仿鱼鳞微织构电极丝材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及仿鱼鳞微织构电极丝材料及其制备方法与应用。具体地，本发明专利技术公开了一种电极丝材料，所述电极丝材料表面具有仿鱼鳞微织构层，且所述电极丝材料包括：i)作为内层的合金基体层；ii)作为中间层的互扩散层；和iii)作为外层的镀层；并且，所述电极丝材料对冷却液的接触角为105-150°。本发明专利技术还公开了所述电极丝材料的制备方法与应用。本发明专利技术的电极丝由于其特殊的表面仿生结构，可明显降低切割阻力，提高冷却速率，进而提高切割速率，有效改善电极丝的使用性能。所述制备方法具有工艺简单、易于工业化生产的特点。

【技术实现步骤摘要】
仿鱼鳞微织构电极丝材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及材料领域，具体地涉及一种仿鱼鳞微织构电极丝材料及其制备方法与应用。
技术介绍
电火花切割加工主要用于模具制造，同时也在成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中得到日益广泛的应用，电火花加工的切割速度影响生产效率，因此如何提高丝材的切割速度一直是相关领域的重点研究方向。在设备、加工工艺及切割电极丝方面，电极丝的材质、表面状态及热物理特性是影响切割效率的关键因素。在切割过程中，电极丝因吸收大量的热量而易于发生过热熔断，这就要求提高电极丝的冷却效率；同时，磨屑易于在切割区域堆积，这就要求顺利排出磨屑。为了满足日益提高的市场需求，本领域急需开发一种新型的切割性能优异的电极丝材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的切割性能优异的电极丝材料及其制备方法。本专利技术的第一方面，提供了一种电极丝材料，所述电极丝材料表面具有仿鱼鳞微织构层，且所述电极丝材料包括：i)作为内层的合金基体层；ii)作为中间层的互扩散层；和iii)作为外层的镀层；并且，所述电极丝材料对冷却液的接触角为105-150°。在另一优选例中，所述电极丝材料对冷却液的接触角为107-140°。在另一优选例中，所述电极丝材料对冷却液的接触角为110-135°，较佳地为为112-130°。在另一优选例中，所述电极丝材料的直径为0.05-1mm，较佳地为0.1-0.8mm，更佳地为0.15-0.6mm。在另一优选例中，所述电极丝材料中，所述内层的直径为0.15－0.6mm；和/或中间层的厚度为5－30μm；和/或外层的厚度为2－20μm。在另一优选例中，所述内层的直径为0.15－0.4mm。在另一优选例中，所述中间层的厚度10－20μm。在另一优选例中，所述外层的厚度为4－10μm。在另一优选例中，所述仿鱼鳞微织构层的厚度为2－20μm。在另一优选例中，所述仿鱼鳞微织构层的厚度为3－18μm，较佳地为5-15μm。在另一优选例中，组成所述合金基体层的元素选自下组：铜、锌、锡、铅、或其组合。在另一优选例中，组成所述互扩散层的元素选自下组：铜、锌、锡、铅、或其组合。在另一优选例中，组成所述镀层的元素选自下组：铜、锌、锡、铅、或其组合。在另一优选例中，所述电极丝材料的抗拉强度为900-1200MPa，较佳地为1100MPa－1200MPa。在另一优选例中，所述电极丝材料的延伸率为1-5％，较佳地为3－5％。在另一优选例中，所述电极丝材料是采用本专利技术第二方面所述的方法制备的。本专利技术的第二方面，提供了一种本专利技术第一方面所述电极丝材料的制备方法，包括如下步骤：1)提供镀层电极丝，热处理所述镀层电极丝，得到经热处理的电极丝；2)拉拔处理步骤1)所得经热处理的电极丝，得到经拉拔处理的电极丝；和3)退火处理步骤2)所得经拉拔处理的电极丝，得到本专利技术第一方面所述电极丝材料。在另一优选例中，所述镀层电极丝包括作为芯层的合金层和位于所述芯层表面的金属镀层。在另一优选例中，组成所述合金层的材料选自下组：铜合金、不锈钢。在另一优选例中，组成所述金属镀层的金属选自下组：锌、铜、锡、铅、或其组合。在另一优选例中，所述镀层电极丝的直径为0.01-5mm，较佳地为0.05-3mm，更佳地为0.1-2mm。在另一优选例中，所述金属镀层的厚度为1－50μm，较佳地为2-30μm，更佳地为4-15μm。在另一优选例中，步骤1)所述热处理的热处理温度为550－850℃；和/或步骤1)所述热处理在所述热处理温度的热处理时间为5s－60s。在另一优选例中，步骤1)所述热处理的热处理温度为580－830℃，较佳地为600－800℃。在另一优选例中，步骤1)所述热处理在所述热处理温度的热处理时间为8－55s，较佳地10s－50s。在另一优选例中，步骤1)所述热处理的处理方式选自下组：电阻加热、辐射加热、或其组合。在另一优选例中，步骤1)所述热处理的处理方式为电阻加热和辐射加热的复合加热方式。