一种复合电极丝、复合电极丝的制备方法及应用

摘要

本发明涉及电极丝加工技术领域，具体为一种复合电极丝、复合电极丝的制备方法及应用，通过导电合金的芯材外直接套设黄铜管状的外材，之后进行压力冷包，使得导电合金芯材与黄铜外材直接同心包覆成为一体，之后经过拉拔、退火及拉丝处理，使得芯材与外材形成最终的复合电极丝，复合电极丝的表面可以喷涂锌材料涂层，解决了现有的复合电极丝表面不光泽、整体强度低的技术问题题。

说明书

技术领域

本发明涉及电极丝加工技术领域，具体为一种复合电极丝、复合电极丝的制备方法及应用。

背景技术

复合导体结合了几种不同材质的特性，良好的适应性是复合导体的一个明显优点，不仅具有较理想的机电性能，并且应用范围较广。目前国内精密加工领域广泛采用慢走丝设备进行材料的精密切割。慢走丝所采用的切割用电极丝主要采用黄铜材质，利用黄铜内的锌元素高温气化冲洗细屑来改善切割面精度。但是黄铜硬度较高，加工成0.2毫米直径以下难度较大，并且导电性能有限，基本在20%左右，限制了电脉冲能量的利用效率。

专利申请号为CN202010509917.X的发明专利，该专利中公开了一种微细电火花加工用电极丝，包括芯材和包覆在芯材外的表层，所述芯材的材质为黄铜，所述表层包含包覆于芯材外表面的内层和包覆于内层外表面的外层，所述外层为非晶态层。通过短程有序、长程无序的非晶态层，该电极丝不仅可以提高加工精度，还可以消除应力、减少变形，使得加工表面无灼伤，光滑且无微裂纹，达到提高微细工具电极的在线加工精度和表面质量。

虽然上述的专利公开了一种由黄铜芯材、铜锌合内层及非晶质外层包覆制备的电极丝，但是该电极丝的是由黄铜芯材的表面镀上铜锌合金内层形成包覆，在拉丝过程中极易导致表面不平整，且强度低，对后续的放电切割加工的品质产生极大的不良影响。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种复合电极丝、复合电极丝的制备方法及应用，通过导电合金的芯材外直接套设黄铜管状的外材，之后进行压力冷包，使得导电合金芯材与黄铜外材直接同心包覆成为一体，之后经过拉拔、退火及拉丝处理，使得芯材与外材形成最终的复合电极丝，复合电极丝的表面可以喷涂锌材料涂层，解决了现有的复合电极丝表面不光泽、整体强度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合电极丝，包括：

芯材及同心包覆于芯材外的外材；

所述芯材为导电合金；

所述外材为黄铜。

作为改进，所述芯材为经过细晶化处理导电铜合金，处理方法为连续挤压或热轧中的一种，所述芯材的导电率＞50%IACS。

作为改进，所述外材为含锌黄铜，该外材中锌含量为30%-50%，其余为铜及不可避免的杂质。

作为改进，完成对芯材包覆后的所述外材的表面镀锌处理。

一种用于制备上述任一项所述的一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材。

步骤b、套合，将实心的芯材与管状的外材清洗后套合,外材与芯材横截面积比例为1:4-7:3；

步骤c、冷压，环向挤压步骤b中套合后的所述芯材与外材，使得芯材与外材沿轴向延伸，环向挤压压力500-1000MPa，所述芯材与外材沿轴向延伸后的直径缩小变形量为20-40%；

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材与外材进行热压环轧，热压环轧温度500-700摄氏度，变形率大于40%，并快速冷却，使芯材与外材均获得细晶处理；

步骤e、拉拔，对步骤d中延伸后的芯材与外材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤e中经过多次拉拔后的芯材与外材进行退火处理，退火温度为200-700℃；

步骤g、拉丝，对步骤f中退火处理后的芯材与外材进行拉丝处理，形成直径0.03-0.3mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度＞800MPa，导电率＞30%IACS。

作为改进，所述步骤b中，所述芯材进行多次的套合，在外表面套设多层的外材。

作为改进，所述步骤f中，经过退火处理后的所述外材的表面涂覆锌材料涂层，涂层厚度为0.5-50um。

作为改进，所述步骤g中，经过拉丝处理后的所述外材的表面涂覆锌材料涂层，涂层厚度为0.5-50um。

一种复合电极丝的应用，所述复合电极丝为上述任一项所述的复合电极丝，且应用于慢走丝切割。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过导电合金的芯材外直接套设黄铜管状的外材，之后进行压力冷包，使得导电合金芯材与黄铜外材直接同心包覆成为一体，之后经过拉拔、退火及拉丝处理，使得芯材与外材形成最终的复合电极丝，复合电极丝的表面可以喷涂锌材料涂层，解决了现有的复合电极丝表面不光泽、整体强度低的技术问题；

