一种慢走丝切割用精密钢芯电极丝及其制备方法与流程

本发明涉及电极丝，特别是涉及一种慢走丝切割用精密钢芯电极丝及其制备方法。

背景技术：

1、电火花线切割加工（wire electrical discharge machining，wedm）是利用移动的金属丝作为工具电极，在脉冲电源作用下与工件之间产生火花放电，通过放电产生的高温蚀除金属材料，从而实现对工件的切割加工。根据电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常分为高速走丝（快走丝）和低速走丝（慢走丝）两大类。其中，慢走丝线切割由于电极丝低速单向运动，加工精度高、表面质量好，广泛应用于精密模具、航空航天、医疗器械、3c电子等领域的高精度零件加工。

2、电极丝作为慢走丝线切割加工中的关键耗材，其性能直接影响加工效率、加工精度和表面质量。目前常用的慢走丝电极丝主要有黄铜丝、镀锌丝、钨丝、钼丝等。纯黄铜电极丝虽然导电性好、价格适中，但存在抗拉强度低、高温下易软化、放电损耗大等问题，难以满足高张力、高精度加工的需求。钼丝和钨丝虽然强度高、耐高温，但价格昂贵，且放电加工性能不如铜基电极丝，限制了其广泛应用。

3、为解决上述问题，钢芯电极丝应运而生。钢芯电极丝以高强度钢丝为芯材，表面镀覆铜或铜锌层作为导电层和放电层，结合了钢的高强度和铜的优良导电性，能够在高温放电条件下保持较高的抗拉强度，有效减少断丝现象，提高加工稳定性。然而，现有钢芯电极丝的制备技术仍存在诸多不足：

4、首先，镀层与钢芯的结合力不足是最突出的问题。由于钢与铜的晶体结构、热膨胀系数差异较大，直接电镀的镀层与钢基体之间主要为机械结合，结合力较弱，通过热处理后形成一定程度冶金结合虽然可改善镀层与钢基体的结合力，但在放电加工过程中，电极丝承受反复的热冲击和机械张力，镀层容易出现起皮、脱落现象，不仅导致电极丝导电性能下降，还会引起放电不稳定，严重时造成断丝，影响加工效率和工件表面质量。

5、其次，现有钢芯电极丝的镀层结构单一，难以兼顾导电性能和放电加工性能。单一的紫铜镀层虽然导电性好，但熔点较低，放电损耗快；单一的黄铜镀层虽然放电性能较好，但导电率相对较低，影响加工效率。

6、再次，现有制备工艺中，为提高镀层结合力通常需要进行高温热处理，但高温处理会导致钢芯晶粒长大，降低钢芯的强度和韧性，反而削弱了钢芯电极丝的力学性能优势。如何在不降低钢芯力学性能的前提下提高镀层结合力，是本领域亟待解决的技术难题。

7、专利cn104400160a公开了一种高速度加工用镀层电极丝，且表面带有若干小坑洞；cn 111215856 b明公开了一种钢芯线镀铜再镀锌的电极丝及生产工艺；cn201239836y公开了一种快走丝用电极丝，由钢丝芯材和铜合金涂覆层构成；cn 118527747 a公开了一种复合电极丝及其制备方法和应用，包括钢丝芯线和包覆在芯线外表面的金属钼层或钼合金层。以上专利均没有公开如何解决以上的三条不足。

8、因此，开发一种镀层结合力强、导电性能优异、放电加工性能好、力学性能稳定的慢走丝切割用钢芯电极丝及其制备方法，具有重要的技术意义和应用价值。

技术实现思路

1、本发明提供一种慢走丝切割用精密钢芯电极丝及其制备方法，解决背景技术中存在的问题。

2、一种慢走丝切割用精密钢芯电极丝，包括钢芯基体以及依次形成于所述钢芯基体表面的镀铜层和镀锌层；

3、所述钢芯基体表面分布有不连续的微凹坑结构，所述镀铜层填充于所述微凹坑内并与钢芯基体形成微观机械耦合界面；

4、所述镀铜层与镀锌层之间以及镀层内部具有经熔融液态金属铋短时热处理形成的扩散过渡层，所述钢芯基体的晶粒尺寸经热处理后无明显长大。

5、进一步的，所述钢芯基体的含碳量为0.82-1.05wt%，铁含量≥98wt%，夹杂物级别≤2级；所述钢芯基体的直径为18-90μm，直径公差≤0.3μm，抗拉强度≥3000mpa。

