CN106541224A - 一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法 - Google Patents

一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法，涉及化工技术领域。组成：棕榈油55‑75％、聚四氟乙烯3‑16％、炭黑4‑20％、石墨烯2‑7％、MoS2 2.5‑7.5％、纳米CuO 0.3‑5％、纳米TiO2 0.2‑1.6％。制备方法包括以下步骤：将上述重量百分比的基础油加入反应釜中，在75‑90℃下恒温搅拌1h，停止加热；再将上述重量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在0.4‑1.7Mpa压强下加热到50‑75℃，反应1h，均化脱气即可。本发明纳米润滑油涂敷在无镀铜特殊涂层焊丝表面可保证其良好的送丝性、抗锈性和电弧稳定性。

Description

一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法
技术背景
2014年，我国焊接材料总产量达到568万吨，气保护实心焊丝所占比例已达35.3％。国际机器人协会(IFR)报告显示，2014年全球工业机器人销量达到22.5万台，其中，中国市场的工业机器人销量增长54％，随着国内焊接机器人的发展，气保护实心焊丝将会迎来更大的发展空间。但镀铜焊丝在生产和使用中会产生一系列环保问题：生产中采用电镀或化镀等工艺，强酸、强碱、硫酸铜等化学品的使用会使生产环境中存在大量酸雾、碱雾等废气，而产生的废水中则含有大量的重金属；使用过程中，镀铜焊丝存在焊接飞溅大，焊缝成形差等缺陷，而且会产生大量的铜烟尘；其次，铜层剥落及其在导电嘴内高温烧结则会堵塞导电嘴，影响焊丝的工艺性能及在机器人焊接中的应用。
目前普遍对无镀铜焊丝的理解是一种特种涂层焊丝，涂层成分和表面处理方式各有不同，因此焊丝最终的使用性能也会不同，优良的涂层和表面处理方式不仅可以起到防锈和润滑的作用，还可以稳定电弧和减小飞溅。但实际上，即通过适当处理方式使表面暗化或表面增加其他的保护层，同时保证焊丝表面的光洁性，以达到最终的无镀铜要求。
纳米具有表面效应，纳米晶粒的减小导致其表面积、表面能和表面结合能都迅速增大，表现出很高的化学活性，大幅度提高了电子发射能力，引弧更容易，因此在焊丝表面涂敷添加有纳米微粒的润滑油会使无镀铜特殊涂层焊丝在焊接时表现出易引弧和电弧稳定的性能。
导电嘴磨损是制约无镀铜特殊涂层焊丝应用最棘手的问题，自动化焊接条件下，导电嘴磨损不仅影响无镀铜焊丝的成本优势，还严重降低焊接机器人的工作效率。摩擦学理论认为降低摩擦磨损的途径之一是在磨擦副表面形成软表面层，软表面层的存在可以降低相对运动时摩擦表面之间的剪切力和传递到亚表层的接触应力。以纳米材料为基础制备的新型润滑材料应用于摩擦系统中，不仅可以在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜，而且能吸附到摩擦表面的划痕或微坑处，或通过摩擦化学反应产物对摩擦表面进行一定程度的填补和修复。因此纳米添加剂在润滑油中的润滑行为及成膜机制可显著改善无镀铜特殊涂层焊丝导电嘴的磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法，以解决现有无镀铜特殊涂层焊丝存在的送丝性、导电嘴磨损等工艺缺陷，本发明的无镀铜特殊涂层焊丝纳米润滑油已经过多轮试生产，保证了无镀铜特殊涂层焊丝良好的送丝性、抗锈性、电弧稳定性，并解决了无镀铜特殊涂层焊丝导电嘴易磨损的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。
一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油55-75％、聚四氟乙烯3-16％、炭黑4-20％、MoS2 2.5-7.5％、纳米CuO0.3-5％、纳米TiO20.2-1.6％、石墨烯2-7％。
进一步，炭黑和石墨烯的质量比控制在2-4.5之间，纳米CuO和纳米TiO2的质量比控制在1.5-4.3之间。
进一步，所述纳米CuO的直径为30-200nm，纳米TiO2的直径为20-300nm。
上述一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在75-90℃下恒温搅拌1h，停止加热；
(2)再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强0.4-1.7MPa下加热到50-75℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
本发明无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油及其制备方法的有益效果是：
棕榈油的选用提高了焊丝的防锈性及送丝性，石墨烯因其极佳的导电属性和炭黑组合，有效降低了焊丝与导电嘴间的电阻率，焊丝的电弧稳定性得到显著改善，纳米CuO和纳米TiO2微粒随润滑油流入摩擦表面可在基体表面形成物理吸附膜层，降低基体表面的摩擦系数，提高了润滑油的抗磨减摩性能，改进了导电嘴的磨损问题。本发明制造的纳米润滑油涂敷在无镀铜特殊涂层焊丝表面可保证其良好的送丝性、抗锈性和电弧稳定性，导电嘴磨损问题得到显著改进。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。
在正常通用实心焊丝制造工艺下应用以下各实施例。
实施例1
该无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油75％、聚四氟乙烯15％、炭黑4％、MoS2 3.4％、纳米CuO 0.4％、纳米TiO2 0.2％、石墨烯2％。
所述纳米CuO直径为45nm。
所述纳米TiO2直径为30nm。
上述实施例无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在75℃下恒温搅拌1h，停止加热；
再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强0.4MPa下加热到50℃，反应1h，均化脱气，制成特殊涂层无镀铜焊丝用纳米润滑油。
实施例2
该无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油70％、聚四氟乙烯10％、炭黑8％、MoS2 6.5％、纳米CuO1.5％、纳米TiO2 0.5％、石墨烯3.5％。
