JP6908773B2 - 組織化メッキ電極線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、材料の表面処理の技術分野に関し、高切断速度で、低切断コストで、低環境汚染の組織化メッキ構造を有する電極線の製造方法に関する。

低速ワイヤカット（ＷＥＤＭ−ＬＳ）は、ワイヤカット放電加工技術で、当該技術は連続的に移動する金属細線（電極線と呼ばれ、たとえば銅亜鉛合金、亜鉛メッキ線が挙げられる）を電極として使用し、切断加工物にパルス火花放電を行うことによって金属を侵食・除去する切断成形方法である。現在、低速ワイヤカット（ＷＥＤＭ−ＬＳ）は金型の製造、成形カッター、精密部品および特殊材料の加工でも幅広く応用されてきた。そのため、消耗品である可撓性電極線の需要も同じように増加し、そして切断加工物の表面粗さ、切断効率に影響する要因の一つになっている。低速ワイヤカット技術の発展とともに、電極線の材料も同様にいくつかの発展段階を経てきたが、まず、通常の銅線、すなわち、そのまま引抜銅線材を電極線として使用されていた。一般的に、合金における亜鉛含有量が高いほど、放電性能が高まるが、亜鉛含有量が４０ ｗｔ％超の場合、線材の延靭性が劣るため、電極線の製造コストが向上する。その後、メッキ電極線が幅広く使用されてきたが、当該線材は通常の銅線の表面に電気メッキ／溶融メッキによって亜鉛メッキ層を作り、当該メッキ層は潤滑作用を果たすことによって、切断速度が向上する。近年、メッキ電極線が改善され、たとえば多孔質電極線が高切断速度を有するために幅広く使用され、よってメッキ層の表面の微細構造の最適化および製造コストはこのような線材の発展の重要な方向の一つになっている。

特許ＺＬ２０１６１０２６０８８６．２および特許ＺＬ２０１３１０５６２１０２．８では、電極線のメッキ層の表面に縦のクラックを形成することによって、電極線の放電性能の安定性、切断速度を向上させることができることが指摘された。特許ＺＬ２０１５１０８６８５１７．７では、鱗状微細構造は大幅に亜鉛メッキ電極線の切断速度を向上させることができるため、コストが降下することが指摘された。そのため、メッキ層の表面のクラック分布および配向の研究は新規な電極線の材料の開発の重要な方向の一つになっている。また、表面の微細構造の存在は、電極線の水との潤滑性を改善することができるため、冷却効率が向上し、切断の破断回数が低下する。

そのため、出願者は、電極線の加工効率が向上し、切断コストが低下し、環境汚染が減少するように、新規な組織化メッキ構造の電極線の製造方法を提案する必要があると考える。

中国特許出願２０１６１０２６０８８６．２号明細書 中国特許出願２０１３１０５６２１０２．８号明細書 中国特許出願２０１５１０８６８５１７．７号明細書

本発明の目的は、上記既存技術の不足を解決するために、高切断速度で、低切断コストで、低環境汚染の優位の横方向組織化メッキ電極線の製造方法を提供することである。

上記目的を実現させるために、本発明によって設計された組織化メッキ電極線の製造方法は、以下の工程を含む：
電気メッキ／溶融メッキによって銅亜鉛合金電極線の表面に金属亜鉛メッキ層を製造する、工程（１）；
冷間引抜技術によって亜鉛メッキ電極線の素材に対して予備引抜処理を行う、工程（２）；
非連続熱処理技術によってＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造のメッキ電極線を形成する、工程（３）；
冷間引抜技術によって微細組織の電極線を製造し、電気メッキ／溶融メッキプロセス、非連続熱処理技術および冷間引抜技術を調節することによって、規則的な組織を有するメッキ電極線の材料を得、ここで、得られるメッキ電極線の表面に規則的な線状クラックがある、工程（４）。

さらに、工程（１）は、直径１．０ ｍｍ〜１．５ ｍｍの銅亜鉛合金（たとえばＣｕ／Ｚｎ：６０／４０、６３／３７、６５／３５など）を芯材とし、油・錆の除去、洗浄の後処理後、電気メッキ／溶融メッキ技術によって銅亜鉛合金線材の表面に金属メッキ層を沈着させ、製造プロセスを調整することによって異なるメッキ層の厚さのメッキ電極線の材料を得ることを含む。
工程（２）は、工程（１）で処理されたメッキ電極線を出発材料とし、冷間引抜技術によって予備引抜処理を行い、直径０．５ ｍｍ〜１．０ ｍｍの電極線の素材を得ることを含む。
工程（３）は、工程（２）で処理されたメッキ電極線を出発材料とし、真空／不活性加熱炉に入れ、２段階または多段階の温度勾配で電極線に対して拡散処理を行い、処理温度、処理時間のパラメーターを調節することによってＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造を有する電極線の素材を形成することを含む。

