CN111958146A - 一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法 - Google Patents

一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法，涉及化工与焊材领域。涂层由改性纳米复合物1％～10％、润滑油25％～80％和离子液体10％～65％组成；涂层占焊丝的质量百分含量为0.01％～0.07％。将多种纳米粒子复合，利用其协同润滑、自修复效应和强热稳定性，并将具有导电性的离子液体与润滑油有机结合，用于无镀铜焊丝涂层，既可使其具备包括自修复和抗磨减摩等优异综合性能，又便于工业在线制备具有特殊涂层性质的无镀铜焊丝。

Description

一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法
技术领域
本发明涉及化工与焊材领域，具体涉及一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法
技术背景
2018年，我国焊接材料总产量约为430万吨，气保护实心焊丝所占比例超过40％，已超越焊条成为第一大主体。随着我国焊接机器人在焊接生产中的应用比例不断提升，实心焊丝的占比将进一步扩大。传统气保护实心焊丝主要以镀铜作为最终的表面处理，具有良好导电、润滑性，同时导电嘴磨损较小。但存在一系列环保问题，如制造过程中酸洗和镀铜等工序会产生大量污染环境的废气、废液及固体废弃物；焊接烟尘中含大量损害焊工健康的“铜烟”；铜层剥落形成铜屑堵塞送丝软管，影响焊丝的工艺稳定性及自动化机器人焊接的效率。
无镀铜实心焊丝以有机涂层或润滑剂取代镀铜层，生产过程以机械清洗代替酸洗，基本做到无重金属、无酸、无碱产生，污染明显减少。焊丝在焊接过程中烟尘排放少，没有重金属铜的产生，有效保护焊接操作者的职业健康，引领行业向绿色发展。
目前制约无镀铜焊丝广泛工程应用的最主要因素是导电嘴磨损问题，导致电弧失稳、送丝阻力加大和断弧等问题，从而严重影响机器人自动焊接的精度、成本、效率和连续作业性，改善导电嘴与无镀铜焊丝摩擦磨损性能至关重要。
目前无镀铜焊丝所采用的涂层或润滑剂的综合性能较低，不能同时满足优良润滑、导电与防锈性能。而某些综合性能较好的特殊涂层，则需要额外添加导电中间层，制备工序较为复杂。
纳米材料因其具有小尺度和表面效应，以其为基础制备的新型润滑材料不仅可以在摩擦表面形成一层剪切的薄膜，降低摩擦因数，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，为无镀铜焊丝与导电嘴摩擦磨损的原位动态自修复提供了新的途径。将多种纳米材料混合制成纳米复合物可起到协同润滑作用，并且能在更宽的温度范围下服役。
离子液体是一种有机熔融盐，可作为高效的绿色有机溶剂。因离子液体具有极低的挥发性，不燃性，高热稳定性和化学稳定性，高离子传导性，宽电化学窗口与阴、阳离子的可调节性等优点，能满足焊丝表面涂层导电性的需求。
本发明将多种纳米粒子复合，利用其协同润滑、自修复效应和强热稳定性，并将具有导电性的离子液体与润滑油有机结合，制备一种含离子液体的纳米润滑油，用于无镀铜焊丝涂层，既可使其具备包括自修复和抗磨减摩等优异综合性能，又便于工业在线制备具有特殊涂层性质的无镀铜焊丝。
发明内容
本发明旨在提供一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法，所发明的无镀铜焊丝制备技术简便易行，原料绿色环保，集导电性、润滑性于一身的优良综合性能，可以保证其在自动焊接过程中具有良好的送丝性，电弧稳定性好，飞溅率低，同时能显著减少导电嘴磨损。
本发明的技术方案如下：
一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝，其特征在于，涂层由改性纳米复合物1％～10％、润滑油25％～80％和离子液体10％～65％组成；涂层占焊丝的质量百分含量为0.01％～0.07％。
进一步地，离子液体由1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫季铵盐(0～20％)、1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫磷酸盐(0～45％)、1-(2-羟乙基)-3-癸基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(0～73％)、三己基十四烷基膦双(2-乙基己基)磷酸盐(0～95％)、三己基四基膦双(2,4,4-三甲基戊基)膦酸盐(0～15％)、二乙基(3-溴丙基)亚磷酸盐(0～88％)、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)亚膦酸盐(0～31％)、三己基十四烷基双(2-乙基己基)亚膦酸盐(0～19％)、三己基十四烷基二丁基亚膦酸盐(0～40％)、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸盐(0～55％)中的一种或多种组成。
进一步地，润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：基础油聚癸烯83％～89％，缓蚀剂二壬基萘磺酸钡1.1％～10.1％，极压抗磨剂二芳基二硫代磷酸锌2.5％～8％，表面活性剂硬脂酰乳酸钙3.7％～11％。
进一步地，改性纳米复合物：其中纳米复合物按质量分数由以下组分组成：15％～22％的纳米铜粉、纳米银粉、纳米氧化锌中的一种或多种，10％～16％的纳米氟化钙和氟化钡的共晶粉，余量为FeCoCrNi高熵合金纳米粉；纳米复合物表面有表面功能剂。
