CN101407004B - 具纳米涂层的气体保护焊丝 - Google Patents

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本发明涉及焊接领域，特别涉及一种具纳米涂层的气体保护焊丝。该具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，其表面具一涂层，该涂层的组分及重量百分比为：四硼酸钾0.05～0.18％，硬脂酸钙0.15～0.80％，二氧化钛余量；所述涂层厚度为100～300nm。由于采用了上述的技术解决方案，完全解决了表面镀铜焊丝在焊接时焊接飞溅大，焊丝表面易发生点蚀，过渡到焊缝的铜元素可能削弱焊缝性能，有毒物质铜元素含量高的缺陷，通过本发明的技术解决方案可以得到电弧稳定、飞溅小、防锈好、易送丝、焊缝韧性好的气体保护焊丝。

Description

具纳米涂层的气体保护焊丝
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别涉及一种具纳米涂层的气体保护焊丝。
背景技术
目前气体保护焊丝所采用的主要方法是表面镀铜，但是镀铜的缺点是焊接烟尘中有毒物质铜(Cu)元素含量高，焊接飞溅大，焊丝表面易发生点蚀。而且随着材料强度的提高，过渡到焊缝的铜元素可能削弱焊缝性能。为了解决传统镀铜焊丝的上述缺点，已有不少专利提出用水溶性防锈剂和油溶性防锈剂制造的涂层成分不同、表面处理方式差异的气体保护焊丝，但是仍缺少可实现高效率、低飞溅的大电流气体保护焊丝。
发明内容
本发明的目的在于提供在焊丝表面形成比镀铜层更致密而牢固的涂层的焊丝，使焊丝具有更好的防锈能力，更好的电弧稳定性，更小飞溅，因而可采用更大的电流进行焊接，提高焊接效率。
实现本发明目的的技术方案是：一种具纳米涂层的气体保护焊丝，其表面具一涂层，该涂层的组分及重量百分比为：
四硼酸钾    0.05～0.18％，
硬脂酸钙    0.15～0.80％，
二氧化钛    余量；
所述涂层厚度为100～300nm。
优选地，上述涂层是用溶胶-凝胶法喷涂在焊丝表面的。
优选地，上述溶胶-凝胶法是采用有机钛醇盐水解反应引发缩聚反应，先生成纳米TiO2溶胶喷涂液，喷涂在焊丝表面，当进一步进行缩聚反应则生成凝胶，干燥后得到纳米TiO2涂层。
优选地，上述有机钛醇盐为钛酸乙酯或钛酸丁酯。
优选地，形成所述涂层的喷涂液中加入三乙醇胺作稳定剂。
优选地，形成所述涂层的喷涂液采用无水乙醇为溶剂。
一种上述的纳米涂层的制备方法：在无水乙醇中，溶解入四硼酸钾和硬脂酸钙后，再加入三乙醇胺作稳定剂，搅拌均匀后加入有机钛醇盐，搅拌均匀再缓缓加入水，于室温下搅拌3小时，然后陈化放置24小时，得到澄清透明略带淡黄色的溶胶喷涂液，涂于焊丝表面后，干燥即可。
由于采用了上述的技术解决方案，完全解决了表面镀铜焊丝在焊接时焊接飞溅大，焊丝表面易发生点蚀，过渡到焊缝的铜元素可能削弱焊缝性能，有毒物质铜元素含量高的缺陷。通过本发明的技术解决方案可以得到电弧稳定、飞溅小、防锈好、易送丝、焊缝韧性好的气体保护焊丝。
附图说明
图1为本发明具纳米涂层的气体保护焊丝制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种具纳米涂层的气体保护焊丝，其表面具一涂层，该涂层的组分及重量百分比为：
四硼酸钾    0.05～0.18％，
硬脂酸钙    0.15～0.80％，
二氧化钛    余量；
所述涂层厚度为100～300nm。
优选地，上述涂层是用溶胶-凝胶法喷涂在焊丝表面的。
优选地，上述溶胶-凝胶法是采用有机钛醇盐水解反应引发缩聚反应，先生成纳米TiO2溶胶喷涂液，喷涂在焊丝表面，当进一步进行缩聚反应则生成凝胶，干燥后得到纳米TiO2涂层。
优选地，上述有机钛醇盐为钛酸乙酯或钛酸丁酯。
优选地，形成所述涂层的喷涂液中加入三乙醇胺作稳定剂。
优选地，形成所述涂层的喷涂液采用无水乙醇为溶剂。
一种上述的纳米涂层的制备方法：在无水乙醇中，溶解入四硼酸钾和硬脂酸钙后，再加入三乙醇胺作稳定剂，搅拌均匀后加入有机钛醇盐，搅拌均匀再缓缓加入水，于室温下搅拌3小时，然后陈化放置24小时，得到澄清透明略带淡黄色的溶胶喷涂液，涂于焊丝表面后，干燥即可。