工程（４）は、工程（３）で処理された多層構造の電極線の素材を出発材料とし、一定の速度で引抜処理を行い、引抜パス、引抜直径比、引抜速度のパラメーターを調節することによって、異なる伸び率のＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ ／α−Ｃｕ多層構造の電極線の素材は直径が０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍでかつ組織化構造を有するメッキ電極線の材料になるようにすることを含む。

好適な実施形態として、工程（１）は銅亜鉛合金を芯材とし、油・錆の除去、洗浄後、電気メッキ／溶融メッキ技術によって銅亜鉛合金線材の表面に亜鉛メッキ層を作り、電気メッキの電流、電圧および時間／溶融メッキプロセスを調整することによって亜鉛層の厚さが２μｍ〜２０μｍの線材の素材を得ることを含む。

工程（２）は、工程（１）で処理された亜鉛メッキ電極線の素材を出発材料とし、引抜パス、引抜前後の直径比、引抜速度のパラメーターを制御することによって、直径が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの電極線の素材を製造することを含む。

工程（３）は、真空／不活性雰囲気炉によって工程（２）で処理された予備引抜電極線の素材に対して非連続熱拡散処理を行い、ここで、処理プロセスは２段階または多段階の熱拡散処理手段で、具体的に、熱拡散の過程でベルジャー型真空熱処理炉を使用し、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、８０〜５００分間の処理時間で熱拡散処理を行うことを含む。

工程（３）は、熱拡散処理の過程でベルジャー型真空熱処理炉を使用し、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、８０〜５００分間の処理時間で熱拡散処理を行うことを含む。

工程（３）で得られた線材の素材はＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕなどの多層構造で、ここで、β−Ｃｕ γ−Ｃｕ中間層の厚さ、成分などは処理の温度、時間などと密接に関連し、同時に層によって異なる組織、構造および伸び率などの特性を有する。

工程（４）は、工程（３）で処理された多層構造の線材の素材を使用し、６００ｍ／ｍｉｎ〜１５００ｍ／ｍｉｎの引抜速度、５パスの引抜処理によって上記線材が０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの微細組織の電極線になるように引抜き、さらに電圧２０〜５０Ｖ、電流５〜３０Ａで応力焼鈍処理を行い、組織化メッキ層を有する電極線を得ることを含む。

上記組織化メッキ電極線の製造方法によって得られる亜鉛メッキ電極線は、規則的な横方向の組織を有し、かつ表面に微細クラックが存在する。当該構造の存在によって、電極線と冷却液の接触が改善され、冷却効率が向上することで、高速の切断が実現できる。同時に、組織化構造の存在および冷却効率の向上によって亜鉛粉が落下する問題が減少し、電極線が切断の過程で破断する問題が改善され、そして冷却水ろ過装置の使用寿命が延びる。

さらに、前記組織化メッキ電極線の断面構造は銅亜鉛合金芯材および規則的な横方向の組織化亜鉛メッキ層の構造である。

さらに、前記組織化亜鉛メッキ電極線は、引張強度が９００ＭＰａ〜１２００ＭＰａで、伸び率が１％〜５％である。

さらに、前記組織化メッキ電極線の水接触角は約１２０°で、亜鉛メッキ線よりも顕著に向上することで、水の冷却効果が増加する。

さらに、前記組織化メッキ電極線は亜鉛メッキ線よりも切断の破断回数が３０％降下し、冷却水のイオン樹脂フィルターの交換時間が１０％延びる。

本発明で得られる組織化メッキ電極線の製造方法を既存技術と比べると、本発明は以下のような利点を有する。
（１）本発明によって提供される電極線のメッキ層は規則的な横方向の組織を有し、当該構造は電極線の材料により良い冷却効果、より高い切断速度を与え、電極線の使用性能を顕著に向上させ、たとえば切断速度が亜鉛メッキ線よりも１２％以上向上し、切断の破断回数が３０％降下し、冷却水のイオン樹脂フィルターの交換時間が１０％延びる。

