專(zhuān)利名稱(chēng)：電火花切割工藝用電極絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以電火花加工方式進(jìn)行切割或電火花腐蝕切割所使用的電極絲，及其制作方法。所述電極絲具有包含金屬或金屬合金的絲芯，以及圍繞該絲芯并包括一層或多層包覆層或涂層的包皮或涂覆層，其中至少一層包覆層或涂層包含β和/或β ’黃銅以及 Y黃銅的相混合物。
背景技術(shù)：
電火花加工法(EDM)或電火花腐蝕法用于分割導(dǎo)電工件，其基礎(chǔ)是通過(guò)工件與工具之間的電火花放電來(lái)去除材料。為此，在非導(dǎo)電液體，例如去離子水或油中，在各工件與工具之間執(zhí)行控制性的電火花放電，工具設(shè)置在距離工件較近的位置，通過(guò)施加電壓脈沖， 發(fā)揮電極功能。這樣，可以基本不考慮工件硬度，便加工出由諸如金屬、導(dǎo)電陶瓷或復(fù)合材料等構(gòu)成的工件。一種特別的電火花加工法，其使用的工具由繃緊的細(xì)絲構(gòu)成，該細(xì)絲的典型直徑大約為0. 02mm到0. 4mm，這種電火花加工法是一種通過(guò)電火花加工進(jìn)行切割(電火花腐蝕切割)或以線腐蝕方式進(jìn)行切割的方法。由于在材料去除的腐蝕過(guò)程中細(xì)絲會(huì)受到磨損， 因此，需要不斷將細(xì)絲拉過(guò)切割區(qū)或加工區(qū)，而且細(xì)絲只能使用一次，也就是說(shuō)，細(xì)絲會(huì)被不斷損耗。實(shí)際中所采用的是具有涂層或無(wú)涂層的絲或電極絲，現(xiàn)在這樣的絲或電極絲通常在黃銅或銅的基礎(chǔ)上制成。無(wú)涂層電極絲還被稱(chēng)為裸絲，其由均質(zhì)材料構(gòu)成，而具有涂層的電極絲具有經(jīng)包覆或涂覆的絲芯?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般將具有涂層的電極絲構(gòu)造為由套管、 包皮或涂覆層負(fù)責(zé)實(shí)際的腐蝕過(guò)程，該套管、包皮或涂覆層可以由一層包覆層或涂層或者多層相疊設(shè)置的包覆層或涂層構(gòu)成，而電極絲的絲芯(例如)負(fù)責(zé)提供電極絲穿設(shè)和預(yù)拉伸所必需的抗張強(qiáng)度以及電極絲必需的導(dǎo)電導(dǎo)熱特性。裸絲一般由鋅含量重量百分比在35%到40%之間的黃銅構(gòu)成，而大部分具有涂層的絲包括銅芯或黃銅芯以及一層或多層鋅或銅鋅合金包覆層。鋅和黃銅是參與實(shí)際腐蝕過(guò)程的材料，由于存在鋅且鋅具有易揮發(fā)性，因此使用鋅和黃銅的優(yōu)點(diǎn)在于去除率相對(duì)較高、腐蝕效率相對(duì)較高、可以為工件表面精加工傳送非常小的脈沖能量。如果采用裸黃銅絲，則鋅含量的增加會(huì)受到限制，原因在于隨著鋅含量上升，微結(jié)構(gòu)中的脆性相的比例會(huì)增加，因此在鋅含量高于某個(gè)值后，則不可能保證所需的冷成型加工的經(jīng)濟(jì)性。眾所周知，與這些裸絲相比，如果采用的絲具有純鋅包覆層或涂層或者具有主要由純鋅構(gòu)成的包覆層或涂層，便可以提高切割性能。此外，為人們熟知的是，相較于上述鋅包覆的絲，如果絲具有包含β或β ’相的黃銅涂層，則切割性能會(huì)更高，因?yàn)榕c純鋅相比， 包含在β黃銅合金或β，黃銅合金中的鋅揮發(fā)速度較慢，因此在該絲經(jīng)過(guò)切割或加工區(qū)時(shí)，能夠大大延長(zhǎng)材料去除的時(shí)間。此外，如果所用的絲具有Y相和/或ε相黃銅涂層， 則可以進(jìn)一步增加包覆層的鋅含量，理論上，與上述具有β黃銅或β’黃銅涂層的絲相比，
4這種絲的切割性能與之相當(dāng)或更高。但這里發(fā)現(xiàn)，在加入脆性相，例如Y相涂層的情況下， 首先，涂層厚度增加時(shí)，性能不一定會(huì)因此提高(參見(jiàn)EP1295664)，其次，較厚的涂層的可成型性或可加工性受到限制，不利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)(參見(jiàn)US5945010)。此外，Y黃銅涂層的磨損率大于β黃銅涂層，實(shí)際應(yīng)用中，前者還常常會(huì)降低切割性能。為提高切割性能所采取的進(jìn)一步發(fā)展方案主要是，如果在多層包覆層或涂層的基礎(chǔ)上還可以再增加層數(shù)，則將上述包覆層的不同層組合在一起，并且，例如，利用各種表面效應(yīng)。為此，還根據(jù)具體情況提出了多種套管，這些套管具有黃銅包覆層，該包覆層包含，例如，α相和β相的或者β相和Υ相的相混合物，由于相應(yīng)制作工藝中包含擴(kuò)散過(guò)程，因此有時(shí)必須采用這些套管。