本發(fā)明涉及一種環(huán)保型無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層制備方法，屬于焊絲領域。
背景技術：
：2015年我國焊接材料總產(chǎn)量約為415萬噸，其中實心焊絲占比超過38％，已形成和焊條并列的兩大主體。隨著我國焊接自動化水平的不斷提高，焊接機器人在焊接結構生產(chǎn)中的使用比例越來越高，焊條的占比將減低，而實心焊絲的占比將提高，預計到2025年實心焊絲將成為我國焊接材料的第一大主體。環(huán)境污染問題普遍存在于機械制造業(yè)，隨著國家對焊接生產(chǎn)中環(huán)保問題的重視，焊絲制造過程中的環(huán)境污染問題越來越突出，尤以實心焊絲最明顯。傳統(tǒng)氣保護實心焊絲主要以鍍銅作為最終的后處理工序，使焊絲表面具有良好的導電性和防銹性，導電嘴的磨損較小，但是鍍銅焊絲制造過程中酸洗和鍍銅等工序會產(chǎn)生廢酸廢堿等污染環(huán)境的物質(zhì)，且焊接煙塵中含有大量的“銅煙”，這會嚴重損害焊工的身體健康，誘發(fā)許多呼吸道疾病。同時鍍銅焊絲表面的銅層易剝落，堵塞送絲軟管，嚴重影響焊絲的送絲性能，焊接時經(jīng)常出現(xiàn)斷弧、不送絲等情況，不適合于連續(xù)的機器人自動化焊接，因此亟待需要研制一種環(huán)保型無鍍銅焊絲以替代鍍銅焊絲。目前無鍍銅焊絲仍存在一些關鍵問題，如焊絲的防銹性較差，導電嘴磨損較為嚴重，因此在無鍍銅焊絲表面制備一種防銹抗磨涂層是解決這些問題的可行途徑。目前無鍍銅焊絲表面涂層制備工藝有溶膠凝膠法、物理氣相沉積、納米復合鍍、噴涂法、化學鍍膜、電刷鍍，以及一些特殊的表面處理方法等，但是這些方法具有涂層制備工藝復雜、成本高、不能在線快速制備涂層等缺點，而且有些方法對環(huán)境存在一定污染。由于機械涂敷法成本低、效率高，對環(huán)境無污染，因而作為本發(fā)明制備納米復合涂層的首選方法。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保型無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層的制備方法，所制備的焊絲具有穩(wěn)定的送絲性，良好的防銹性，焊接時導電嘴的磨損較小，本發(fā)明的技術方案如下：一種環(huán)保型無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層，其特征在于，包含納米固體粉末、防銹油、穩(wěn)弧劑，質(zhì)量比(0.5～1.5)：(0.2～1.0)：(1.2～2.0)。進一步優(yōu)選表面納米復合涂層占焊絲的質(zhì)量百分含量0.019％～0.045％。焊絲的直徑為1.2mm，焊絲基體由ER50-6盤條拉拔而成。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：10％～30％的納米級氟化石墨粉，5％～15％的納米級鉬粉，1％～10％的納米二硫化鉬或納米二硫化鎢，0.5％～3％的納米四氧化三鐵，20％～30％的微米級氟化鈣或微米級氟化鋇，余量為微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油75％～80％，菜籽油5％～10％，失水山梨醇油酸酯1.5％～2.8％，石油磺酸鈉0.8％～2.0％，羊毛脂0.5％～1.5％，納米蛇紋石2.0％～3.0％，環(huán)烷酸鈣0.3％～0.9％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.0％～4.0％，二烷基二硫代磷酸鋅2.2％-3.5％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.4％～2.2％。穩(wěn)弧劑由含堿金屬化合物中的一種或多種組成，如碳酸鹽、氧化物等。進一步優(yōu)選如下：氟化石墨粉的粒徑為10～20nm。納米鉬粉的粒徑為15～30nm。納米二硫化鉬或納米二硫化鎢的粒徑為15～25nm。納米四氧化三鐵的粒徑為30～50nm。微米級氟化鈣或微米級氟化鋇的目數(shù)為400～600目。微米級聚四氟乙烯粉的目數(shù)為300～500目。納米蛇紋石的粒徑為20～50nm。本發(fā)明的表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備得到。本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明解決了無鍍銅焊絲焊接時導電嘴磨損嚴重和防銹性差的問題，在350A電流下連續(xù)3h的自動焊，使用本發(fā)明的無鍍銅焊絲導電嘴的磨損量與鍍銅焊絲導電嘴磨損相差不大，焊絲送絲性能優(yōu)良，該無鍍銅焊絲實心焊絲在大氣暴露條件下放置30天焊絲表面無生銹情況。