CN102421538B - 具有薄的聚合物涂层的马氏体丝线 - Google Patents

具有薄的聚合物涂层的马氏体丝线 Download PDF

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Abstract

一种具有马氏体、回火马氏体、贝氏体或索氏体组织的狭长钢元件(12)，其具有直接位于狭长钢元件(14)上的厚度小于20μm的聚合物涂层(16)。通过该聚合物涂层，以较低的费用改善了摩擦系数和抗腐蚀性。

Description

具有薄的聚合物涂层的马氏体丝线
技术领域
本发明涉及具有马氏体、回火马氏体、贝氏体或索氏体组织的狭长钢元件，该狭长钢元件具有直接位于其上的聚合物涂层。本发明还涉及制造该狭长钢元件的方法。
背景技术
众所周知，对于诸如刷子制造的进一步下游处理，钢丝线的摩擦系数是非常重要的。
减小摩擦系数的通常方式是通过使用润滑剂，例如油。通常向钢丝线涂油(oiling)以改善进一步下游处理，由此还提供额外的抗腐蚀性。但是，在丝线表面上存在油具有产生粘性表面的缺点。例如，当涂油的钢丝线被捆束时，难以将这些涂油的束体分成预定的更小的束体。此外，油会污染工作区域，从而可能产生对于环境、安全和健康有害的情况。
裸钢的抗腐蚀性常常不足也是众所周知的。
腐蚀意味着钢元件由于化学反应瓦解成其构成原子。换而言之，钢元件的电子与水和氧反应。由于铁原子的氧化引起的铁弱化是电化学腐蚀的公知例子。这一般也被称为生锈。这种类型的损伤一般产生初始钢元件的氧化物和/或盐。
当前，诸如铬酸盐转化的受控腐蚀处理将增加钢元件的抗腐蚀性。但是，铬酸盐转化导致环境污染和更高的投资费用。
作为替代方案，可以在具有预先的镀锌涂层的钢元件上施加聚合物涂层。该聚合物涂层可产生着色的涂层，但是，聚合物涂覆之前的镀锌导致钢元件具有更高的费用和高的环境污染。用于聚合物涂覆的附加生产线也增加费用。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的问题。
本发明的目的还在于，减少环境污染。
本发明的又一目的是，提供具有低的摩擦和高的抗腐蚀性的狭长钢元件。
本发明的另一目的是，提供一种制造该狭长钢元件的方法。
根据本发明，具有马氏体、回火马氏体、贝氏体或索氏体组织的狭长钢元件具有直接位于该狭长钢元件上的聚合物涂层，并且该聚合物涂层具有小于20μm的厚度。
马氏体、回火马氏体、贝氏体和索氏体指的是四种形式的钢晶体组织。通常，马氏体和回火马氏体比珠光体更硬，并且贝氏体具有比珠光体更好的韧性和稳定性，索氏体具有比珠光体更好的机械特性。因此，顾及各种期望的应用或用途而优选马氏体、回火马氏体、贝氏体和索氏体。
术语“直接位于狭长钢元件上的聚合物涂层”指的是在聚合物涂覆之前不进行任何涂覆的裸露的狭长钢元件。这意味着在聚合物涂层和钢芯之间没有中间涂层。因此该狭长钢元件具有封闭的聚合物涂层以提供腐蚀防护。该聚合物涂层还导致具有低的摩擦系数(静摩擦系数和动摩擦系数)且同时仍然具有高的抗腐蚀性的狭长钢元件。此外，正如下文将要说明的，直接位于该狭长钢元件上的薄的聚合物涂层节省了大量费用。
US 5303498公开了包含由钢丝线和树脂构成的绞线(strand)的钓鱼线。在进行捆束以便用树脂涂覆之前，用抗腐蚀金属涂覆钢丝线。其还描述了钢丝线的碳含量较低，为0.01％至0.05％。
US 6951985公开了一种包含金属丝、外层、第一层和第二层的电缆。外层和第二层由电绝缘材料形成。第一层由超导材料形成。金属丝至少涂覆有三个层以获得超导电缆。
US 5789080公开了一种涂覆有硅烷层且具有小于0.20％的低碳含量的钢丝线。当该钢丝线被用于橡胶产品中时，硅烷涂层为钢丝线提供了良好的粘附性。
上述三篇专利均没有提到钢元件具有直接位于该狭长钢元件上的聚合物涂层。
优选地，该狭长钢元件具有回火的马氏体组织。换而言之，该狭长钢元件被回火以便在其硬度和强度之后获得高的延性和韧性。在对其进行回火之后，回火的马氏体变得更坚韧且具有更大延性。
聚合物涂层的厚度取决于狭长钢元件的性能需要。聚合物涂层越厚，则狭长钢元件的抗腐蚀性越好，但制造费用也越高。
根据本发明，聚合物涂层的厚度小于20μm。优选地，厚度小于15μm，例如小于10μm。更优选地，厚度范围为2至4μm。该狭长钢元件可以借助这种适宜的聚合物涂层厚度同时获得低的摩擦系数和高的抗腐蚀性。
根据本发明，该聚合物是均聚物或共聚物。优选地，该聚合物是共聚物。更优选地，该共聚物基于聚乙烯和/或聚丙烯酸酯或者基于聚苯乙烯和/或聚丙烯酸酯。
聚合物涂层向狭长钢元件提供改善的摩擦系数和抗腐蚀性。与现有的涂油钢元件相比，摩擦系数低将近20％并且抗腐蚀性高将近50％。这有益于诸如刷子制作或操纵索(control cable)丝线制作的进一步下游处理。特别地，动摩擦系数得到改善从而在诸如捆束和切割的进一步下游处理时保护涂层的表面免受损伤。
此外，与涂油相比，聚合物涂层可减少环境污染。
也可以向聚合物中添加着色颜料。可以使用无机颜料或有机颜料。颜料也可以是特殊的颜料，例如发光颜料。