6、进一步的，所述微凹坑的深度小于1μm，凹坑直径为1-10μm，凹坑在钢芯表面呈离散分布。

7、进一步的，所述镀铜层的厚度为0.5-10μm，所述镀锌层的厚度为0.5-5μm。

8、一种慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、钢芯丝制备：采用高碳钢线材经多道次冷拉拔，制备得到直径18-90μm的钢芯丝；

10、s2、表面微凹坑处理：将钢芯丝接入阳极导电辊筒，不溶性金属板接入阴极，以nano3中性溶液为电解液，通过脉冲电源控制电流、频率和占空比进行电解刻蚀，在钢芯丝表面制备不连续的微凹坑；

11、s3、连续镀铜：对微凹坑处理后的钢芯丝进行水洗、低温烘干后，进行连续镀铜，形成镀铜层；

12、s4、连续镀锌：对镀铜后的钢丝进行水洗、低温烘干后，进行连续镀锌，形成镀锌层，镀锌后进行低温烘干；

13、s5、熔融液态铋热处理：将电镀后的钢芯镀层丝连续走线穿过装有液态金属铋的槽体进行短时热处理，热处理后经风刀吹扫去除表面残留铋金属，再经热水洗、低温烘干；

14、s6、规圆处理：根据表面状态要求，对热处理后的电极丝进行拉拔规圆处理。

15、进一步的，步骤s1中拉拔的道次压缩率控制在5-15%，制备得到的钢芯丝抗拉强度≥3000mpa。

16、进一步的，所述脉冲电源的电流为0.1-2a，频率为500-2000hz，占空比为20-40%。

17、进一步的，步骤s3中采用焦硫酸盐镀铜工艺，镀液温度控制在30-60℃，镀液中cu²⁺的浓度为20-50g/l。

18、进一步的，步骤s4中采用硫酸锌镀锌工艺，镀液温度控制在25-45℃，镀液中硫酸锌含量为200-400g/l。

19、进一步的，步骤s5中所述液态金属铋的温度为300-450℃，温度波动控制在±5℃以内；通过调整走线速度控制钢芯镀层丝在铋浴中的加热时间为1-10 秒。

20、本发明的实施例具有以下有益效果：

21、通过特殊的表面处理形成微凹坑，使电镀层与钢基体形成微观上的机械耦合，增强其机械结合力；通过电镀层厚度的调整以及热处理工艺的调控，根据电加工的服役要求，形成多层次的镀层结构，使其导电性能和放电加工性能达到所需要求；通过液态金属加热，控制钢芯镀层丝的受热时间，抑制钢基体的晶粒长大，降低钢芯的强度和韧塑性的损失，切割效率和切割质量大幅度提升。

1.一种慢走丝切割用精密钢芯电极丝，其特征在于：包括钢芯基体以及依次形成于所述钢芯基体表面的镀铜层和镀锌层；

2.如权利要求书1所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝，其特征在于：所述钢芯基体的含碳量为0.82-1.05wt%，铁含量≥98wt%，夹杂物级别≤2级；所述钢芯基体的直径为18-90μm，直径公差≤0.3μm，抗拉强度≥3000mpa。

3.如权利要求书1所述慢走丝切割用精密钢芯电极丝，其特征在于：所述微凹坑的深度小于1μm，凹坑直径为1-10μm，凹坑在钢芯表面呈离散分布。

4.根据权利要求1所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝，其特征在于：所述镀铜层的厚度为0.5-10μm，所述镀锌层的厚度为0.5-5μm。

5.一种如权利要求1至4任一项所述慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，其特征在于：步骤s1中拉拔的道次压缩率控制在5-15%，制备得到的钢芯丝抗拉强度≥3000mpa。

7.根据权利要求5所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述nano3中性溶液的ph为6.5-7.5，电解液温度为 35-50℃；所述脉冲电源的电流为0.1-2a，频率为500-2000hz，占空比为20-40%。

8.根据权利要求5所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，其特征在于：步骤s3中采用焦硫酸盐镀铜工艺，镀液温度控制在30-60℃，镀液中cu²⁺的浓度为20-50g/l。

9.根据权利要求5所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，其特征在于：步骤s4中采用硫酸锌镀锌工艺，镀液温度控制在25-45℃，镀液中硫酸锌含量为200-400g/l。

10.根据权利要求5所述的慢走丝切割用精密钢芯电极丝的制备方法，其特征在于：步骤s5中所述液态金属铋的温度为300-450℃，温度波动控制在±5℃以内；通过调整走线速度控制钢芯镀层丝在铋浴中的加热时间为1-10秒。