在另一优选例中，所述电阻加热通过镀层电极丝自身的电阻发热进行，采用电阻加热时，对所述镀层电极丝施加的功率为0.1-10KW，较佳地0.3-5KW。在另一优选例中，所述辐射加热区间的辐射处理温度为550-850℃，较佳地600-800℃。在另一优选例中，在所述辐射处理温度的辐射处理时间为5－60s，较佳地15－30s。在另一优选例中，所述经热处理的电极丝的直径为0.03-5mm，较佳地0.05-4.5mm。在另一优选例中，所述经热处理的电极丝包括：第一内层、第一中间层和第一外层。在另一优选例中，第一内层的直径为0.02－4mm，较佳地为0.5-3mm。在另一优选例中，第一中间层的厚度为3－30μm，较佳地为5－20μm。在另一优选例中，第一外层的厚度为2－20μm，较佳地为5－10μm。在另一优选例中，步骤2)所述拉拔处理在润滑油槽中进行；和/或步骤2)所述拉拔处理在室温下进行；和/或步骤2)所述拉拔处理的拉拔速度为600-1500m/min。在另一优选例中，步骤2)所述拉拔处理的拉拔速度为700-1400m/min，较佳地800-1300m/min。在另一优选例中，所述经拉拔处理的电极丝的直径为0.1－1mm，较佳地0.15－0.6mm。在另一优选例中，步骤3)所述退火处理的退火处理温度为20－100℃；和/或步骤3)所述退火处理在所述退火处理温度下的退火处理时间为1s－20s。在另一优选例中，步骤3)所述退火处理的退火处理温度为30℃－80℃，较佳地35－70℃。在另一优选例中，步骤3)所述退火处理在所述退火处理温度下的退火处理时间为3－15s，较佳地4－10s。在另一优选例中，步骤3)所述退火处理采用电加热绕丝铜辊而进行，退火处理时其电压为10-50V，电流为5-30A。本专利技术的第三方面，提供了一种本专利技术第一方面所述电极丝材料的用途，用于进行精密切割。本专利技术的第四方面，提供了一种制品，所述制品含有本专利技术第一方面所述电极丝材料或由本专利技术第一方面所述电极丝材料制成。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是本专利技术所述仿鱼鳞微织构电极丝材料的结构示意图。图2为本专利技术所述制备方法的工艺示意图。图3为实施例1中经热处理的三层结构的丝材坯料1的SEM断面形貌测试结果。图4为实施例1所得电极丝材料1的SEM表面形貌测试结果，其中(a)为鱼的鱼鳞形貌,(b)为电极丝材料1的放大的SEM表面形貌。图5为实施例1所得电极丝材料1的SEM断面形貌测试结果。图6是铜合金丝材、铜合金丝材1和电极丝材料1与冷却液的接触角测试结果，其中(a)为铜合金丝材，(b)为铜合金丝材1，(c)和(d)为仿鱼鳞微织构电极丝材料1。图7为铜合金丝材、铜合金丝材1和电极丝材料1的相对切割速度对比图。图8为模具钢样品分别经铜合金丝材1和电极丝材料1在相同的切割速度下切割后的三维形貌测试结果，其中(a)为经铜合金丝材1切割后的样品三维形貌，(b)为经仿鱼鳞微织构电极丝材料1切割后的三维形貌。图9为实施例2-4所得电极丝材料2-4的SEM表面形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极丝材料，其特征在于，所述电极丝材料表面具有仿鱼鳞微织构层，且所述电极丝材料包括：i)作为内层的合金基体层；ii)作为中间层的互扩散层；和iii)作为外层的镀层；并且，所述电极丝材料对冷却液的接触角为105‑150°。

【技术特征摘要】
1.一种电极丝材料，其特征在于，所述电极丝材料表面具有仿鱼鳞微织构层，且所述电极丝材料包括：i)作为内层的合金基体层；ii)作为中间层的互扩散层；和iii)作为外层的镀层；并且，所述电极丝材料对冷却液的接触角为105-150°。2.如权利要求1所述的电极丝材料，其特征在于，所述电极丝材料对冷却液的接触角为107-140°。3.如权利要求1所述的电极丝材料，其特征在于，所述电极丝材料中，所述内层的直径为0.15－0.6mm；和/或中间层的厚度为5－30μm；和/或外层的厚度为2－20μm。4.如权利要求1所述的电极丝材料，其特征在于，所述仿鱼鳞微织构层的厚度为2－20μm。5.一种权利要求1所述电极丝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供镀层电极丝，热处理所述镀层电极丝，得到经热处理的电极丝；2)拉拔处理步骤1)所得经热处理的电极丝，得到经拉拔处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘二勇，曾志翔，姜吉良，郑芳，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，宁波康强微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33