低温退火温度为250380°C。作为优选，本发明高导电高韧性复合线的制造方法其所述上引熔铸的熔炼温度为10001100°C;所述不同道次的压力加工所加工出芯材规格为O0.8mm①1.5mm,机械性能范围为450550Mpa;所述喷涂其喷涂层厚度为911um;所述低温退火温度为310350。C。经过喷涂和低温退火的复合线母线经过后道工序多道次的拉伸加工，其芯材在不断的变细变长，而表层金属组合物被压入(或被挤入)芯材金属表层，从而形成金属组合体，而在表层金属压入时会在材料的表面形成均匀的小坑洞，这种组合体中含有喷涂时加入的稀土、银元素，使这种金属组合物经过最终拉伸过后的退火和芯材金属融为一体，从而形成表层金属。芯材和表层金属对复合线用作为电极丝会有如下的效果；1.合金化的芯材因为加入了合金元素，机械性能得到了提高，有助于切割硬度高的料件；2.表层金属中的锌含量在50%左右，从而使在放电时火花均匀，使切割出来的料件表面光洁度得到了提高；3.表层金属中因含有稀土金属，因稀土金属同机体金属的相互作用，使这种组合体的机械性能不被降低(因涂层金属中含有50%的左右锌是会降低材料的机械性能的，而加入稀土后材料这种降低就很少)。4.涂层中的银会提升电极丝的导电性，使最终切割速度提升，同时银的加入使本发明中高导电高韧性复合线不容易被氧化，而增加了储存时间。5.喷涂层压入后形成的均匀小坑洞有助于改善电极丝放电时的冲洗效果，从而提高切割速度和切割工件的表面质量。具体实施方式下面以实施例的方式进一步说明本发明，但并不局限于此。实施例1.1从市场上采购的原材料进厂经过挑拣、化学分析合格后，开始配料。1.2根据表1所示合金成分的要求进行合金化配方，同时将合格的配料运至熔铸现场，准备熔铸。1.3熔铸是生成电极丝芯材的主要工序，其所用被添加的合金化元素都在此工序完成，同时通过对熔铸工艺参数的控制可以保证后道压力加工的正常进行，熔炼温度为980U50。C。1.4不同道次的压力加工此工序主要是将铸造出来的坯杆加工成喷涂前的规格，同时根据喷涂、低温退火的工序要求来保证材料有合适的向下加工的机械性能，以使后道工序的正常进行。不同道次的压力加工所加工出芯材规格为O0.8mm①1.5mm,机械性能范围为420650Mpa。1.5喷涂按照表1所示电极丝表层成分的要求，将金属粉进行合适的配比以进行喷涂，同时应保证喷涂层的厚度为911um。1.6低温退火保证喷涂过后的金属粉能够均匀地附着于芯材的表面，并保证退火时材料不被氧化，所述低温退火温度为250380'C。1.7在线拉伸退火此工序主要是将上述制作的坯料(母料)进行成品加工，以加工到顾客最终需要的规格，同时保证在线退火的时候有达到要求的导电率和材料的表面在退火时不被氧化，拉伸加工过后材料的表层金属的厚度为0.5-2.0um。表1本发明实施例复合线合金化学成分<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>以规格统一为外径0.25mm，切割材料为中碳钢，切割材料厚度为30mm来对比各种不同的电极丝材料，如表2所示表2不同电极丝农l"料的性能对比类别切割速度(以黄铜丝为l)切割表面粗糙度/um导电率(IACS%)抗拉强度(Mpa)普通黄铜电极丝10.4-0.621.0-22.0980-1050镀锌电极丝1.2-1.250.2-0.420.0-21.0950-翻速度型镀层电极丝1.25-1.350.2-0.420.5-21.5950-1050扩散退火型电极丝1.30-1.400.2-0.420.5-21.5950-1040本发明高导电高韧性复合线L35-1.450.2-0.421.0-23.01000-1050综上，本发明的复合线机械性能得到了提高，有助于切割硬度高的料件，切割出来的料件表面光洁度得到了提高，有助于改善电极丝放电时的冲洗效果，从而提高切割速度和切割工件的表面质量。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。10权利要求1、一种高导电高韧性复合线，包括芯材和表层金属层，其特征在于所述芯材的合金组成为铜59.0～65.0wt％、其它元素0.005～0.1wt％，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt％，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wt％；所述表层金属层的合金组成为铜48.0～52.0wt％、稀土0～0.4wt％、银0～0.2wt％、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt％、余量为锌。2、根据权利要求1所述的高导电高韧性复合线，其特征在于所述芯材的合金组成为铜59.062.5wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wtQ/。；所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wtM、余量为锌。3、根据权利要求1所述的高导电高韧性复合线，其特征在于所述芯材的合金组成为:铜63.565.0wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wt%;所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt。/。、余量为锌。4、根据权利要求1所述的高导电高韧性复合线，其特征在于所述芯材的合金组成为:铜62.563.5wt%、其它元素0.0050.1wt%，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt%,其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wt%;所述表层金属层的合金组成为铜48.052.0wt%、稀土00.4wt%、银00.2wt%、不可避免的杂质元素含量小于0.3wtW、余量为锌。5、一种高导电高韧性复合线的制造方法，其特征在于步骤包括原材料进厂挑选一一按配方合金化配料——上引熔铸生产出坯杆一一不同道次的压力加工——喷涂——低温退火——在线拉伸退火成最终成品；其中，所述上引熔铸的熔炼温度为9801150°C;所述不同道次的压力加工所加工出芯材规格为O0.8mm①1.5mm，机械性能范围为420650Mpa;所述喷涂其喷涂层厚度为7-13um;所述低温退火温度为250380。C。6、根据权利要求5所述的高导电高韧性复合线的制造方法，其特征在于所述上引熔铸的熔炼温度为1000-110(TC;所述不同道次的压力加工所加工出芯材规格为O0.8mmOl.5mm，机械性能范围为450550Mpa;所述喷涂其喷涂层厚度为911um;所述低温退火温度为310350°C。全文摘要本发明涉及一种高导电高韧性复合线，包括芯材和表层金属层，芯材合金组成为铜59.0～65.0wt％、其它元素0.005～0.1wt％，所述的其它元素包括钛、铁、硅、锡、磷、稀土金属中的至少二种元素、不可避免的杂质含量小于0.3wt％，其余为锌，其中不可避免的杂质中铅、铋、锑的含量小于0.05wt％；所述表层金属层的合金组成为铜48.0～52.0wt％、稀土0～0.4wt％、银0～0.2wt％、不可避免的杂质元素含量小于0.3wt％、余量为锌。该复合线机械性能提高，有助于切割硬度高的料件，切割出来的料件表面光洁度好，放电时的冲洗效果改善，切割速度和切割工件的表面质量提高。文档编号B23H7/24GK101261888SQ200810060408公开日2008年9月10日申请日期2008年4月9日优先权日2008年4月9日发明者俞易非,孟宪旗申请人:宁波博威麦特莱材料有限公司;宁波博威集团有限公司