（2）本发明通过利用含锌量为30%-50%的黄铜作为外材，在成型复合电极丝的过程中，外材的强度原优于芯材导电合金的强度，保障了成型复合电极丝整体的韧性的同时可以拉出直径更细、稳定性更好的复合电极丝；

（3）本发明通过在复合电极丝进行切割使用过程中，外材内含有的锌金属材质，会在放电切割过程中受放电高温融化，锌颗粒气化使得复合电极丝上粘附的融渣崩开，保障复合电极丝的顺畅使用；

（4）本发明通过具有导电率＞50%IACS的导电合金作为芯材，利用导电合金的芯材的高导电性，保证复合电极丝整体在放电切割过程中，优良的导电性，避免因芯材导电率低的因素出现，复合电极丝断裂的情况。

综上所述，本发明具有导电性能优异、韧性更佳、直径更细等优点，尤其适用于电极丝加工技术领域。

附图说明

图1为本发明电极丝剖视结构示意图；

图2为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

如图1所示，一种复合电极丝，包括：

芯材1及同心包覆于芯材1外的外材2；

所述芯材1为导电合金；

所述外材2为黄铜。

其中，所述芯材1为经过细晶化处理导电铜合金，处理方法为连续挤压或热轧中的一种，所述芯材1的导电率＞50%IACS。

进一步的，所述外材2为含锌黄铜，该外材2中锌含量为30%-50%，其余为铜及不可避免的杂质。

完成对芯材1包覆后的所述外材2的表面镀锌处理。

需要说明的是，较传统现有的复合电极丝，本发明中复合电极丝的区别是，以含导电合金作为芯材，优选为导电铜合金，以含锌黄铜为外材，优选为锌含量为30%-50%，其余为铜及不可避免的杂质的黄铜。

进一步说明的是，现有的复合电极丝多为以黄铜作为芯材，以导电合金作为外材，配以在外材的表面涂覆锌材料涂层，而这一类的结构的复合电极丝，由于黄铜硬度高，而导电合金硬度低的特性，在制备过程中很难通过直接拉拔获得直径0.2mm以下的复合电极丝，直接拉拔会导致外层的导电合金极易断裂。

现有的用于制备0.2mm以下的复合电极丝的方式多为两种，一种是通过在芯材的表面通过电镀的方式，镀一层导电合金材料，之后在通过拉丝形成复合电极丝，但是这种方式制备的复合电极丝表面粗糙，导电金属层分布不均匀，导致复合电极丝在放电切割过程中，放电不均，极易断裂，而另一种的加工方式是在芯材的外部卷绕一层导电金属层，之后通过焊接缝隙的方式，将导电金属层包覆在芯材外，之后通过拉丝形成复合电极丝，但是这种方式制备的复合电极丝也会存在表面不平、极易断裂的情况，因此，制备0.2mm以下的复合电极丝时，复合电极丝的韧性，稳定性均存在很大的问题。

而本申请，将芯材与外材进行对调，直接以黄铜为外材，而导电合金为芯材，在制备过程中，黄铜的韧性，保证了在复合电极丝进行物理拉拔过程中，不会出现断裂，且含锌黄铜的外材在复合电极丝进行放点切割时，可以使得锌颗粒气化，冲洗细屑来改善切割面精度，并且，导电铜合金的高导电性，使得芯材在放电切割过程中，可以提供很稳定的导电率，使得复合电极丝在放电切割过程中，不会因放电率低绷断，并且导电合金位于内层，不会因放电切割过程中，温度升高的，导致合金成分不断气化，使得导电性能持续下降。