所述纳米CuO直径为80nm。
所述纳米TiO2直径为85nm。
上述实施例无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在78℃下恒温搅拌1h，停止加热；
再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强0.5MPa下加热到54℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
实施例3
该无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油68％、聚四氟乙烯12％、炭黑10％、MoS2 2.7％、纳米CuO 2.4％、纳米TiO2 0.6％、石墨烯4.3％。
所述纳米CuO直径为110nm。
所述纳米TiO2直径为135nm。
上述实施例无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在81℃下恒温搅拌1h，停止加热；
再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强0.7MPa下加热到59℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
实施例4
该无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油60％、聚四氟乙烯16％、炭黑11％、MoS2 4.2％、纳米CuO 3％、纳米TiO2 0.8％、石墨烯5％。
所述纳米CuO直径为140nm。
所述纳米TiO2直径为185nm。
上述实施例无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在84℃下恒温搅拌1h，停止加热；
再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强1.2MPa下加热到64℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
实施例5
该无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油65％、聚四氟乙烯5％、炭黑14％、MoS2 6％、纳米CuO3.6％、纳米TiO2 0.9％、石墨烯5.5％。
所述纳米CuO直径为170nm。
所述纳米TiO2直径为225nm。
上述实施例无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在87℃下恒温搅拌1h，停止加热；
再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强1.4MPa下加热到69℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
实施例6
该无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油57％、聚四氟乙烯3％、炭黑20％、MoS2 7.5％、纳米CuO 4.5％、纳米TiO2 1.5％、石墨烯6.5％。
所述纳米CuO直径为200nm。
所述纳米TiO2直径为280nm。
上述实施例无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的制备方法，由以下步骤组成：
将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在90℃下恒温搅拌1h，停止加热；
再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强1.7MPa下加热到75℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
工艺性能对比试验，纳米润滑油涂层的无镀铜特殊涂层焊丝的涂油量控制在0.5-0.8kg/t：
(1)抗锈性实验：
将上述各实施例纳米润滑油涂层的无镀铜特殊涂层焊丝和市售镀铜焊丝进行抗锈性盐雾试验，盐雾条件如表1：
表1
将上述实施例所制无镀铜特殊涂层焊丝和市售镀铜焊丝进行工艺性能对比试验，焊接规范参数如表2：
表2
研究相同焊接规范下本发明各实施例纳米润滑油涂层的无镀铜特殊涂层焊丝及市售镀铜焊丝的送丝性、抗锈性、电弧稳定性及导电嘴磨损性能，焊丝直径为1.2mm，焊接试板尺寸为300×50×20mm，母材为Q235，保护气体为100％CO2气体，平焊。
工艺性能对比结果见表3：
表3
◎表示优，○表示良好，△表示一般。
表4工艺性能评价标准：
由表3所示的工艺性能对比可以看出：与对比例相比，本发明纳米润滑油所生产的无镀铜特殊涂层焊丝表现出优良的送丝性、抗锈性、电弧稳定性，导电嘴磨损问题亦得到显著改进。

Claims (5)

1.一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：棕榈油55-75％、聚四氟乙烯3-16％、炭黑4-20％、MoS2 2.5-7.5％、纳米CuO0.3-5％、纳米TiO20.2-1.6％、石墨烯2-7％。
2.按照权利要求1所述的一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，其特征在于，炭黑和石墨烯的质量比控制在2-4.5之间，纳米CuO和纳米TiO2的质量比控制在1.5-4.3之间。
3.按照权利要求1所述的一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，其特征在于，所述纳米CuO的直径为30-200nm。
4.按照权利要求1所述的一种无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油，其特征在于，纳米TiO2的直径为20-300nm。
5.制备1-4任一项所述的无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)将上述质量百分比的棕榈油加入反应釜中，在75-90℃下恒温搅拌1h，停止加热；
(2)再将上述质量百分比的聚四氟乙烯、炭黑、MoS2、纳米CuO、纳米TiO2、石墨烯分别投入反应釜中，在压强0.4-1.7MPa下加热到50-75℃，反应1h，均化脱气，制成无镀铜特殊涂层焊丝用纳米润滑油。
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