例如，在ΕΡ1038625中講述了一種電極絲，這種電極絲的包皮包含內(nèi)包覆層，該內(nèi)包覆層尤其具有一種均質(zhì)β和/或Y結(jié)構(gòu)。采用這樣的結(jié)構(gòu)，將提供一種晶格中鋅原子含量較多的面心立方晶格。一般情況下，需要通過(guò)進(jìn)一步提高切割性能和耐腐蝕性，來(lái)增強(qiáng)電極絲腐蝕技術(shù)的經(jīng)濟(jì)適用性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種切割性能和耐腐蝕性提高了的電極絲。權(quán)利要求1和14描述的特征就是為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。所述電極絲及其制作方法的優(yōu)選實(shí)施例是各相關(guān)從屬權(quán)利要求的表述內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種以電火花加工方式進(jìn)行切割或電火花腐蝕切割所使用的電極絲，該電極絲具有包含金屬或金屬合金的絲芯。這里，優(yōu)選該絲芯所包含的一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金的重量百分比大于50%，更加優(yōu)選該絲芯完全或主要由一種或多種金屬和/或一種或多種金屬合金組成。尤其是，該絲芯可以相應(yīng)地完全由一種金屬或一種金屬合金構(gòu)成。該絲芯可以為均質(zhì)的，或者，例如由多層單獨(dú)的金屬或金屬合金層構(gòu)成，其中該金屬或金屬合金層相疊設(shè)置，該絲芯的組成可以徑向改變。套管或包皮包圍或圍繞該絲芯，該套管或包皮例如為包含一層或多層包覆層的涂層。該包皮用于在電極絲腐蝕過(guò)程中磨損。如果包含多層包覆層，則這些包覆層徑向相疊， 優(yōu)選每層包圍或圍繞絲芯。這時(shí)，包覆層由包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅相混合物的一層或多層包覆層構(gòu)成。相應(yīng)地，這種單層包覆層或這種多層包覆層可以分別包含，例如 β相和Y相、β ’相和Y相，或者β相、β ’相和Y相。這里應(yīng)指出的是，β，相在特定溫度以下可以保持穩(wěn)定，其具有有序晶格，在所述有序晶格中為銅和鋅設(shè)定了明確的晶格點(diǎn)。如果超過(guò)該特定溫度，β’相會(huì)變成無(wú)序的β 相，其中，原子統(tǒng)計(jì)分布在體心立體晶格的晶格點(diǎn)上。根據(jù)普遍的觀點(diǎn)，由于β相和β’相之間的轉(zhuǎn)換是不能抑制的，另外只對(duì)其機(jī)械和電氣特征產(chǎn)生很小的影響，因此，在本申請(qǐng)上下文中，除非明確區(qū)分，否則，在提到β相時(shí)，也總是意味著提到了 β’相。如上所述，由于β，黃銅、β黃銅及Y黃銅有利于提高切割性能，因此尤其優(yōu)選在包皮的外側(cè)區(qū)域或在包皮外側(cè)區(qū)域附近設(shè)置至少一層這樣的層。優(yōu)選該包皮構(gòu)成電極絲的外表面，并且，除了如下文所述的可能存在過(guò)渡層這一情況，該絲芯和該包皮之間不設(shè)置其它層。但在某些應(yīng)用情況下，最好在該包皮上和/或該絲芯與該包皮之間另外設(shè)置一層或多層。
所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層的結(jié)構(gòu)中，β和/或 β，相以及Y相相鄰或平行存在于細(xì)粒微結(jié)構(gòu)中，在該結(jié)構(gòu)中，β和/或β ’黃銅微粒以及Y黃銅微粒在垂直于電極絲縱軸線的截面上的平均微粒尺寸為5μπι或小于5μπι，優(yōu)選為3 μ m或小于3 μ m。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，β和/或β ’黃銅微粒以及Y黃銅微粒在垂直于電極絲縱軸線的截面上的平均微粒尺寸至少為0. ιμπ ，優(yōu)選為至少為0.2μπ 。這里存在的、黃銅微粒作為(例如)β和/或β ’黃銅矩陣中的微細(xì)沉淀物。因此平均微粒尺寸的給定值與微結(jié)構(gòu)中β和/或β ’相以及Y相的總數(shù)或結(jié)合情況有關(guān)，即與屬于所述某個(gè)相的全部微粒有關(guān)。此外，平均微粒尺寸給定值與垂直于電極絲縱軸線的微粒尺寸有關(guān)，即與位于垂直于電極絲縱軸線的平面中的微粒尺寸有關(guān)。