本發(fā)明涉及一種環(huán)保型無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層制備方法，屬于焊絲領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：2015年我國(guó)焊接材料總產(chǎn)量約為415萬噸，其中實(shí)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(guó)焊接自動(dòng)化水平的不斷提高，焊接機(jī)器人在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的使用比例越來越高，焊條的占比將減低，而實(shí)心焊絲的占比將提高，預(yù)計(jì)到2025年實(shí)心焊絲將成為我國(guó)焊接材料的第一大主體。環(huán)境污染問題普遍存在于機(jī)械制造業(yè)，隨著國(guó)家對(duì)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(shí)心焊絲最明顯。傳統(tǒng)氣保護(hù)實(shí)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(dǎo)電性和防銹性，導(dǎo)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(huì)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(huì)嚴(yán)重?fù)p害焊工的身體健康，誘發(fā)許多呼吸道疾病。同時(shí)鍍銅焊絲表面的銅層易剝落，堵塞送絲軟管，嚴(yán)重影響焊絲的送絲性能，焊接時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)斷弧、不送絲等情況，不適合于連續(xù)的機(jī)器人自動(dòng)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(guān)鍵問題，如焊絲的防銹性較差，導(dǎo)電嘴磨損較為嚴(yán)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(fù)合鍍、噴涂法、化學(xué)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(fù)雜、成本高、不能在線快速制備涂層等缺點(diǎn)，而且有些方法對(duì)環(huán)境存在一定污染。由于機(jī)械涂敷法成本低、效率高，對(duì)環(huán)境無污染，因而作為本發(fā)明制備納米復(fù)合涂層的首選方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保型無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)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(shí)導(dǎo)電嘴的磨損較小，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種環(huán)保型無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)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(jìn)一步優(yōu)選表面納米復(fù)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(jí)氟化石墨粉，5％～15％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣或微米級(jí)氟化鋇，余量為微米級(jí)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(jìn)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(jí)氟化鈣或微米級(jí)氟化鋇的目數(shù)為400～600目。微米級(jí)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(fù)合涂層采用機(jī)械涂敷的方法制備得到。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明解決了無鍍銅焊絲焊接時(shí)導(dǎo)電嘴磨損嚴(yán)重和防銹性差的問題，在350A電流下連續(xù)3h的自動(dòng)焊，使用本發(fā)明的無鍍銅焊絲導(dǎo)電嘴的磨損量與鍍銅焊絲導(dǎo)電嘴磨損相差不大，焊絲送絲性能優(yōu)良，該無鍍銅焊絲實(shí)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(shí)施方式下面通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述實(shí)施例。以下實(shí)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(jí)氟化鈣或微米級(jí)氟化鋇的目數(shù)為400～600目。微米級(jí)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(shí)施例1一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，15％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣或微米級(jí)氟化鋇，46.2％微米級(jí)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(shí)施例2一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，14％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣，43.8％微米級(jí)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(shí)施例3一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，13％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣，42.6％微米級(jí)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(shí)施例4一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，12％的納米級(jí)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(jí)氟化鋇，48.2％微米級(jí)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(shí)施例5一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，11％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣，42.6％微米級(jí)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(shí)施例6一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，10％的納米級(jí)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(jí)氟化鋇，37.8％微米級(jí)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(shí)施例7一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，9％的納米級(jí)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(jí)氟化鋇，33.3％微米級(jí)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(shí)施例8一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，8％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣，37.2％微米級(jí)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(shí)施例9一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，7％的納米級(jí)鉬粉，10％的納米二硫化鉬，3％的納米四氧化三鐵，28％微米級(jí)氟化鋇，26％微米級(jí)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(shí)施例10一種無鍍銅實(shí)心焊絲表面納米復(fù)合涂層采用機(jī)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(jí)氟化石墨粉，6％的納米級(jí)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(jí)氟化鈣，30.5％微米級(jí)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(shí)心焊絲規(guī)格為1.2mm，其焊接熔敷金屬化學(xué)成分如表1所示。采用該焊絲進(jìn)行焊接試驗(yàn)，其電弧穩(wěn)定性及導(dǎo)電嘴磨損率與市售的鍍銅焊絲或無鍍銅焊絲進(jìn)行對(duì)比，焊接工藝參數(shù)如表2所示，斷弧次數(shù)、導(dǎo)電嘴孔徑磨損率和導(dǎo)電嘴重量損失如表3所示，導(dǎo)電嘴孔徑磨損率計(jì)算公式如式(1-1)所示，導(dǎo)電嘴孔徑磨損率計(jì)算公式如式(1-2)所示。將自制的無鍍銅實(shí)心焊絲與市售的鍍銅焊絲或無鍍銅焊絲分別進(jìn)行大氣暴露腐蝕試驗(yàn)、恒溫恒濕試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)，其試驗(yàn)參數(shù)分別見表4，表5，表6，焊絲表面銹蝕率計(jì)算公式如式(1-3)所示，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。最后將上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)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(shí)施例熔敷金屬的化學(xué)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(hù)氣體100％CO2氣體流量15～20L/min焊絲干伸長(zhǎng)18～20mm焊接位置平焊電流極性直流反接焊接時(shí)間3h送絲速度12.1m/min表3焊絲的電弧穩(wěn)定性及導(dǎo)電嘴磨損性能試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)電嘴孔徑磨損率導(dǎo)電嘴重量損失mw＝mo-mmin(1-2)式中，Dmax—焊接3h后導(dǎo)電嘴內(nèi)徑最大值(mm)D0—導(dǎo)電嘴初始內(nèi)徑(mm)mo—導(dǎo)電嘴初始質(zhì)量(mg)mmin—焊接3|h后導(dǎo)電嘴質(zhì)量(mg)表4大氣暴露腐蝕試驗(yàn)條件溫度15～20℃相對(duì)濕度70％～80％放置時(shí)間2個(gè)月焊絲長(zhǎng)度30cm表5恒溫恒濕試驗(yàn)條件溫度35℃相對(duì)濕度65％放置時(shí)間1000h焊絲長(zhǎng)度30cm表6鹽霧試驗(yàn)條件試驗(yàn)溫度35℃飽和溫度47℃食鹽水濃度5％NaCl噴霧時(shí)間72h放置時(shí)間72h焊絲長(zhǎng)度30cm表7焊絲表面銹蝕率試驗(yàn)結(jié)果焊絲表面銹蝕率式中，mr—生銹焊絲的質(zhì)量(mg)m0—試驗(yàn)前焊絲的初始質(zhì)量(mg)表8焊絲綜合評(píng)價(jià)結(jié)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(cè)試、導(dǎo)電嘴磨損測(cè)試和抗銹性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)施例中的10種焊絲焊接時(shí)具有良好的電弧穩(wěn)定性，導(dǎo)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(shí)施例6焊絲性能最佳，與鍍銅焊絲相比，連續(xù)焊接3小時(shí)斷弧次數(shù)為3，降低了82.4％；導(dǎo)電嘴孔徑磨損率減少了21.5％，鹽霧試驗(yàn)條件下焊絲表面銹蝕率降低了34.2％。對(duì)導(dǎo)電嘴內(nèi)表面磨痕形貌進(jìn)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(hù)性的自修復(fù)膜，避免了鋼基體與導(dǎo)電嘴之間的直接接觸，從而顯著減少了導(dǎo)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(shí)心焊絲是一種環(huán)保型焊絲?；谝陨媳姸鄡?yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的環(huán)保型無鍍銅實(shí)心焊絲可以取代鍍銅焊絲。當(dāng)前第1頁1 2 3