改性纳米复合物中纳米铜/银/氧化锌粉粒径为15～40nm，纳米氟化钙-氟化钡共晶粉末粒径为25～60nm，FeCoCrNi高熵合金纳米粉末粒径为30～55nm，几种纳米粉末混合后制得的纳米复合物的平均粒径为20～50nm。表面功能剂为二硫醇、硅烷偶联剂KH550和油酸中的一种或多种。
上述所述改性纳米复合物的制备方法，由以下步骤组成：
(1)烧结混合：将上述各种纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，以200～300r/min滚湿5～10h，滚湿介质为无水乙醇，之后烘干，放入石墨模中预压，预压压力为15～25MPa，然后将粉末预压块和石墨模具一同经放电等离子烧结，烧结时氛围为真空、氩气、氮气、二氧化碳中任一种，升温速率65～80℃/min,在1100～1300℃下烧结15～20min，烧结时压力25～35MPa，制得纳米复合物块体；
(2)破碎制粉：通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥，控温范围室温～200℃；
(3)表面功能化：称取步骤(2)干燥后的纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末。
步骤(3)中表面功能剂水溶液添加量为1wt.％～10wt.％(相对于纳米复合物)。
进一步地，所述无镀铜焊丝，基体由ER50-G或H08E盘条拉拔而成，焊丝规格为直径0.8～1.6mm的气保护实心焊丝或直径1.6～5.0mm的埋弧焊焊丝，拉拔速度控制在10～30m/s。
进一步地，含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至75℃～90℃，同步超声分散30min(优选超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将润滑油倒入反应器中，96℃～140℃持续恒温加热，并伴随搅拌15～30min，停止加热，随后超声脱气处理10～15min，静置30min～1h无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油；
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层。
本发明的优点为：
本发明可保证其在CO2气保护焊时正常服役，抑制电弧放电，从而大幅减少电弧烧蚀，解决导电嘴磨损这一瓶颈问题，从而保证电弧稳定性，同时制备方法经济简便，易于工业推广和生产。(1)纳米复合物可以同时发挥多组元的协同润滑效应，并可以在较宽的温度范围内服役；(2)基础油中添加缓蚀剂二壬基萘磺酸钡与极压抗磨剂二芳基二硫代磷酸锌制成的润滑油保证了无镀铜焊丝的良好抗锈性与送丝性；(3)离子液体作为绿色有机溶剂，作为添加剂极大提升润滑油电导率；粘度系数约为120～150，可保证与油混合后经机械涂覆法在焊丝表面制得结合牢固的特殊涂层。
具体实施方式
下面为本发明所述的一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝及制备方法的非限定性实施例，仅起到说明作用，而本发明的保护范围并不局限于下述实施例。以下实施例焊丝为直径0.8～1.6mm的气保护实心焊丝，焊丝基体由ER50-G盘条拉拔而成，焊丝由基体和表面涂层构成，其中表面涂层所含纳米复合物组分、尺度、配比及制备参数如表1、2所示。
表1纳米复合物组分、尺度及配比
Figure BDA0002616077380000031
Figure BDA0002616077380000041
表2纳米复合物制备工艺参数
Figure BDA0002616077380000042
实施例1
一种用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油由2％改性纳米复合物、37％离子液体和61％润滑油组成。
改性纳米复合物的制备：
(1)烧结混合：将表1所示质量百分比的纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，并按照表2中参数经滚湿、烘干(旋转蒸发仪)，预压(石墨模)，然后连同粉末预压块的石墨模具一同经放电等离子烧结(SPS,
Figure BDA0002616077380000051
-FCT-HP D250)，制得纳米复合物块体；(2)破碎制粉：通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥箱(GFL-45)中干燥，设置温度为90℃，加热功率1.5kw，环境温度25℃，湿度60％；(3)表面功能化：称取一定量纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末，采用比表面积法(SA3100比表面积测试仪)测得其重量比表面积，然后再根据公式1-1得到粒径。
上述所用表面功能剂为质量分数3％的油酸溶液。
纳米颗粒比表面积与粒径的关系公式：Sw＝6(ρ·d)(1-1)
式中，Sw—重量比表面积；ρ—颗粒密度；d—颗粒直径。
最终得到的纳米复合物粉末平均粒径为25nm。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：聚癸烯基础油83％，二壬基萘磺酸钡2.1％，二芳基二硫代磷酸锌7.4％，硬脂酰乳酸钙7.5％。