由于制作過(guò)程中沿著縱軸線進(jìn)行冷成型，電極絲縱軸線方向上的微粒尺寸通常會(huì)大于垂直于電極絲縱軸線方向的微粒尺寸，因此，在縱向顯微切片上或縱向打磨過(guò)程中，值通常較大。優(yōu)選地，根據(jù)橫向顯微切片的掃描式電子顯微照片的評(píng)估結(jié)果來(lái)確定平均微粒尺寸。這里，橫向顯微切片的制作方法通常包括打磨、拋光，還可能包括腐蝕。優(yōu)選為，首先利用離子束斜切法以垂直于電極絲縱軸線的方向切取電極絲，即，電極絲的某部分由屏蔽層覆蓋，然后用Ar+離子以m^eV的能量對(duì)電極絲進(jìn)行輻射，從而使材料從電極絲露出屏蔽層的那部分被離子去除，然后利用導(dǎo)電銀將通過(guò)這種方法制備的電極絲以導(dǎo)電形式固定到樣本架上，在離子束中拋光，然后再利用掃描式電子顯微鏡直接觀察。所使用的顯微照片優(yōu)選為背散射電子圖像，其放大率為2000-3000，優(yōu)選為2000。于是，優(yōu)選地，可以根據(jù)ASTM E 112以計(jì)算截面數(shù)量的方式確定出微粒尺寸。為此，例如可以在圖像上放置邊長(zhǎng)為IOmm的方框，然后可以計(jì)算各方框中的微粒數(shù)量，其中方框外邊界線上的微粒只以50%的量計(jì)。然后，通過(guò)下述方程，便可得到觀察區(qū)中的平均微粒尺寸
剛D =係’其中，D是平均微粒尺寸(具有方形截面的同等微粒的直徑)，A是方框的表面積， V是放大率，η是以上述方式確定的方框中的微粒數(shù)量。然后，例如求得三個(gè)方框內(nèi)的平均微粒尺寸。相混合物中的γ相的比例優(yōu)選為5-80%，更加優(yōu)選為5-50%。這里，在優(yōu)選實(shí)施例中，該比例的最小值可以為10%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有電極絲相比，采用具有這種設(shè)計(jì)的電極絲，同時(shí)大大提高了切割性能和耐腐蝕性。通過(guò)包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的所述至少一層包覆層中的微結(jié)構(gòu)，可以利用Y相來(lái)促進(jìn)加工間隙的放電過(guò)程，其中，該放電過(guò)程受到該微結(jié)構(gòu)的充分束縛，從而確保了適量釋放。換句話說(shuō)，在腐蝕過(guò)程中，這種方法防止了例如以相對(duì)較大的微粒形式存在的大量Y相在較短的時(shí)間內(nèi)、在電極絲和工件之間局部完全去除；或者防止了由于Y相與基底粘結(jié)力減弱，導(dǎo)致的連接完全分離，因而，在各電極線部分進(jìn)行經(jīng)過(guò)由工件高度和切割間隔寬度預(yù)先確定的腐蝕區(qū)的進(jìn)一步遷移時(shí)，別處出現(xiàn)的缺點(diǎn)不再出現(xiàn)。 此外，因?yàn)樵摷?xì)粒微結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)更多的微粒邊界，該微粒邊界可作為電火花放電的優(yōu)選根點(diǎn)，這樣便增加了加工過(guò)程中的可燃性，并相應(yīng)提高了切割性能。較之于，例如，包括主要包含了較大Y相微粒的外包覆層的電極絲，根據(jù)本發(fā)明的電極絲具有較高的耐腐蝕性。因此，可以以較高脈沖頻率或較大脈沖電流的形式施加較大的發(fā)電機(jī)功率，從而提高切割性能。此外，尤其是在工件較高的情況下，還提高了防止斷絲的可靠性，即工藝可靠性，進(jìn)而大大減少了閑置時(shí)間。如果可以結(jié)合熱處理工藝，則可以采用適當(dāng)?shù)耐繉臃绞?，將包皮包覆到絲芯上。例如，可以采用物理或電化學(xué)方式設(shè)置包覆層，如果可以的話，還可以采取另外的步驟以減少絲徑。因此，例如，可以從原始材料開(kāi)始進(jìn)行這種處理，其中該原始材料的形式為絲徑為 (例如)1mm、組成為Cu、Cuai2tl或CuSi37的絲，該絲采用(例如)電沉積或熱浸鍍工藝涂覆有Si涂層。利用拉絲裝置將該具有涂層的絲的直徑選擇性地減少到某一中間尺寸后，則接著執(zhí)行一步或多步擴(kuò)散退火步驟，其中可以通過(guò)熱輻射、對(duì)流或傳導(dǎo)的方式引入熱量。例如可以在氣壓下或保護(hù)性氣體中執(zhí)行退火。形成β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的細(xì)粒相混合物的方法優(yōu)選是，例如，首先對(duì)選擇性地拉至中間尺寸的具有Si涂層的絲進(jìn)行擴(kuò)散退火，其中，例如如ΕΡ0733431Β1所述， 采用適當(dāng)?shù)募榷ǚ椒?