并且，所述芯材1可以进行多次的套合，在外表面套设多层的外材2。

而且，在芯材1与外材2套合冷压成为一体进行退火处理，退火处理后的所述外材2的表面涂覆锌材料涂层。

或者，经过拉丝处理形成复合电极丝后的所述外材2的表面涂覆锌材料涂层。

将实心的芯材1与管状的外材2通过清洗后，进行穿管套合，穿管套合后的芯材1与外材2在通过常温冷压包覆的方式，使得芯材1与外材2进行结合，在此需求强调的是，冷压包覆的原理是在外材2的外侧施加环向的压力，使得外材2沿轴向进行拉伸延展，由于外材2是黄铜，外材2黄铜的材质硬度远高于芯材1导电铜合金的硬度，因此，通过环向施加压力，轴向拉伸延展的方式，使得外材2迫使芯材1均匀的沿轴向进行延展拉伸，此外，虽然只是在常温状态下，进行常温冷压包覆，但是，在冷压包覆过程中，产生的热量，也会使得芯材1与外材2紧密结合成为一体。

更为具体的，在冷压包覆过程中，对外材2进行环向施加压力时，外材2环向上受到的压力均相等，且均指向外材2的圆心处，例如可以采用在外材2外表面进行滚压的方式，且滚压过程中，逐步向外材2的圆心推进的方式对外材2与芯材1进行冷压包覆处理，使得外材2与芯材1均匀的沿轴向进行拉升延展，值得强调的是，本申请冷压包覆的方式并不仅局限于上述的实施方式，凡满足本发明外材环向挤压，轴向拉伸延展的方式均属于本发明的保护范围。

实施例二：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为60%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为30%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为7:3；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力1000MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为40%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度500摄氏度，变形率41%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度200℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.03mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度850MPa，导电率35%IACS。

实施例三：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为60%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为40%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为1:1；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力750MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为30%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度600摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度500℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.15mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度950MPa，导电率45%IACS。

实施例四：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为60%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为50%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为1:4；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力500MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为20%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度700摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度700℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.30mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度1050MPa，导电率55%IACS。

实施例五：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为55%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为30%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为7:3；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力1000MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为40%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度500摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度200℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.031mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度823MPa，导电率33%IACS。

实施例六：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为55%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为40%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为1:1；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力1000MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为35%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度600摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度500℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.152mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度856MPa，导电率42%IACS。

实施例七：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为60%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为50%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为1:4；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力500MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为20%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度700摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度700℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.32mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度900MPa，导电率52%IACS。

实施例八：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为51%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为30%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为7:3；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力1000MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为40%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度600摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度200℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.031mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度800MPa，导电率31%IACS。

实施例九：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为51%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为30%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为1:1；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力700MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为40%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度550摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度500℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.15mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度850MPa，导电率40%IACS。

实施例十：

如图2所示，一种复合电极丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、预处理，将芯材1进行细晶化处理，得到实心、圆杆状芯材

步骤b、套合，选取实心的导电率为51%IACS的导电铜合金作为芯材与管状的锌含量为30%的黄铜外材分别清洗后进行套合，外材2与芯材1横截面积比例为1:4；

步骤c、冷压，环向挤压步骤a中套合后的导电铜合金与黄铜，使得导电铜合金与黄铜同步沿轴向延伸，环向挤压压力500MPa，所述芯材1与外材2沿轴向延伸后的直径缩小变形量为40%

步骤d、热压环轧，将步骤c中得到的芯材1与外材2进行热压环轧，热压环轧温度600摄氏度，变形率45%，并冷却，使芯材1与外材2均获得细晶处理

步骤e、拉拔，对步骤b中延伸成型后的线材进行拉拔，缩小直径；

步骤f、退火，对步骤c中获得的线材进行退火处理，退火温度200℃；

步骤g、拉丝，对步骤d中退火处理后的线材进行拉丝处理，形成直径为0.31mm的复合电极丝，该复合电极丝的抗拉强度905MPa，导电率50%IACS。

对比实施例一：

背景技术中提及的专利申请号为CN202010509917.X的发明专利中制备的电极丝。

对比实施例二：

专利申请号为CN201910172529的发明专利中制备的电极丝。

对比实施例三：

专利申请号为CN201510458831的发明专利中制备的电极丝。

实验例：

将实施例2-10的制备方法、对比实施例1-3的制备方法中制备电极丝的直径、同心度、导电率、抗拉强度、切割速度、切割表面粗糙度、切割机损伤及拉丝过程中的断丝率进行统计分析，结果如表1所示：

结论：。

通过实施例2至实施10与对比实施例1-3的对比，可以明显的得出，本发明中的电极丝，在同等直径下的导电率、抗拉强度和切割表面粗糙度均远优于对比实施例的电极丝，此外，本发明可以制备直径0.2mm以下的电极丝，且直径0.2mm以下的电极丝的导电率仍大于30%IACS，抗拉强度大于800MPa。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。