离子液体为1-(2-羟乙基)-3-癸基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐53％、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)亚膦酸盐31％、三己基十四烷基双(2-乙基己基)亚膦酸盐16％混合组成。
以10m/s的拉拔速度在线制备直径为1.0mm的实心焊丝。
含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至80℃，同步超声分散30min(超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将基础润滑油倒入反应器中，120℃持续恒温加热，并伴随电磁搅拌20min，停止加热，随后超声脱气处理12min，静置45min无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油。
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层，涂层占焊丝的质量百分含量为0.015％。
实施例2
一种用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油由5％改性纳米复合物、40％离子液体和55％润滑油组成。
改性纳米复合物的制备：
(1)烧结混合：将表1所示质量百分比的纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，并按照表中参数经滚湿、烘干(旋转蒸发仪)，预压(石墨模)，然后连同粉末预压块的石墨模具一同经放电等离子烧结(SPS,
Figure BDA0002616077380000061
-FCT-HP D250)，制得纳米复合物块体；(2)破碎制粉：通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥箱(GFL-45)中干燥，设置温度为150℃，加热功率1.5kw，环境温度35℃，湿度75％；(3)表面功能化：称取一定量纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末，采用比表面积法(SA3100比表面积测试仪)测得其重量比表面积，然后再根据公式1-1得到粒径。
上述所用表面功能剂为质量分数5.5％的油酸溶液。
纳米颗粒比表面积与粒径的关系公式：Sw＝6(ρ·d)(1-1)
式中，Sw—重量比表面积；ρ—颗粒密度；d—颗粒直径。
最终得到的纳米复合物粉末平均粒径为35nm。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：聚癸烯基础油89％，二壬基萘磺酸钡4％，二芳基二硫代磷酸锌2.5％，硬脂酰乳酸钙4.5％。
离子液体为1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫季铵盐20％，三己基十四烷基膦双(2-乙基己基)磷酸盐80％。
以15m/s的拉拔速度在线制备直径为0.8mm的实心焊丝。
含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至75℃，同步超声分散30min(超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将基础润滑油倒入反应器中，100℃持续恒温加热，并伴随电磁搅拌15min，停止加热，随后超声脱气处理15min，静置30min无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油。
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层，涂层占焊丝的质量百分含量为0.03％。
实施例3
一种用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油由8％改性纳米复合物、60％离子液体和32％润滑油组成。
改性纳米复合物的制备：
(1)烧结混合：将表1所示质量百分比的纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，并按照表中参数经滚湿、烘干(旋转蒸发仪)，预压(石墨模)，然后连同粉末预压块的石墨模具一同经放电等离子烧结(SPS,
Figure BDA0002616077380000071
-FCT-HP D250)，制得纳米复合物块体；(2)破碎制粉：再通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥箱(GFL-45)中干燥，设置温度为65℃，加热功率3kw，环境温度40℃，湿度50％；(3)表面功能化：称取一定量纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末，采用比表面积法(SA3100比表面积测试仪)测得其重量比表面积，然后再根据公式1-1得到粒径。
上述所用表面功能剂为质量分数4％的二硫醇溶液。
纳米颗粒比表面积与粒径的关系公式：Sw＝6(ρ·d)(1-1)
式中，Sw—重量比表面积；ρ—颗粒密度；d—颗粒直径。
最终得到的纳米复合物粉末平均粒径为36nm。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：聚癸烯基础油85％，二壬基萘磺酸钡5％，二芳基二硫代磷酸锌5％，硬脂酰乳酸钙5％。
离子液体为1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫磷酸盐30％、三己基十四烷基双(2-乙基己基)亚膦酸盐15％、三己基十四烷基二丁基亚膦酸盐30％、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸盐25％混合组成。