因此，该狭长钢元件可适用于从紫光到红光的整个可见光谱。
根据本发明，该狭长钢元件的碳含量范围为0.30wt％至1.00wt％(wt％为重量百分比)。优选地，该狭长钢元件的碳含量范围为0.50wt％至0.80wt％。更优选地，该狭长钢元件的碳含量为0.60wt％。
钢组成还可包含0.30％至1.50％的锰含量、0.10％至1.80％的硅含量、最多0.035％的硫含量、最多0.035％的磷含量和最多1.50％的铬含量。可存在微量的铜、钒、硼、镍、钼、铌、铜钙、铝、钛和氮。
该狭长钢元件可以是圆形丝线、异形丝线(profile wire)、带材、片材、刀片或其它的狭长钢元件。并且，所述异形丝线可以是扁丝线、矩形丝线、方形丝线或其它的异形丝线。
对于圆形钢丝线，直径范围为0.15mm至20mm。直径范围优选为0.20mm至0.80mm。
一种制造涂覆聚合物的钢元件的方法，该方法包括下列步骤：
(a)将狭长钢元件奥氏体化；
(b)使所述狭长钢元件快速冷却以具有马氏体、贝氏体或索氏体组织；
(c)将所述狭长钢元件浸入具有聚合物的浴中以便向所述狭长钢元件提供小于20μm的聚合物涂层。
本领域中公知，为了得到非常纯的马氏体组织，应当快速冷却狭长钢元件。但是，如果冷却太快，则狭长钢元件将受损。
为了得到纯的贝氏体组织，必须将狭长钢元件再次加热到奥氏体区域(奥氏体化)，并在完全淬火(冷却)到低温之前稍微较慢地冷却到控制的温度。
为了使得马氏体或索氏体坚韧且延性，可在快速冷却之后对狭长钢元件进行回火。在上述的步骤(b)之后以300℃至450℃的温度对狭长钢元件进行回火。
对于狭长钢元件，在强度和延性之间存在平衡。为了获得所需的力学性能，需要精确控制回火处理期间的时间和温度。
可以在回火期间以仍存在于丝线内的热能来形成聚合物涂层。为了节省能量费用，在快速冷却或回火之后可对狭长钢元件进行冷却，直到其温度处于100℃和250℃之间。然后，高温的狭长钢元件通过浸浴从而被聚合物涂覆，从而利用该狭长元件内的残余能量。该技术的优点是，可以在不增加能量的情况下与回火步骤共生产线地进行聚合物涂覆。不再需要单独的聚合物涂覆生产线，例如挤出生产线。
另外，可以在聚合物涂覆之后用蜡涂覆狭长钢元件。蜡涂层可保护聚合物涂层在进一步下游处理时免受损伤。此外，钢元件的摩擦系数得到改善。其比涂覆聚合物的狭长钢元件低将近40％。而且抗腐蚀性比只涂覆聚合物涂层的狭长钢元件更好。
蜡涂层的厚度小于10μm。优选地，该厚度小于5μm。
根据本发明，具有低的摩擦系数和高的抗腐蚀性的该狭长钢元件可以用于许多应用中，例如刷子丝线、柔性针布丝线(card wire)、操纵索丝线以及用于窗户的擦拭器臂(wiper arm)和擦拭器片(wiperblade)。其还可在着色的情况下被应用，以满足诸如识别目的的市场产品需要。
附图说明
图1显示了具有聚合物涂层的圆形钢丝线的横截面；
图2显示了具有聚合物涂层和蜡涂层的圆形钢丝线的横截面；
图3显示了具有聚合物涂层和蜡涂层的扁钢丝线的横截面。
具体实施方式
图1中显示了第一实施方案。具有0.6％的碳含量和0.80mm的直径的圆形钢丝线12具有钢芯14和聚合物涂层16。聚合物涂层16的厚度为3μm。
为了制造涂覆聚合物的圆形钢丝线12，起始产品是线坯，所述线坯是在许多相继的拉拔步骤中被首先冷拉拔到其最终(钢)直径。然后，钢芯14首先以860℃至1000℃的温度被奥氏体化，并然后快速冷却直至温度低于60℃，然后以300℃至450℃的温度进行回火，然后冷却直至温度为150℃至200℃，从而得到回火的马氏体组织。然后，不是进行等待直至回火的钢丝线冷却到环境温度，而是将回火的钢丝线14浸入具有30vol％的聚合物浓度并且温度低于70℃的聚合物浴中，以得到3μm的聚合物涂层。钢丝线14中存在的热量有助于在钢丝线上形成聚合物涂层。
图2中显示了第二实施方案。圆形钢丝线18具有两个涂层，第一个是聚合物涂层16且第二个是蜡涂层20。将涂覆聚合物的钢丝线12浸入与聚合物涂覆共生产线的蜡浴中。蜡涂层的厚度为3μm。
与现有的涂油钢丝线相比，在下表中汇总了一些试验结果。
Figure BDA0000107993190000061
根据上表，具有聚合物和蜡涂层的钢丝线18和具有聚合物涂层的钢丝线12均具有比现有的涂油钢丝线更好的性能。即使非常薄的聚合物涂层(3μm)和非常薄的蜡涂层所提供的抗腐蚀性也比涂油钢丝线的抗腐蚀性高约50％以上。
参照图3，第三实施方案是具有贝氏体组织的扁钢丝线30，其具有钢芯32、10μm的聚合物涂层34和7μm的蜡涂层36。
第四实施方案是具有马氏体组织的钢刀片，其具有15μm的聚合物涂层和6μm的蜡涂层。
根据本发明的涂覆的马氏体钢丝线可被有利地用作刷子丝线。薄聚合物涂层防止钢丝线粘着在束体中并且仍提供刷子丝线的预期应用所需要的足够抗腐蚀性。
涂覆聚合物的马氏体钢丝线也可用作操纵索(例如推拉索)中的丝线。
作为替代，根据本发明的涂覆聚合物的圆形回火马氏体钢丝线可用作窗户擦拭器的擦拭器臂中的强度元件。
可在窗户擦拭器的擦拭器片中使用根据本发明的涂覆聚合物的扁马氏体钢丝线或矩形马氏体钢丝线。