，以既定方式形成主要包含、黃銅的包覆層。為此，例如，擴(kuò)散退火可以以至少為10°C /s的加熱速率、在500-800°C的退火溫度下、從鋅(優(yōu)選為η鋅)涂層處開(kāi)始進(jìn)行，其中該鋅涂層應(yīng)用于低于擴(kuò)散發(fā)生溫度的條件下，退火時(shí)間為10-300秒，退火時(shí)間的選擇應(yīng)使得主要包含Y黃銅或優(yōu)選大體包含Y黃銅的包覆層能夠形成。然后， 以至少為10°C /s的速率降溫冷卻。這之后進(jìn)行第二次擴(kuò)散退火，其中，首先在高于600°C 的溫度下將Y黃銅轉(zhuǎn)化為鋅含量?jī)?yōu)選至少為51%重量百分比的富鋅β黃銅，或者，將Y 黃銅大體轉(zhuǎn)化為鋅含量?jī)?yōu)選至少為51%重量百分比的富鋅β黃銅。冷卻期間，Y黃銅的微細(xì)區(qū)域從過(guò)飽和β固溶體中沉淀出來(lái)。加熱速率優(yōu)選至少為10°C/s，退火時(shí)間優(yōu)選為 5-200s，冷卻速率優(yōu)選至少為10°C/s。這里所述的退火時(shí)間是指從供熱開(kāi)始到結(jié)束之間的時(shí)間?？蛇x擇地，可以在將絲拉成最終尺寸前，再執(zhí)行一次或多次鍍Si步驟和/或一次或多次擴(kuò)散退火?？梢栽谏鲜隼鋮s開(kāi)始前、過(guò)程中或結(jié)束后拉絲。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層或優(yōu)選地全部的包覆層由重量百分比至少為50%的β和/或β’黃銅以及Y黃銅構(gòu)成。尤其是，所述至少一層包含β和/或β黃銅以及Y黃銅的包覆層或全部的包覆層可以由或主要由β和/或β黃銅以及Y黃銅構(gòu)成。優(yōu)選地，所述包皮為多層結(jié)構(gòu)，則該包皮由包含重量百分比至少為50%的β和/ 或β，黃銅、α + β和/或α + β ’黃銅、α黃銅和/或銅的一層或多層包覆層構(gòu)成，優(yōu)選全部或大體由這些材料構(gòu)成，且該包覆層位于絲芯與所述至少一層包含β和/或β’黃銅以及Y黃銅的包覆層之間。優(yōu)選為，將所有包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層徑向設(shè)置在由重量百分比至少為50%的β禾口/或β，黃銅、α+β禾口 /或α+β，黃銅、α 黃銅和/或銅構(gòu)成的所有包覆層的外圍。在其中一種多層結(jié)構(gòu)中，該包皮優(yōu)選包括由重量百分比至少為50%的β和/或 β，黃銅以和/或者α +β和/或α +β ’黃銅構(gòu)成的一層或多層第一包覆層，優(yōu)選全部或大體由這些材料構(gòu)成，且該包覆層位于絲芯與所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y 黃銅的包覆層之間。這里，再次優(yōu)選為，將所有包含β和/或β’黃銅以及Y黃銅的包覆層徑向設(shè)置在所述所有第一包覆層之外。例如，可以選擇一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，其中，該包皮包括或完全或大體由位于外圍的包覆層以及設(shè)置在該位于外圍的包覆層與所述絲芯之間的包覆層構(gòu)成，其中該設(shè)于外圍的包覆層主要或全部或大體由β和/或β ’黃銅以及 黃銅構(gòu)成，該設(shè)置在所述位于外圍的包覆層與所述絲芯之間的包覆層主要或全部或大體由β和/ 或β，黃銅以和/或者α+β和/或α+β ’黃銅構(gòu)成，即為第一包覆層。優(yōu)選為，一層或多層以及優(yōu)選為全部的所述第一包覆層的微結(jié)構(gòu)的微粒尺寸比所述至少一層包括β和/ 或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層中的微粒尺寸大。通過(guò)在所述絲芯與所述至少一層包含 β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層之間設(shè)置第一層，可以提高包覆層的總強(qiáng)度，從而提高耐磨性或耐腐蝕性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果僅增加所述包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層的厚度，則會(huì)降低電極絲的電導(dǎo)率和抗張強(qiáng)度，從而進(jìn)一步對(duì)切割性能和加工穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。