具體實施方式下面通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于下述實施例。以下實施例焊絲的直徑為1.2mm，焊絲基體由ER50-6盤條拉拔而成，焊絲包括焊絲基體和表面涂層。氟化石墨粉的粒徑為10～20nm。納米鉬粉的粒徑為15～30nm。納米二硫化鉬或納米二硫化鎢的粒徑為15～25nm。納米四氧化三鐵的粒徑為30～50nm。微米級氟化鈣或微米級氟化鋇的目數(shù)為400～600目。微米級聚四氟乙烯粉的目數(shù)為300～500目。納米蛇紋石的粒徑為20～50nm。實施例1一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.5g，防銹油0.8g，穩(wěn)弧劑1.2g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：10％的納米級氟化石墨粉，15％的納米級鉬粉，3.0％的納米二硫化鉬，0.8％的納米四氧化三鐵，25％的微米級氟化鈣或微米級氟化鋇，46.2％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油80％，菜籽油7％，失水山梨醇油酸酯1.5％，石油磺酸鈉1.0％，羊毛脂0.6％，納米蛇紋石2.0％，環(huán)烷酸鈣0.5％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.0％，二烷基二硫代磷酸鋅2.2％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬2.2％。穩(wěn)弧劑由碳酸鈉組成。實施例2一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.7g，防銹油0.3g，穩(wěn)弧劑1.4g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：12％的納米級氟化石墨粉，14％的納米級鉬粉，5.0％的納米二硫化鉬，2.2％的納米四氧化三鐵，23％的微米級氟化鈣，43.8％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油77％，菜籽油8％，失水山梨醇油酸酯2.2％，石油磺酸鈉1.4％，羊毛脂0.9％，納米蛇紋石2.2％，環(huán)烷酸鈣0.9％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.5％，二烷基二硫代磷酸鋅2.5％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.4％。穩(wěn)弧劑由碳酸鉀組成。實施例3一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.9g，防銹油0.5g，穩(wěn)弧劑1.2g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：14％的納米級氟化石墨粉，13％的納米級鉬粉，8％的納米二硫化鎢，1.4％的納米四氧化三鐵，21％的微米級氟化鈣，42.6％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油75％，菜籽油9％，失水山梨醇油酸酯2.7％，石油磺酸鈉1.8％，羊毛脂1.3％，納米蛇紋石2.5％，環(huán)烷酸鈣0.7％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.2％，二烷基二硫代磷酸鋅2.3％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.5％。穩(wěn)弧劑由碳酸銫組成。實施例4一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.6g，防銹油0.8g，穩(wěn)弧劑1.2g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：16％的納米級氟化石墨粉，12％的納米級鉬粉，2％的納米二硫化鉬，1.8％的納米四氧化三鐵，20％的微米級氟化鋇，48.2％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油80％，菜籽油6％，失水山梨醇油酸酯1.6％，石油磺酸鈉0.9％，羊毛脂1.2％，納米蛇紋石2.6％，環(huán)烷酸鈣0.5％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.2％，二烷基二硫代磷酸鋅2.7％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.4％。