（２）特に好適に、本発明の規則的な横方向の組織のメッキ層を有する電極線によって、亜鉛メッキ線に相当する引張強度、伸び率および切断サンプルの表面粗さに達する。
（３）本発明によって提供される組織化メッキ電極線は、生産コストが低い、プロセスが簡単、産業的に使用しやすいといった優位がある。

実施例１における組織化メッキ電極線の製造過程の概略図である。 実施例１の多層構造を有する線材の素材の微細構造および成分の図である。 実施例１の横方向の組織を有するメッキ電極線の表面プロフィール図である。 実施例１の異なる電極線の切断速度の比較図である。

以下、図面および実施例で本発明をさらに説明する。
実施例１：
図１〜図４に示すように、本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法は以下の工程で行った。

工程（１）の銅亜鉛合金芯材の表面への亜鉛メッキ層の製造：まず、洗浄後の亜鉛合金芯材（Ｃｕ／Ｚｎ：６０／４０）に対して電気メッキ／溶融メッキ処理を行い、そして亜鉛メッキプラセスを調整することによって厚さが５μｍの亜鉛メッキ層を得た。

工程（２）の予備引抜処理：上記メッキ電極線を出発材料とし、冷間引抜技術によって予備引抜処理を行い、直径０．５ ｍｍの電極線の素材を得た。

工程（３）の熱拡散処理：工程（２）で処理された電極線の素材に対して非連続熱拡散処理手段によって熱拡散処理を行い、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、２５０分間の処理時間で熱拡散処理を行うことにした。熱拡散後、亜鉛メッキ層と銅亜鉛合金芯材が相互拡散反応し、Ｚｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造を有する電極線の素材が形成した。

工程（４）の冷間引抜処理：工程（３）で処理された熱拡散処理の多層構造の線材の素材を使用し、１０００ｍ／ｍｉｎの引抜速度で上記線材が０．３ｍｍの微細組織の電極線になるように引抜き、さらに電圧３０Ｖ、電流１０Ａで応力焼鈍処理を行い、組織化メッキ電極線を得た。

本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法によって得られた組織化メッキ電極線は、規則的な横方向のクラックを有し、かつ一定の細孔が存在した。

データ分析：図２は、本実施例における多層構造を有する線材の素材の構造概略図および微細プロフィール図で、線材の素材が３層構造であることがわかる。図３は、本実施例における横方向の組織を有するメッキ電極線の表面プロフィール図で、電極線が規則的な横方向のクラックを有することがわかる。図４は、異なる電極線の切断速度の比較図で、本実施例における電極線の切断速度は黄銅線よりも１２．３５％速く、顕著な優位があることがわかる。

同時に、本実施例によって提供される電極線のメッキ層は規則的な横方向の組織を有し、当該構造は電極線の材料により良い冷却効果、より高い切断速度を与え、電極線の使用性能を顕著に向上させ、たとえば切断速度が亜鉛メッキ線よりも１２％以上向上し、切断の破断回数が３０％降下し、冷却水のイオン樹脂フィルターの交換時間が１０％延びた。

前記組織化メッキ電極線の断面構造は銅亜鉛合金芯材および規則的な横方向の組織化亜鉛メッキ層の構造である。前記組織化亜鉛メッキ電極線は、引張強度が９００ＭＰａ〜１２００ＭＰａで、伸び率が１％〜５％であった。前記組織化メッキ電極線の水接触角は約１２０°で、亜鉛メッキ線よりも顕著に向上することで、水の冷却効果が増加した。前記組織化メッキ電極線は亜鉛メッキ線よりも切断の破断回数が３０％降下し、冷却水のイオン樹脂フィルターの交換時間が１０％延びた。

実施例２：
本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法は以下の工程で行った。
工程（１）の銅亜鉛合金芯材の表面への亜鉛メッキ層の製造：まず、洗浄後の亜鉛合金芯材（Ｃｕ／Ｚｎ：６０／４０）に対して電気メッキ／溶融メッキ処理を行い、そして亜鉛メッキプラセスを調整することによって厚さが１０μｍの亜鉛メッキ層を得た。
工程（２）の予備引抜処理：上記メッキ電極線を出発材料とし、冷間引抜技術によって予備引抜処理を行い、直径０．８ ｍｍの電極線の素材を得た。
工程（３）の熱拡散処理：工程（２）で処理された電極線の素材に対して非連続熱拡散処理手段によって熱拡散処理を行い、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、３００分間の処理時間で熱拡散処理を行うことにした。熱拡散後、亜鉛メッキ層と銅亜鉛合金芯材が相互拡散反応し、Ｚｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造を有する電極線の素材が形成した。

