一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維及其製造方法
2023-05-08 19:08:56 3
專利名稱：一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬纖維的製造方法，特別是一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維及其製造方法。
背景技術：
金屬纖維是上世紀七十年代後期出現於國外工業發達國家的一種高附加值新型工程材料，現已發展為金屬材料科學中的一個重要分支。金屬纖維不僅繼承了金屬材料本身固有的諸多優良性能，而且具有更好的可紡性和可燒結性，在化工、機械、冶金、航空航天、軍工等多個領域都有著廣泛用途。近年來，隨著金屬纖維應用領域的不斷擴大，對金屬纖維的性能要求也越來越高。例如，利用金屬纖維製造的燒結氈是一種新型的多孔金屬材料，具有三維網狀結構，孔隙率可達70-99%。然而，常用的拉拔纖維製造法生產成本高，工藝複雜，製造的銅纖維由於表面光滑，在用於製造複合材料時與基體的結合強度較低，而且由於燒結纖維氈時難以形成燒結頸，因此對燒結條件(燒結溫度、燒結壓力、燒結時間)的要求通常高於採用切削法製造的銅纖維。傳統的金屬纖維切削法一般基於單刃切削工藝，效率低下，容易斷屑，難以滿足對金屬纖維大批量生產的要求。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷與不足，提供一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維及其製造方法，本發明提出了一種製造工藝簡單、比表面積大、燒結性能良好且具有鱗翅狀結構及豐富表面形貌的銅金屬纖維及其製造方法。本發明通過以下技術方案來實現
一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維的製造方法，包括如下步驟
(1)對銅圓棒工件表面進行清洗、除油處理後，採用外圓車削法去除銅圓棒表面的氧化
層；
(2)將步驟(1)中處理後的銅圓棒工件的一端固定在臥式車床上，利用錐型鑽頭在工件的另一端面圓心處切削出錐孔，並採用錐型頂針壓緊錐孔，使工件在工作時能夠平穩旋轉；
(3)利用安裝在車床刀架上的多齒切削刀具切削步驟(2)中的工件得到具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維。所述的銅圓棒工件的材料為高彈性高硬度銅合金，圓棒直徑為35_60mm。所述步驟(3)中所述的多齒切削刀具為大刃傾角的多齒切削刀具，其主切削刃由若干個平行細齒構成，每個細齒截面呈等腰三角形，同一個細齒的兩側切削刃同時參與切削，在剝離切削層的同時起到良好的分屑作用，所述多齒刀具的名義前角}^為25-30°，名義后角「。為5-8°，主切削刃與工件軸線之間的夾角θ為45-55°，齒距『為0.3-0. 5mm，齒高 ￠/ 為 0. 2-0. 3mmο所述步驟(3)的切削過程中工件即工具機主軸的轉速r為50-180r/min，刀具為自動進給，進給量/為0. 1-0. 19mm/r，刀具的背吃刀量為0. 1-0. 2mm，切削條件為幹切削。所述應用如上方法製造的銅金屬纖維，切削出的連續型銅金屬纖維當量直徑為50-100 μ m,可收集性好，沿纖維長度方向排布鱗翅狀結構，所述鱗翅為非規則的近似三角形，排列規整，間距均勻，鱗翅高度為100-200μπι，間距為50-100 μ m，纖維具有豐富的粗糙表面形貌，比普通銅纖維具有更大的比表面積。與現有技術相比，本發明的有益效果在於
(1)製造工藝採用多齒切削法切削銅金屬纖維，將銅金屬纖維切削工藝從單刃發展為多齒。多齒刀具的每個細齒兩側的切削刃均參與切削過程，切削層被剝離的同時可將切屑分成多根纖維，起到良好的分屑作用，可同時獲得多根連續型微細金屬纖維，具有明顯的「一刀多纖」效果。本發明工藝簡單，對切削設備要求低，製造過程高效，不僅有效克服了傳統切削法生產效率低的問題，而且解決了切削法不能製造連續型金屬纖維的難題，在減少金屬纖維生產成本的同時，還大大縮短了生產時間；
(2)表面形貌與拉拔法和熔抽法製造的金屬纖維相比，多齒切削法製造的銅金屬纖維具有規則的鱗翅狀結構特徵，而且纖維表面具有豐富的多/微尺度形貌特徵；
(3)燒結性能由於採用多齒刀具製造的銅纖維具有十分豐富的表面結構及形貌，使銅纖維在燒結時更易形成燒結頸，纖維之間的結合強度增強，且所需的燒結溫度也大為降低，有效提高了銅金屬纖維的燒結性能；
(4)功能應用由於採用多齒刀具製造的銅纖維具有豐富的表面形貌，且具有規則的鱗翅狀特徵，極大地提高了纖維的比表面積。由其製得的銅纖維燒結氈在作為催化劑載體時，能夠有效增大催化劑與反應物的接觸面積，從而提高反應速率。另外，銅纖維表面突出的鱗翅狀結構有利於流體分布時產生湍流效應，熱交換時增大有效傳熱面積，因而具有更加明顯的強化傳質及傳熱特性。