結(jié)合本實(shí)施例，優(yōu)選地，使該包皮包括分別由重量百分比至少為50%的α黃銅和 /或銅構(gòu)成的一層或多層第二包覆層，優(yōu)選全部或大體由這些材料構(gòu)成，且該包覆層位于所述絲芯與所述至少一層第一包覆層之間。這里，優(yōu)選為，將所有第一包覆層徑向設(shè)置在所有第二包覆層外圍，將所有包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層徑向設(shè)置在所有第一包覆層的外圍。尤其是，如果選用的芯材腐蝕性中等，例如鋼或銅，則宜采用第二包覆層， 原因在于，該第二包覆層能夠作為額外的耐磨件，與包含α+β和/或α+β’黃銅或者包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層相比，有助于增強(qiáng)抗張強(qiáng)度。如果在(例如) 銅芯或鍍銅鋼芯與所述第一包覆層之間的擴(kuò)散過(guò)程中形成所述結(jié)構(gòu)，則由于制作原因，也可能會(huì)存在這樣的包覆層。在另一多層結(jié)構(gòu)中，該包皮可以包括，例如，外包覆層，優(yōu)選地，該外包覆層以頂層的形式構(gòu)成包覆層的部分或整個(gè)外表面，且該外包覆層由重量百分比至少為50%的鋅、鋅合金或氧化鋅構(gòu)成，優(yōu)選為全部或大體由這些材料構(gòu)成。由于鋅可以在隨后快速獲得，因此在進(jìn)行放電能量較小的精加工時(shí)，這樣的外包覆層非常有用。如果放電能量較高，則這樣的包覆層反而會(huì)快速消失，對(duì)腐蝕工藝的用處很小。外包覆層厚度優(yōu)選為0. 1-3 μ m0在一種優(yōu)選多層結(jié)構(gòu)中，該包皮由一層或多層上述第一包覆層、一層或多層上述包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層以及上述以頂層形式設(shè)置的外包覆層構(gòu)成。 尤其是，該包皮優(yōu)選地由一層第一包覆層、一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層以及上述外包覆層構(gòu)成。在另一優(yōu)選多層結(jié)構(gòu)中，該包皮由一層或多層上述第一包覆層、一層或多層上述第二包覆層、一層或多層上述包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層以及上述以頂層形式設(shè)置的外包覆層構(gòu)成。尤其是，該包皮優(yōu)選地由一層第一包覆層、一層第二包覆層、 一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層以及上述外包覆層構(gòu)成。優(yōu)選地，絲芯主要由、優(yōu)選為全部或大體由銅或由鋅含量重量百分比為2-40%的銅鋅合金構(gòu)成。這種絲芯的冷成型性能更好。在一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，在整個(gè)電極絲長(zhǎng)度上，包皮的厚度平均占到電極絲總厚度的 2%-30%，優(yōu)選地，平均占到5-20%。如果該包皮過(guò)薄，便不能獲得足夠的耐腐蝕性。如果該包皮過(guò)厚，則難以進(jìn)行冷成型加工，此外，由于脆性相的比例增加，電極絲的抗張強(qiáng)度和導(dǎo)電性會(huì)降低。電極絲的優(yōu)選絲徑為0. 1-0. 4mm。根據(jù)具體應(yīng)用，包圍絲芯的包皮可以為封閉式，也可以具有裂縫或中斷點(diǎn)，即包皮可以完全或大體或僅部分包覆所述絲芯。類(lèi)似地，如果包皮為多層結(jié)構(gòu)，則每個(gè)包覆層既可
8以為封閉式，也可以具有裂縫或中斷點(diǎn)，即包覆層可以完全或大體或僅部分包覆位于其下方的包覆層或所述絲芯。這種情況適用于上述每個(gè)包覆層。同樣以多層包覆層為例，所述絲芯可以被完全包覆，也可以露出某些地方。因此，例如，采用冷拔工藝制作電極絲時(shí)，頂層及一層或多層下層包覆層上可能出現(xiàn)裂縫和散裂。此外，所述冷拔工藝還會(huì)導(dǎo)致一層或多層包覆層扭曲變形，因此，從整體上看，相鄰包覆層之間或絲芯與上層包覆層之間的界面通常不會(huì)以理想方式形成，而是由于擴(kuò)散原因呈現(xiàn)出不規(guī)則和/或“不清楚”的界面。并且， 因?yàn)樽冃?，絲芯材料可能會(huì)露出電極絲表面。在一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，在絲芯和包皮之間設(shè)置有過(guò)渡層，該過(guò)渡層包括并優(yōu)選全部或大體由芯材的一種或多種成分以及包皮中的一種或多種成分組成。