工程（４）の引抜処理：工程（３）で処理された熱拡散処理の多層構造の線材の素材を使用し、１０００ｍ／ｍｉｎの引抜速度で上記線材が０．３ｍｍの微細組織の電極線になるように引抜き、さらに電圧３０Ｖ、電流１０Ａで応力焼鈍処理を行い、組織化メッキ電極線を得た。

本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法によって得られた組織化メッキ電極線は、規則的な横方向のクラックを有し、かつ一定の細孔が存在した。

測定したところ、本実施例における電極線の切断速度は黄銅線よりも１２．１７％速く、顕著な優位があった。

実施例３：
本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法は以下の工程で行った。
工程（１）の銅亜鉛合金芯材の表面への亜鉛メッキ層の製造：まず、洗浄後の亜鉛合金芯材（Ｃｕ／Ｚｎ：６３／３７）に対して電気メッキ／溶融メッキ処理を行い、そして亜鉛メッキプラセスを調整することによって厚さが５μｍの亜鉛メッキ層を得た。

工程（２）の予備引抜処理：上記メッキ電極線を出発材料とし、冷間引抜技術によって予備引抜処理を行い、直径０．５ ｍｍの電極線の素材を得た。

工程（３）の熱拡散処理：工程（２）で処理された電極線の素材に対して非連続熱拡散処理手段によって熱拡散処理を行い、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、４００分間の処理時間で熱拡散処理を行うことにした。熱拡散後、亜鉛メッキ層と銅亜鉛合金芯材が相互拡散反応し、Ｚｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造を有する電極線の素材が形成した。

工程（４）の引抜処理：工程（３）で処理された熱拡散処理の多層構造の線材の素材を使用し、１０００ｍ／ｍｉｎの引抜速度で上記線材が０．１５ｍｍの微細組織の電極線になるように引抜き、さらに電圧５０Ｖ、電流３０Ａで応力焼鈍処理を行い、組織化メッキ電極線を得た。

本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法によって得られた組織化メッキ電極線は、規則的な横方向のクラックを有し、かつ一定の細孔が存在した。

測定したところ、本実施例における電極線の切断速度は黄銅線よりも１２．８５％速く、顕著な優位があった。

実施例４：
本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法は以下の工程で行った。
工程（１）の銅亜鉛合金芯材の表面への亜鉛メッキ層の製造：まず、洗浄後の亜鉛合金芯材（Ｃｕ／Ｚｎ：６５／３５）に対して電気メッキ／溶融メッキ処理を行い、そして亜鉛メッキプラセスを調整することによって厚さが８μｍの亜鉛メッキ層を得た。

工程（２）の予備引抜処理：上記メッキ電極線を出発材料とし、冷間引抜技術によって予備引抜処理を行い、直径０．５ ｍｍの電極線の素材を得た。

工程（３）の熱拡散処理：工程（２）で処理された電極線の素材に対して非連続熱拡散処理手段によって熱拡散処理を行い、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、５００分間の処理時間で熱拡散処理を行うことにした。熱拡散後、亜鉛メッキ層と銅亜鉛合金芯材が相互拡散反応し、Ｚｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造を有する電極線の素材が形成した。

工程（４）の引抜処理：工程（３）で処理された熱拡散処理の多層構造の線材の素材を使用し、１０００ｍ／ｍｉｎの引抜速度で上記線材が０．２ｍｍの微細組織の電極線になるように引抜き、さらに電圧２０Ｖ、電流５Ａで応力焼鈍処理を行い、組織化メッキ電極線を得た。

本実施例によって提供される組織化メッキ電極線の製造方法によって得られた組織化メッキ電極線は、規則的な横方向のクラックを有し、かつ一定の細孔が存在した。

測定したところ、本実施例における電極線の切断速度は黄銅線よりも１２．５８％速く、顕著な優位があった。

もちろん、上記実施例は本発明の技術の趣旨および特徴を説明するためのものだけで、その目的はこの技術を熟知する人に本発明の内容を理解してそして実施することができるようにすることであり、これによって本発明の保護範囲が制限されない。本発明の趣旨によって行われる相同効果の変更や修飾は、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (8)