圖1為本發明切削過程的原理示意圖2為本發明所用多齒刀具的幾何結構示意圖；圖3為本發明的具有規則鱗翅狀銅金屬纖維的SEM示意圖。圖中示出
1 一工件，2—多齒刀具，3—金屬纖維。
具體實施例方式下面對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明，但本發明的實施方式不限於此。實施例
如圖1所示為本發明切削過程的原理示意圖，選擇高鈹銅圓棒作為原材料，先對工件1表面進行清洗除油，採用外圓車削法去除工件1表面的氧化層，然後把工件1的一端固定在CA6140車床的三爪卡盤上，利用直徑為IOmm的錐形鑽頭在工件1的另一端面的圓心處切削出一個深約8mm的錐孔。用錐型頂針替換錐形鑽頭，壓緊錐孔，使工件1能夠平穩旋轉，以減少震動帶來的影響；如圖2為多齒刀具2的幾何結構示意圖，該多齒刀具為大刃傾角多齒刀具，把多齒刀具2安裝在車床刀架上，多齒刀具2的幾何參數如下名義前角}^為30°，名義后角為8°，齒距『為0.3mm，齒高i/為0.2mm，刃傾角θ為45°。設置切削工藝參數如下工件1即工具機主軸的轉速^為105r/min，刀具2的背吃刀量 為0. 15mm，進給量/為0. 19mm/r,為防止金屬纖維3隨工件1的旋轉發生纏繞，在切削過程中需對金屬纖維3進行緩慢的牽引收集。 如圖3為利用上述方法製造出來的高鈹銅金屬纖維的掃描電鏡顯微圖，由圖可見，纖維沿長度方向排布有規則的鱗翅狀結構，鱗翅形狀為非規則的近似三角形，鱗翅高度約為150 μ m，纖維表面凹凸不平，切削麵形貌呈明顯的擠裂狀特徵。
權利要求
1.一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維的製造方法，其特徵在於包括如下步驟(1)對銅圓棒工件表面進行清洗、除油處理後，採用外圓車削法去除銅圓棒表面的氧化層；(2)將步驟(1)中處理後的銅圓棒工件的一端固定在臥式車床上，利用錐型鑽頭在工件的另一端面圓心處切削出錐孔，並採用錐型頂針壓緊錐孔；(3)利用安裝在車床刀架上的多齒切削刀具切削步驟(2)中的工件得到具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維。
2.根據權利要求1所述的一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維的製造方法，其特徵在於所述的銅圓棒工件的材料為銅合金，圓棒直徑為35-60mm。
3.根據權利要求1所述的一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維的製造方法，其特徵在於所述步驟(3)中使用的多齒切削刀具為大刃傾角多齒切削刀具，其主切削刃由若干個平行細齒構成，每個細齒截面呈等腰三角形，同一個細齒的兩側切削刃同時參與切削，所述多齒刀具的名義前角Ktl為25-30°，名義后角α，主切削刃與工件軸線之間的夾角 θ 為 45-55°，齒距 r 為 0. 3-0. 5mm，齒高 ￠/為 0. 2-0. 3mm。
4.根據權利要求1所述的一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維的製造方法，其特徵在於步驟(3)中工件即工具機主軸的轉速r為50-180r/min，刀具為自動進給，進給量/為 0. 1-0. 19mm/r，刀具的背吃刀量 為0. 1-0. 2mm，切削條件為幹切削。
5.應用權利要求1-4任一項所述方法製造的一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維， 其特徵在於所述該銅金屬纖維當量直徑為50-100 μ m，沿纖維長度方向排布鱗翅狀結構， 所述鱗翅為非規則的三角形，鱗翅高度為100-200 μ m,間距為50-100 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種具有規則鱗翅狀結構的銅金屬纖維及其製造方法，本發明以直徑為35-60mm的銅合金圓棒為原材料，在車床上利用多齒切削刀具切削連續型微細金屬纖維。本發明工藝簡單，切削效率高，對設備條件要求低，製造出來的銅金屬纖維當量直徑為50-100μm，沿纖維長度方向排布有規則的鱗翅狀結構，纖維具有豐富的粗糙表面形貌，能夠顯著提高金屬纖維的比表面積。該特性不但有利於提高金屬纖維的燒結性能，而且能夠強化其作為多孔金屬原材料在諸多應用領域的功能特性。
文檔編號B22F9/04GK102554243SQ201210037278
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者萬珍平, 劉彬, 楊曉軍, 湯勇, 袁偉 申請人:華南理工大學