穩(wěn)弧劑由氧化鈰組成。實施例5一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.8g，防銹油1.0g，穩(wěn)弧劑1.8g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：18％的納米級氟化石墨粉，11％的納米級鉬粉，4.0％的納米二硫化鉬，2.4％的納米四氧化三鐵，22％的微米級氟化鈣，42.6％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油75％，菜籽油9％，失水山梨醇油酸酯1.6％，石油磺酸鈉1.8％，羊毛脂0.7％，納米蛇紋石2.7％，環(huán)烷酸鈣0.4％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.5％，二烷基二硫代磷酸鋅3.5％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.8％。穩(wěn)弧劑由碳酸鈉與碳酸鉀按質(zhì)量比1:1混合而成。實施例6一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末1.1g，防銹油0.8g，穩(wěn)弧劑1.4g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：20％的納米級氟化石墨粉，10％的納米級鉬粉，7.0％的納米二硫化鎢，1.2％的納米四氧化三鐵，24％的微米級氟化鋇，37.8％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油75％，菜籽油10％，失水山梨醇油酸酯1.5％，石油磺酸鈉1.9％，羊毛脂1.4％，納米蛇紋石2.6％，環(huán)烷酸鈣0.3％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.6％，二烷基二硫代磷酸鋅2.2％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.5％。穩(wěn)弧劑由碳酸鈉與碳酸銫按質(zhì)量比4:1混合組成。實施例7一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.9g，防銹油0.8g，穩(wěn)弧劑1.2g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：22％的納米級氟化石墨粉，9％的納米級鉬粉，9％的納米二硫化鉬，0.7％的納米四氧化三鐵，26％的微米級氟化鋇，33.3％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油76％，菜籽油7％，失水山梨醇油酸酯2.8％，石油磺酸鈉1.0％，羊毛脂1.5％，納米蛇紋石3.0％，環(huán)烷酸鈣0.9％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.7％，二烷基二硫代磷酸鋅2.5％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.6％。穩(wěn)弧劑由碳酸鈉與氧化鈰按質(zhì)量比5:1混合而成。實施例8一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末1.5g，防銹油1.0g，穩(wěn)弧劑1.2g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：24％的納米級氟化石墨粉，8％的納米級鉬粉，1.0％的納米二硫化鎢，2.8％的納米四氧化三鐵，27％的微米級氟化鈣，37.2％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油77％，菜籽油7％，失水山梨醇油酸酯1.9％，石油磺酸鈉1.3％，羊毛脂0.8％，納米蛇紋石2.8％，環(huán)烷酸鈣0.6％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.8％，二烷基二硫代磷酸鋅3.0％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.8％。穩(wěn)弧劑由碳酸鉀與碳酸銫按質(zhì)量比3:1混合而成。