Claims (14)

1.一种具有马氏体、回火马氏体、贝氏体或索氏体组织的刷子丝线，所述刷子丝线具有直接位于该刷子丝线上的聚合物涂层，所述聚合物涂层具有小于20μm的厚度。
2.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述刷子丝线在所述聚合物涂层的顶部上另外涂覆有蜡。
3.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述刷子丝线具有回火马氏体组织。
4.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述聚合物涂层具有小于15μm的厚度。
5.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述聚合物涂层具有2至4μm的厚度。
6.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述聚合物是共聚物。
7.根据权利要求6的刷子丝线，其特征在于，所述共聚物是基于聚乙烯和/或聚丙烯酸酯。
8.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述刷子丝线的碳含量范围是0.30wt%至1.00wt%。
9.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述刷子丝线是圆形钢丝线。
10.根据权利要求9的刷子丝线，其特征在于，所述圆形钢丝线的直径范围为0.15至20mm。
11.根据权利要求1的刷子丝线，其特征在于，所述刷子丝线是异形钢丝线。
12.根据权利要求11的刷子丝线，其特征在于，所述刷子丝线是扁钢丝线。
13.一种制造涂覆的刷子丝线的方法，所述方法包括以下的步骤：
（a）将刷子丝线奥氏体化；
（b）使所述刷子丝线快速冷却以便具有马氏体、贝氏体或索氏体组织；
（c）将所述刷子丝线浸入具有聚合物的浴中以向所述刷子丝线提供小于20μm的聚合物涂层。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，在步骤（b）之后，以300℃至450℃范围的温度对所述刷子丝线进一步进行回火。
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