通常情況下，在電極絲制作過(guò)程中，尤其是在包皮形成過(guò)程中，就已經(jīng)形成了相應(yīng)的過(guò)渡層。除這樣的與制作相關(guān)的過(guò)渡層外，或者在不采用這樣的與制作相關(guān)的過(guò)渡層的情況下，還可以以既定方式制作一層或多層過(guò)渡層。所述一層或多層過(guò)渡層的作用在于確保絲芯和包皮之間實(shí)現(xiàn)充分固定的結(jié)合?？傮w上看，應(yīng)指出的是，通常由于制作原因，例如由于進(jìn)行了上述擴(kuò)散處理，可以形成過(guò)渡層的過(guò)渡區(qū)位于相鄰包覆層之間。如果本申請(qǐng)上下文中指出該包皮由特定層構(gòu)成，并不表示因此要排除這種過(guò)渡層的存在。


以下基于示例性實(shí)施例并參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。圖1以非真實(shí)比例的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電極絲在第一實(shí)施例中的橫截面的示意圖。圖2以非真實(shí)比例的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電極絲在第二實(shí)施例中的橫截面的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1橫截面中顯示的電極絲1包括芯絲2，其完全由構(gòu)成電極絲1外側(cè)部分的包皮3，4包圍或圍繞。在如圖所示的示例性實(shí)施例中，絲芯2完全或大體由銅或由鋅含量重量百分比為2-40%的銅鋅合金均質(zhì)構(gòu)成。包皮3，4由兩個(gè)層疊部分，即包覆層3和4構(gòu)成， 這兩個(gè)包覆層相疊設(shè)置，分別由重量百分比不超過(guò)50%的黃銅構(gòu)成，優(yōu)選分別完全或大體由這種黃銅構(gòu)成。在某些情況下，一般可以以使絲芯2的和/或包皮的和/或各包覆層的結(jié)構(gòu)在徑向上有所不同的方式形成電極絲1。就包皮來(lái)說(shuō)，不僅可以以多層結(jié)構(gòu)的方式，還可以以各個(gè)包覆層內(nèi)部連續(xù)改變的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。較外側(cè)的包覆層3主要并優(yōu)選為完全或大體由重量百分比至少為50%、先加入β 和/或β ’黃銅然后再加入Y黃銅所形成的混合物構(gòu)成，其中β和/或β ’相以及Y相相鄰或平行存在于細(xì)粒微結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)中，β和/或β ’黃銅微粒以及Y黃銅微粒在垂直于電極絲縱軸線的方向上的平均微粒尺寸，即屬于所述相的全部微粒的平均微粒尺寸， 為 0. 1-5 μ m0所述的另一包覆層4位于構(gòu)成圖1示例性實(shí)施例中電極絲1外表面的包覆層3與所述絲芯2之間。該包覆層4主要由、優(yōu)選為完全或大體由重量百分比至少為50%的β和/或β，黃銅、α+β和/或α+β，黃銅、α黃銅和/或銅構(gòu)成，其中優(yōu)選為β和/或β， 黃銅、α+β和/或α+β’黃銅。還可以用相疊設(shè)置的兩個(gè)包覆層來(lái)代替該包覆層4，其中鄰近絲芯的包覆層主要由、優(yōu)選為完全或大體由α黃銅和/或銅構(gòu)成，其上設(shè)置的包覆層主要由、優(yōu)選為完全或大體由β和/或β ’黃銅、α+β或α+β ’黃銅構(gòu)成。此外，同樣完全圍繞絲芯2的過(guò)渡層(未顯示)可以設(shè)置在包皮3，4和絲芯2之間，該過(guò)渡層包含至少一種存在于絲芯2中的成分以及至少一種存在于包覆層4中的成分。 該過(guò)渡層優(yōu)選包含合金，從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，該合金位于絲芯2結(jié)構(gòu)和包覆層4結(jié)構(gòu)之間。這里， 該結(jié)構(gòu)也可以沿徑向變化，從而在絲芯2和包覆層4之間形成逐步過(guò)渡。這樣的過(guò)渡層增強(qiáng)了絲芯2與包覆層4之間的結(jié)合。根據(jù)所采用的電極絲1的制作方法，例如，在擴(kuò)散處理后，一般內(nèi)部已形成或多或少的、延伸的過(guò)渡層。與包皮3，4相比，這種過(guò)渡層的厚度較小。應(yīng)指出的是，總體上看，相鄰層之間通常不會(huì)以理想方式形成界面，而會(huì)由于擴(kuò)散原因呈現(xiàn)出不規(guī)則的和/或“不清楚”的界面。