實施例9一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.5g，防銹油1.0g，穩(wěn)弧劑2.0g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：26％納米級氟化石墨粉，7％的納米級鉬粉，10％的納米二硫化鉬，3％的納米四氧化三鐵，28％微米級氟化鋇，26％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油78％，菜籽油5％，失水山梨醇油酸酯2.7％，石油磺酸鈉1.0％，羊毛脂1.3％，納米蛇紋石2.6％，環(huán)烷酸鈣0.5％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.8％，二烷基二硫代磷酸鋅3.4％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.7％。穩(wěn)弧劑由碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銫按質(zhì)量比4:3:1混合而成。實施例10一種無鍍銅實心焊絲表面納米復合涂層采用機械涂敷的方法制備，其中每10kg焊絲含有納米固體粉末0.8g，防銹油1.0g，穩(wěn)弧劑1.2g。納米固體粉末按重量百分比由以下物質(zhì)混合而成：28％的納米級氟化石墨粉，6％的納米級鉬粉，6％的納米二硫化鎢，0.5％的納米四氧化三鐵，29％的微米級氟化鈣，30.5％微米級聚四氟乙烯粉。防銹油按重量百分比由以下成分制成：全氟聚醚合成油79％，菜籽油5％，失水山梨醇油酸酯1.7％，石油磺酸鈉1.4％，羊毛脂1.2％，納米蛇紋石2.4％，環(huán)烷酸鈣0.7％，聚異丁烯雙丁二酰亞胺3.5％，二烷基二硫代磷酸鋅3.5％，二烷基二硫代氨基甲酸鉬1.6％。穩(wěn)弧劑由碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鈰按質(zhì)量比5:3:1混合而成。所得的無鍍銅實心焊絲規(guī)格為1.2mm，其焊接熔敷金屬化學成分如表1所示。采用該焊絲進行焊接試驗，其電弧穩(wěn)定性及導電嘴磨損率與市售的鍍銅焊絲或無鍍銅焊絲進行對比，焊接工藝參數(shù)如表2所示，斷弧次數(shù)、導電嘴孔徑磨損率和導電嘴重量損失如表3所示，導電嘴孔徑磨損率計算公式如式(1-1)所示，導電嘴孔徑磨損率計算公式如式(1-2)所示。將自制的無鍍銅實心焊絲與市售的鍍銅焊絲或無鍍銅焊絲分別進行大氣暴露腐蝕試驗、恒溫恒濕試驗和鹽霧試驗，其試驗參數(shù)分別見表4，表5，表6，焊絲表面銹蝕率計算公式如式(1-3)所示，試驗結果如表7所示。最后將上述試驗結果進行綜合評價，其評價結果如表8所示。生產(chǎn)每噸焊絲所排放的污染物和能耗如表9所示。表1實施例熔敷金屬的化學成分(wt％)表2焊接工藝參數(shù)焊接電壓35～40V焊接電流330～350A焊接速度45cm/min保護氣體100％CO2氣體流量15～20L/min焊絲干伸長18～20mm焊接位置平焊電流極性直流反接焊接時間3h送絲速度12.1m/min表3焊絲的電弧穩(wěn)定性及導電嘴磨損性能試驗結果導電嘴孔徑磨損率導電嘴重量損失mw＝mo-mmin(1-2)式中，Dmax—焊接3h后導電嘴內(nèi)徑最大值(mm)D0—導電嘴初始內(nèi)徑(mm)mo—導電嘴初始質(zhì)量(mg)mmin—焊接3|h后導電嘴質(zhì)量(mg)表4大氣暴露腐蝕試驗條件溫度15～20℃相對濕度70％～80％放置時間2個月焊絲長度30cm表5恒溫恒濕試驗條件溫度35℃相對濕度65％放置時間1000h焊絲長度30cm表6鹽霧試驗條件試驗溫度35℃飽和溫度47℃食鹽水濃度5％NaCl噴霧時間72h放置時間72h焊絲長度30cm表7焊絲表面銹蝕率試驗結果焊絲表面銹蝕率式中，mr—生銹焊絲的質(zhì)量(mg)m0—試驗前焊絲的初始質(zhì)量(mg)表8焊絲綜合評價結果注：◎表示優(yōu)，○表示良好，△表示一般，×表示差表9生產(chǎn)每噸焊絲所排放的污染物和平均能耗通過以上焊絲的電弧穩(wěn)定性測試、導電嘴磨損測試和抗銹性試驗，發(fā)現(xiàn)實施例中的10種焊絲焊接時具有良好的電弧穩(wěn)定性，導電嘴磨損較小，抗銹性較佳，綜合性能優(yōu)于市售的鍍銅焊絲或無鍍銅焊絲，其中實施例6焊絲性能最佳，與鍍銅焊絲相比，連續(xù)焊接3小時斷弧次數(shù)為3，降低了82.4％；導電嘴孔徑磨損率減少了21.5％，鹽霧試驗條件下焊絲表面銹蝕率降低了34.2％。對導電嘴內(nèi)表面磨痕形貌進行掃描電鏡(SEM)分析，發(fā)現(xiàn)磨痕較淺，表面光滑，可能是納米顆粒在摩擦界面形成了一層保護性的自修復膜，避免了鋼基體與導電嘴之間的直接接觸，從而顯著減少了導電嘴的磨損量。從環(huán)保角度來看，與鍍銅焊絲相比，本發(fā)明的焊絲生產(chǎn)過程中廢水量減少了87.9％，固體廢棄物排放降低了85.8％，無廢酸、廢堿和鍍銅溶液，平均能耗減少了34.9％，因而本發(fā)明的無鍍銅實心焊絲是一種環(huán)保型焊絲。基于以上眾多優(yōu)點，本發(fā)明的環(huán)保型無鍍銅實心焊絲可以取代鍍銅焊絲。當前第1頁1 2 3