本发明属于钛合金线材制备，具体涉及一种弦类乐器用钛合金芯线及其制备方法。
背景技术：
1、在当今的乐器制造领域，弦类乐器的音质和性能很大程度上依赖于琴弦的材料和制作工艺。乐器弦通常包括芯线、缠绕层、涂覆层等几部分，其中最关键的是芯线，下文所述乐器弦均指芯线。传统的乐器弦主要由钢、镍、铜等金属材料制成，这些材料虽然具备一定的强度和弹性，但在使用过程中也存在一些不可忽视的缺点，如易生锈、易疲劳断裂、音质衰减快等，传统乐器弦的局限性具体为：(1)钢弦：钢弦因其较高的强度和弹性被广泛应用于吉他、小提琴等弦类乐器。然而，钢弦在潮湿环境下容易生锈，使用寿命相对较短，且在长期拉伸和振动下易发生疲劳断裂。此外，钢弦的音色在使用一段时间后会逐渐衰减，影响演奏效果。cn202121624276和cn202022595909分别公开了一种乐器弦和一种吉他弦的组成结构和制备工艺，重点突出了芯线表面pvd真空镀膜层的特点，所采用的芯线为常规的钢芯和尼龙芯，并未对芯线制备工艺以及本身性能的提升作说明。(2)镍弦和铜弦：镍弦和铜弦在音色上有一定的优势，但其力学性能和耐用性不如钢弦，尤其是在高强度使用下易变形、断裂。此外，镍和铜的耐腐蚀性能也较为一般，易受环境影响而影响音质。
2、随着音乐爱好者和专业音乐家对高品质音色和持久耐用性的要求不断提高，寻找一种性能更优越的新材料来制作乐器弦成为亟待解决的问题。现有乐器弦领域对新材料的探索与应用情况如下：
3、(1)合金材料：为了克服传统材料的缺点，乐器制造商尝试使用各种合金材料，如不锈钢合金、高碳钢合金等。这些合金在一定程度上提高了琴弦的耐腐蚀性和使用寿命，但仍未能完全解决音色衰减和疲劳断裂的问题。
4、(2)复合材料：近年来，一些复合材料如碳纤维、玻璃纤维等也开始应用于琴弦制造。这些材料虽然在轻量化和耐腐蚀性方面表现优异，但在音质传导和力学性能上与金属材料相比仍有差距，且制造工艺复杂，成本较高。cn201610679177公开了一种改性材料及乐器弦的制备方法，突出了对传统尼龙材料乐器弦在稳定性和抗蠕变力方面的提升，但相对金属类乐器弦在音质和耐用性等方面还是存在不小的差距。
5、(3)钛合金，钛合金在乐器弦应用中具有以下几点显著优势：
6、①轻量化：钛合金具有较高的比强度，其密度约为钢的60％，但强度却接近甚至超过某些高强度钢材。这使得使用钛合金制成的乐器弦能够在保持较高强度的同时减少琴弦的自重，提升演奏体验(舒适度和灵活性)和乐器的整体性能。
7、②人体亲和性：钛合金具有出色的生物相容性，对人体无毒无害，不会引发皮肤过敏或其他健康问题。对于演奏者，尤其是专业音乐家和需要长期使用乐器的人群，钛合金乐器弦是一种更加安全、舒适的选择。
8、③耐腐蚀性：钛合金在多种环境中表现出优异的耐腐蚀性，优异的耐腐蚀性确保琴弦在各种环境下都能保持稳定的音质，不易受潮湿、汗液和其他环境因素影响。这使得钛合金乐器弦的维护更加简单，同时也延长了使用寿命。
9、④使用寿命：钛合金具有良好的弹性模量和疲劳性能，能够承受长时间、高强度的拉伸和弯曲，不易断裂或变形，这对于乐器弦的持久稳定性和音质一致性至关重要。钛合金乐器弦的抗疲劳性能和耐磨性显著优于传统钢弦和镍弦，在长时间使用后仍能保持良好的音质和弹性。使用钛合金乐器弦可以减少频繁更换弦的需求，降低了使用成本。
10、⑤钛合金制造的音乐器具有清晰、明亮、鲜明的音色，富有变化，具有很好的音质表现；钛合金的声音品质非常优秀，特别是在高频段表现出色，音质清晰、明亮、不失细腻。
11、综上所述，钛合金作为一种新兴的高性能材料，在作为乐器器材领域具有较大的潜力。国内钛合金材料在乐器上的应用还相对较少，特别是在弦类产品上的开发还鲜有报道。国外据悉美国某公司已经开发了钛合金琴弦，并在吉他等乐器上广泛应用，并取得了一定的市场认可度。钛合金乐器弦虽然在某些高端乐器中已有应用，但在材料成分设计、制备工艺、热处理及表面处理等方面仍存在技术瓶颈。如何优化钛合金的成分以提升音色，如何改进制备工艺以确保琴弦的一致性和稳定性，如何通过热处理和表面处理进一步提升琴弦的性能，仍是亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是现有钛合金乐器弦性能较差的问题。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种弦类乐器用钛合金芯线，其化学成分按质量百分比为：al 5.5～6.5％、v 3.5～4.5％、zr 1.0～1.5％、sn 0.5～0.8％、o≤0.15％、c≤0.05％、n≤0.03％、h≤0.01％、fe≤0.25％，其余为钛和其他元素；所述其他元素为不可避免的杂质，每种杂质含量≤0.05％且杂质总量≤0.30％。