如上所述，依靠該加工方法，所述包覆層或所述界面的形狀與附圖中的相比也會(huì)不規(guī)則，單個(gè)或相疊設(shè)置的多層包覆層會(huì)在某些位置被下層包覆層或絲芯“打斷”。尤其是，包皮3，4和/或單個(gè)包覆層3，4和/或可能存在的過(guò)渡層可以被設(shè)置為具有裂縫或中斷點(diǎn)，并不完全遮蓋絲芯或下層包覆層。在本實(shí)施例的某一優(yōu)選示例中，絲芯2由CuSi37構(gòu)成，鄰近絲芯的包覆層4主要由鋅含量重量百分比約為48%的β或β’黃銅構(gòu)成，構(gòu)成電極絲1外表面的包覆層3主要由平均鋅含量重量百分比約為的β或β ’黃銅以及Y黃銅的相混合物構(gòu)成。包覆層4 的平均層厚約為8 μ m,包覆層3的平均層厚約為15 μ m,整個(gè)電極絲1的厚度為0. 25mm。電極絲1的抗張強(qiáng)度約為800N/mm2，電導(dǎo)率約為12m/Ω mm2。該絲芯與該包皮3，4之間可能存在的過(guò)渡層厚度例如約為1 μ m。圖2另外顯示了電極絲1’的優(yōu)選實(shí)施例的橫截面。理論上，這個(gè)實(shí)施例與根據(jù)圖 1的實(shí)施例的不同之處僅在于所述包覆層3上還設(shè)置了頂層5，作為最外側(cè)包覆層，該頂層主要由、優(yōu)選地完全或大體由鋅、鋅合金和/或氧化鋅構(gòu)成，其鋅含量?jī)?yōu)選地高于包覆層3 的鋅含量，因此，對(duì)放電能量較小的精加工具有積極影響。這里，該頂層5的厚度遠(yuǎn)低于所述包覆層3的厚度，且中斷點(diǎn)也較大。因此，可以的話，電極絲1’的外表面可以主要由該包覆層3和該頂層5構(gòu)成。在根據(jù)圖2的本實(shí)施例的某一優(yōu)選示例中，絲芯2由Cuai2tl構(gòu)成，鄰近該絲芯的包覆層4主要由鋅含量重量百分比約為45%的β或β’黃銅構(gòu)成，包覆層3主要由平均鋅含量重量百分比約為53%的β或β ’黃銅以及Y黃銅的相混合物構(gòu)成，該頂層5主要有氧化鋅構(gòu)成。在任何情況下該包覆層3和4的平均層厚均約為12 μ m，該頂層5的平均層厚約為1 μ m，整個(gè)電極絲1，的厚度為0. 25mm。電極絲1，的抗張強(qiáng)度約為750N/mm2，電導(dǎo)率約為17m/Qmm2。該絲芯與該包皮3，4之間可能存在的過(guò)渡層厚度(例如)約為1 μ m。
權(quán)利要求
1.一種以電火花加工方式進(jìn)行切割所使用的電極絲，具有包含金屬或金屬合金的絲芯O)，以及圍繞該絲芯O)并包括一層或多層包覆層(3，4，5)的包皮(3，4 ;3，4，5)，其中至少一層包覆層( 包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的相混合物，其特征在于，在所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層(3)中，β 和/或β ’相以及Y相相鄰存在于細(xì)粒微結(jié)構(gòu)中，在該結(jié)構(gòu)中，β和/或β ’黃銅微粒以及Y黃銅微粒在垂直于電極絲(1，1’ )縱軸線的截面上的平均微粒尺寸不超過(guò)5 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極絲，其中，所述β和/或β’黃銅微粒以及Y黃銅微粒在垂直于電極絲(1，1’ )縱軸線的截面上的平均微粒尺寸不超過(guò)3 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極絲，其中，所述至少一層包含β和/或β’黃銅以及Y黃銅的包覆層⑶由重量百分比至少為50%的β和/或β ’黃銅以及Y黃銅構(gòu)成。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極絲，其中，所述包皮(3，4;3，4，幻包括至少一層包覆層G)，該包覆層⑷由重量百分比至少為50%的β和/或β ’黃銅、α+β或α+β ’ 黃銅、α黃銅和/或銅構(gòu)成，并設(shè)置在所述絲芯(2)和所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層⑶之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極絲，其中，所述包皮(3，4;3，4，幻包括至少一層第一包覆層G)，該第一包覆層由重量百分比至少為50%的β和/或β’黃銅以及/或者 α+β或α+β ’黃銅構(gòu)成，并設(shè)置在所述絲芯(2)和所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層(3)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極絲，其中，所述至少一層第一包覆層(4)的微結(jié)構(gòu)的微粒尺寸大于所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層(3)的微結(jié)構(gòu)的微粒尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電極絲，其中，所述包皮(3，4;3，4，幻包括至少一層第二包覆層G)，該第二包覆層由重量百分比至少為50%的α黃銅和/或銅構(gòu)成，并設(shè)置在所述絲芯( 和所述至少一層第一包覆層(4)之間。