1. 組織化メッキ電極線の製造方法であって、以下の工程
   電気メッキ／溶融メッキによって銅亜鉛合金電極線の表面に金属亜鉛メッキ層を製造する、工程（１）と、
   冷間引抜技術によって亜鉛メッキ電極線の素材に対して予備引抜処理を行う、工程（２）と、
   非連続熱処理技術によってＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造のメッキ電極線を形成する、工程（３）と
   冷間引抜技術によって微細組織の電極線を製造し、電気メッキ／溶融メッキプロセス、非連続熱処理技術および冷間引抜技術を調節することによって、規則的な組織を有するメッキ電極線の材料を得、ここで、得られるメッキ電極線の表面に規則的な線状クラックがある、工程（４）と、
   を含み、
   工程（３）は、工程（２）で処理されたメッキ電極線を出発材料とし、真空／不活性加熱炉に入れ、２段階または多段階の温度勾配で電極線に対して拡散処理を行い、処理温度、処理時間のパラメーターを調節することによってＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ／α−Ｃｕ多層構造を有する電極線の素材を形成することを含み、
   工程（３）は、真空／不活性雰囲気炉によって工程（２）で処理された予備引抜電極線の素材に対して非連続熱拡散処理を行い、ここで、処理プロセスは２段階または多段階の熱拡散処理手段で熱拡散処理を行うことを含み、前記処理プロセスの前記２段階または多段階の熱拡散処理手段は、熱拡散の過程でベルジャー型真空熱処理炉を使用し、前記処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、８０〜５００分間の処理時間で処理することを含む、
   ことを特徴とする製造方法。
2. 工程（１）は、直径１．０ ｍｍ〜１．５ ｍｍの銅亜鉛合金を芯材とし、油・製造方法錆の除去、洗浄の後処理後、電気メッキ／溶融メッキ技術によって銅亜鉛合金線材の表面に金属メッキ層を沈着させ、製造プロセスを調整することによって異なるメッキ層の厚さのメッキ電極線の材料を得ることを含むことを特徴とする請求項１に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。
3. 工程（２）は、工程（１）で処理されたメッキ電極線を出発材料とし、冷間引抜技術によって予備引抜処理を行い、直径０．５ ｍｍ〜１．０ ｍｍの電極線の素材を得ることを含むことを特徴とする請求項１に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。
4. 工程（４）は、工程（３）で処理された多層構造の電極線の素材を出発材料とし、一定の速度で引抜処理を行い、引抜パス、引抜直径比、引抜速度のパラメーターを調節することによって、異なる伸び率のＺｎ／β−Ｃｕ γ−Ｃｕ ／α−Ｃｕ多層構造の電極線の素材が直径が０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍでかつ組織化構造を有するメッキ電極線の材料になるようにすることを含むことを特徴とする請求項１に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。
5. 工程（１）は銅亜鉛合金を芯材とし、油・錆の除去、洗浄後、電気メッキ／溶融メッキ技術によって銅亜鉛合金線材の表面に亜鉛メッキ層を作り、電気メッキの電流、電圧および時間／溶融メッキプロセスを調整することによって亜鉛層の厚さが２μｍ〜２０μｍの線材の素材を得ることを含むことを特徴とする請求項２に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。
6. 工程（２）は、工程（１）で処理された亜鉛メッキ電極線の素材を出発材料とし、引抜パス、引抜前後の直径比、引抜速度のパラメーターを制御することによって、直径が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの電極線の素材を製造することを含むことを特徴とする請求項３に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。
7. 工程（３）は、熱拡散処理の過程でベルジャー型真空熱処理炉を使用し、処理プロセスは１５０℃〜２００℃および３００℃〜４００℃の２段階の温度、８０〜５００分間の処理時間で熱拡散処理を行うことを含むことを特徴とする請求項１に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。
8. 工程（４）は、工程（３）で処理された多層構造の線材の素材を使用し、６００ｍ／ｍｉｎ〜１５００ｍ／ｍｉｎの引抜速度、５パスの引抜処理によって上記線材が０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの微細組織の電極線になるように引抜き、さらに電圧２０〜５０Ｖ、電流５〜３０Ａで応力焼鈍処理を行い、組織化メッキ層を有する電極線を得ることを含むことを特徴とする請求項４に記載の組織化メッキ電極線の製造方法。

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