3、上述弦类乐器用钛合金芯线表面附着有氮化钛薄膜，截面为正六边形，音准误差≤0.7hz，张力≥60n，抗拉强度≥930mpa，硬度≥340hv，表面粗糙度≤0.25μm。
4、上述弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，包括如下步骤：
5、a.熔炼：按上述弦类乐器用钛合金芯线的化学成分配料，在真空自耗炉中进行三次锭熔炼，得到钛合金铸锭；
6、b.锻轧：将钛合金铸锭锻造开坯成直径φ50mm的圆形截面直条，将开坯料截成1200mm长度，然后进行5道次热轧减径制备成直径φ8.5mm的钛合金盘条；
7、c.辊模拉拔：将钛合金盘条去除氧化皮，然后进行6道次辊模拉拔减径制备成直径φ1.2±0.03mm的中间品；
8、d.冷轧：按实际应用的尺寸需求，将中间品进行冷轧加工处理，得到六边形截面的钛合金芯线。
9、进一步的是，上述步骤a中，熔炼温度为1700～1800℃。
10、进一步的是，上述步骤b中，锻造温度为900～1000℃，热轧温度为845～855℃。
11、进一步的是，上述步骤c中，辊模拉拔采用聚乙二醇基水溶性润滑剂进行润滑；每辊模拉拔减径道次之间进行一次真空退火热处理，退火温度为825～835℃，保温时间1h。
12、进一步的是，上述步骤d中，钛合金芯线尺寸精度控制在±0.01mm以内。
13、上述弦类乐器用钛合金芯线的热处理方法：于850-950℃进行固溶处理后油冷，于450-550℃进行时效处理后随炉冷却。
14、上述弦类乐器用钛合金芯线的表面处理方法：酸洗去脂后通过磁控溅射在钛合金芯线表面形成氮化钛薄膜。
15、进一步的是，上述磁控溅射使用氮气和钛靶材，加热温度为300～500℃。
16、本发明的有益效果是：本发明采用科学的材料成分设计，结合先进的熔炼、锻轧、辊模拉拔、冷轧、热处理及表面处理工艺，最终制备出性能优异的钛合金芯线。采用本发明的成分设计和制备工艺制成的钛合金乐器弦具有以下优异性能：(1)音色优美：钛合金芯线具有优异的音色传导性能，音色清晰明亮，富有层次感，适用于各种弦类乐器；(2)长使用寿命：由于其高强度、抗疲劳和耐腐蚀特性，钛合金乐器弦的使用寿命显著长于传统钢弦和镍弦，减少了频繁更换的需求；(3)高耐腐蚀性：表面处理后的钛合金芯线在潮湿、汗液等环境下不易生锈，保持长期稳定的性能。
17、本发明的钛合金乐器弦为弦类乐器制造提供了一种高性能、长寿命的优质材料，具有广泛的市场应用前景和推广价值。
1.一种弦类乐器用钛合金芯线，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：al 5.5～6.5％、v 3.5～4.5％、zr 1.0～1.5％、sn 0.5～0.8％、o≤0.15％、c≤0.05％、n≤0.03％、h≤0.01％、fe≤0.25％，其余为钛和其他元素；所述其他元素为不可避免的杂质，每种杂质含量≤0.05％且杂质总量≤0.30％。
2.根据权利要求1所述的弦类乐器用钛合金芯线，其特征在于：其表面附着有氮化钛薄膜，截面为正六边形，音准误差≤0.7hz，张力≥60n，抗拉强度≥930mpa，硬度≥340hv，表面粗糙度≤0.25μm。
3.弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：步骤a中，熔炼温度为1700～1800℃。
5.根据权利要求3所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：步骤b中，锻造温度为900～1000℃，热轧温度为845～855℃。
6.根据权利要求3所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：步骤c中，辊模拉拔采用聚乙二醇基水溶性润滑剂进行润滑；每辊模拉拔减径道次之间进行一次真空退火热处理，退火温度为825～835℃，保温时间1h。
7.根据权利要求3所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：步骤d中，钛合金芯线尺寸精度控制在±0.01mm以内。
8.根据权利要求3～7任一项所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：对钛合金芯线进行热处理，于850-950℃进行固溶处理后油冷，于450-550℃进行时效处理后随炉冷却。
9.根据权利要求8所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：对热处理后的钛合金芯线进行表面处理，酸洗去脂后通过磁控溅射在钛合金芯线表面形成氮化钛薄膜。
10.根据权利要求9所述的弦类乐器用钛合金芯线的制备方法，其特征在于：磁控溅射使用氮气和钛靶材，加热温度为300～500℃。