参考图1，为本发明具纳米涂层的气体保护焊丝制备工艺流程图。该工艺流程依次为放线1、清洗2、喷涂3、干燥4和收线5。
本发明采用溶胶-凝胶工艺在焊丝的表面喷涂含四硼酸钾、硬脂酸钙的纳米TiO2复合涂层。通过这种涂层可以得到电弧稳定、飞溅小，防锈好，易送丝，焊缝韧性好的气体保护焊丝。
纳米TiO2是一种能显著改善焊接电弧状态的物质。溶胶-凝胶法涂膜是采用有机钛醇盐(钛酸乙酯、钛酸丁酯等)的水解反应引发缩聚反应，生成纳米TiO2溶胶喷涂液，喷涂在焊丝表面，当缩聚反应进一步则生成凝胶，干燥后便得到纳米TiO2涂层。
本发明中，采用四硼酸钾作为电弧稳定剂，其含量为0.05～0.18％，含量小于0.05％，效果不大明显，大于0.18％，配制喷涂液时不能完全溶于乙醇溶液中。
本发明中，采用硬脂酸钙作为润滑剂，降低焊丝表面摩擦系数提高送丝性能。其含量为0.15～0.8％。小于0.15％，润滑性改善不显著，大于0.8％，配制喷涂液时不能完全溶于乙醇溶液中。
涂层的厚度对焊接性能、防锈能力、特别是送丝性能影响很大，当涂层厚度小于100nm，焊丝电弧稳定性、飞溅改善不明显，防锈能力也差。涂层厚度大于300nm，则焊丝的送进性变差。
喷涂液准备过程：在770ml无水乙醇中，溶解入50mg四硼酸钾和300mg硬脂酸钙后，再加入50ml三乙醇胺作稳定剂，搅拌均匀后加入170ml钛酸丁酯。搅拌均匀再缓缓加入10ml水，于室温下搅拌3小时，然后陈化放置24小时，得到澄清透明略带淡黄色的复合前驱体溶液(喷涂液)。此种溶液的TiO2摩尔分数为0.5，[H2O]/[Ti]＝1.1。
焊丝涂层制备过程：拉拔到尺寸的焊丝经放线、清洗(脱脂、碱洗、酸洗)后，喷涂液通过压缩空气雾化喷嘴对焊丝表面涂膜，用雾化喷嘴的压力和焊丝收放线速度来控制涂层的厚度。涂层干燥(乙醇挥发)后进入收线机。
上述喷涂液喷涂干燥后可得到含0.08％四硼酸钾和0.5％硬脂酸钙的纳米TiO2涂层。
采用本工艺喷涂特种涂层的焊丝ER50-6(0.08C-1.50Mn-0.85Si-0.015S-0.020P)和ER76-1(0.07C-1.70Mn-0.45Si-0.32Cr-2.1Ni-0.52Mo-0.005S-0.006P)皆显示出优良的焊接工艺性能，MAG焊时可用比镀铜的焊丝更大的电流焊接(φ1.2可用300A，φ1.6可用350A)，焊缝金属的韧性及抗裂性更好。典型的机械性能如下表所示。
Figure GSB00000067514100041
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，其表面具一涂层，该涂层的组分及重量百分比为：
四硼酸钾    0.05～0.18％，
硬脂酸钙    0.15～0.80％，
二氧化钛    余量；
所述涂层厚度为100～300nm。
2.根据权利要求1所述的具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，所述涂层是用溶胶-凝胶法喷涂在焊丝表面的。
3.根据权利要求2所述的具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，所述溶胶-凝胶法是采用有机钛醇盐水解反应引发缩聚反应，先生成纳米TiO2溶胶喷涂液，喷涂在焊丝表面，当进一步进行缩聚反应则生成凝胶，干燥后得到纳米TiO2涂层。
4.根据权利要求3所述的具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，所述有机钛醇盐为钛酸乙酯或钛酸丁酯。
5.根据权利要求3所述的具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，形成所述涂层的喷涂液中加入三乙醇胺作稳定剂。
6.根据权利要求3所述的具纳米涂层的气体保护焊丝，其特征在于，形成所述涂层的喷涂液采用无水乙醇为溶剂。
7.一种如权利要求1所述的纳米涂层的制备方法，其特征在于，在无水乙醇中，溶解入四硼酸钾和硬脂酸钙后，再加入三乙醇胺作稳定剂，搅拌均匀后加入有机钛醇盐，搅拌均匀再缓缓加入水，于室温下搅拌3小时，然后陈化放置24小时，得到澄清透明略带淡黄色的溶胶喷涂液，涂于焊丝表面后，干燥即可。
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