以20m/s的拉拔速度在线制备直径为1.4mm的实心焊丝。
含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至90℃，同步超声处理30min(超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将基础润滑油倒入反应器中，140℃持续恒温加热，并伴随电磁搅拌30min，停止加热，随后超声脱气处理10min，静置1h无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油。
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层，涂层占焊丝的质量百分含量为0.025％。
实施例4
一种用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油由10％改性纳米复合物、10％离子液体和80％润滑油组成。
改性纳米复合物的制备：
(1)烧结混合：将表1所示质量百分比的纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，并按照表中参数经滚湿、烘干(旋转蒸发仪)，预压(石墨模)，然后连同粉末预压块的石墨模具一同经放电等离子烧结(SPS,
Figure BDA0002616077380000072
-FCT-HP D250)，制得纳米复合物块体；(2)破碎制粉：再通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥箱(GFL-45)中干燥，设置温度为80℃，加热功率3kw，环境温度40℃，湿度55％；(3)表面功能化：称取一定量纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末，采用比表面积法(SA3100比表面积测试仪)测得其重量比表面积，然后再根据公式1-1得到粒径。
上述所用表面功能剂为质量分数8％的硅烷偶联剂KH550溶液。
纳米颗粒比表面积与粒径的关系公式：Sw＝6(ρ·d)(1-1)
式中，Sw—重量比表面积；ρ—颗粒密度；d—颗粒直径。
最终得到的纳米复合物粉末平均粒径为50nm。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：聚癸烯基础油84％，二壬基萘磺酸钡8.1％，二芳基二硫代磷酸锌3.7％，硬脂酰乳酸钙4.2％。
离子液体为1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫季铵盐15％，1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫磷酸盐45％和三己基十四烷基二丁基亚膦酸盐40％混合组成。
以30m/s的拉拔速度在线制备直径为1.2mm的实心焊丝。
含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至85℃，同步超声处理30min(超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将基础润滑油倒入反应器中，110℃持续恒温加热，并伴随电磁搅拌30min，停止加热，随后超声脱气处理14min，静置50min无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油。
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层，涂层占焊丝的质量百分含量为0.045％。
实施例5
一种用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油由2.5％改性纳米复合物、46.5％离子液体和51％润滑油组成。
改性纳米复合物的制备：
(1)烧结混合：将表1所示质量百分比的纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，并按照表中参数经滚湿、烘干(旋转蒸发仪)，预压(石墨模)，然后连同粉末预压块的石墨模具一同经放电等离子烧结(SPS,
Figure BDA0002616077380000081
-FCT-HP D250)，制得纳米复合物块体；(2)破碎制粉：通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥箱(GFL-45)中干燥，设置温度为150℃，加热功率2kw，环境温度30℃，湿度75％；(3)表面功能化：称取一定量纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末，采用比表面积法(SA3100比表面积测试仪)测得其重量比表面积，然后再根据公式1-1得到粒径。
上述所用表面功能剂为质量分数3.5％的油酸溶液。
纳米颗粒比表面积与粒径的关系公式：Sw＝6(ρ·d) (1-1)
式中，Sw—重量比表面积；ρ—颗粒密度；d—颗粒直径。
最终得到的纳米复合物粉末平均粒径为25nm。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：聚癸烯基础油85％，二壬基萘磺酸钡2％，二芳基二硫代磷酸锌2％，硬脂酰乳酸钙11％。