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極絲，其中，所述包皮(3，4，幻包括外包覆層(5)， 該外包覆層(5)由重量百分比至少為50%的鋅、鋅合金或氧化鋅構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6及8所述的電極絲，其中，所述包皮(3，4，5)由所述至少一層第一包覆層G)、所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層⑶以及所述外包覆層(5)構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6及7及8所述的電極絲，其中，所述包皮(3，4，幻由所述至少一層第一包覆層G)、所述至少一層第二包覆層G)、所述至少一層包含β和/或β ’黃銅以及Y黃銅的包覆層(3)以及所述外包覆層( 構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一權(quán)利要求所述的電極絲，其中，所述外包覆層( 的厚度為 0. 1-3 μ mo
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極絲，其中，所述絲芯O)由銅或由鋅含量的重量百分比為2% -40%的銅鋅合金構(gòu)成。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極絲，其中，在沿所述電極絲(1，1’)的整個(gè)長(zhǎng)度方向上，所述包皮(3，4 ；3，4，5)的厚度平均占到所述電極絲(1，1’ )總厚度的2% -30%。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求所述的電極絲(1，1’)的制作方法，其中， 將包含銅或黃銅的絲芯( 鍍鋅，通過(guò)擴(kuò)散退火形成具有主要由Y黃銅構(gòu)成的包覆層的絲，其特征在于，然后再次進(jìn)行擴(kuò)散退火步驟，在該步驟中，在溫度高于600°C的條件下，Y 黃銅基本轉(zhuǎn)化為鋅含量的重量百分比至少為51%的β黃銅，最后冷卻電極絲(1，1’)，此時(shí)，Y黃銅的微細(xì)區(qū)域從過(guò)飽和β固溶體中沉淀出來(lái)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，加熱速率至少為10°C/s，退火時(shí)間為5-200s， 冷卻速率至少為10°C /s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電火花切割工藝用電極絲(1，1’)及其制作方法。該電極絲(1，1’)具有包含金屬或金屬合金的絲芯(2)以及圍繞該絲芯(2)并包括一層或多層包覆層(3，4，5)的包皮(3，4；3，4，5)，其中至少一層包覆層(3)包含β黃銅和/或β’黃銅以及γ黃銅的相混合物。在所述至少一層包含β黃銅和/或β’黃銅以及γ黃銅的包覆層(3)中，β相和/或β’相以及γ相在細(xì)粒結(jié)構(gòu)中相鄰分布，在該細(xì)粒結(jié)構(gòu)中，β黃銅和/或β’黃銅微粒以及γ黃銅微粒在垂直于電極絲(1，1’)縱軸線的橫截面上的平均微粒尺寸最大可達(dá)5μm。為制作所述電極絲(1，1’)，采用了帶有涂層的絲，其中該涂層主要包含γ黃銅，然后執(zhí)行均質(zhì)化處理，在該過(guò)程中，γ黃銅在溫度超過(guò)600℃時(shí)基本轉(zhuǎn)化成鋅濃度重量百分比至少為51％的β黃銅，最后，將該電極絲(1，1’)冷卻，在這個(gè)過(guò)程中，γ黃銅區(qū)從β黃銅的過(guò)飽和固溶體中分離出來(lái)。
文檔編號(hào)B23H7/08GK102239024SQ200980148686
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者T·內(nèi)特, 英戈·鮑曼 申請(qǐng)人:貝爾肯霍夫股份有限公司