离子液体为1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫季铵盐10％、1-(2-羟乙基)-3-癸基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐70％、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)亚膦酸盐10％、三己基十四烷基双(2-乙基己基)亚膦酸盐10％混合组成。
以20-25m/s的拉拔速度在线制备直径为1.2mm的实心焊丝。
含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至78℃，同步超声处理30min(超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将基础润滑油倒入反应器中，115℃持续恒温加热，并伴随电磁搅拌17min，停止加热，随后超声脱气处理11min，静置42min无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油。
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层，涂层占焊丝的质量百分含量为0.05％。
实施例6
一种用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油由4％改性纳米复合物、30％离子液体和66％润滑油组成。
改性纳米复合物的制备：
(1)烧结混合：将表1所示质量百分比的纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，并按照表中参数经滚湿、烘干(旋转蒸发仪)，预压(石墨模)，然后连同粉末预压块的石墨模具一同经放电等离子烧结(SPS,
Figure BDA0002616077380000091
-FCT-HP D250)，制得纳米复合物块体；(2)破碎制粉：通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥箱(GFL-45)中干燥，设置温度为120℃，加热功率1kw，环境温度35℃，湿度70％；(3)表面功能化：称取一定量纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末，采用比表面积法(SA3100比表面积测试仪)测得其重量比表面积，然后再根据公式1-1得到粒径。
上述所用表面功能剂为质量分数6％的油酸和硅烷偶联剂KH550(1:1)复配溶液。
纳米颗粒比表面积与粒径的关系公式：Sw＝6(ρ·d) (1-1)
式中，Sw—重量比表面积；ρ—颗粒密度；d—颗粒直径。
最终得到的纳米复合物粉末平均粒径为20nm。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：聚癸烯基础油83％，二壬基萘磺酸钡5.1％，二芳基二硫代磷酸锌8％，硬脂酰乳酸钙3.9％。
离子液体为1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫季铵盐12％、1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫磷酸盐5％、1-(2-羟乙基)-3-癸基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐20％、二乙基(3-溴丙基)亚磷酸盐13％、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)亚膦酸盐15％、三己基十四烷基双(2-乙基己基)亚膦酸盐15％、三己基十四烷基二丁基亚膦酸盐10％、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸盐10％混合组成。
以15m/s的拉拔速度在线制备直径为1.6mm的实心焊丝。
含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至88℃，同步超声处理30min(超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将基础润滑油倒入反应器中，132℃持续恒温加热，并伴随电磁搅拌26min，停止加热，随后超声脱气处理13min，静置46min无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油。
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层，涂层占焊丝的质量百分含量为0.028％。
工艺性能对比试验，使用数字式四探针测试仪测量六种实施例纳米离子液体涂层焊丝和市售实心焊丝的电阻率，采用QFD型电动漆膜附着力测试仪，并参照GB1720-1979《漆膜附着力测试法》评价纳米离子液体润滑涂层焊丝和市售实心焊丝在室温下的附着力，并将两类焊丝进行6000次引弧，焊接电流为300～380A，电压为30～40V，记录实心焊丝的引弧失败次数，实验结果如表3所示。
采用自动化机器人对纳米离子液体润滑涂层焊丝连续焊接3h,其电弧稳定性及导电嘴磨损率与市售实心焊丝进行对比，焊接工艺参数如表3所示，断弧次数、导电嘴孔径磨损率与导电嘴质量损失率如表4所示，导电嘴孔径磨损率计算公式如式(1-2)所示，导电嘴质量损失率计算公式如式(1-3)所示。
将自制无镀铜实心焊丝与市售实心焊丝分别进行抗锈性试验(大气暴露腐蚀、恒温恒湿与盐雾腐蚀试验)，其试验参数见表2，焊丝表面锈蚀率计算公式如式(1-4)所示，试验结果如表3所示。
将上述试验结果进行综合性能评价，其评价结果如表3所示。
表3大线能量焊接工艺参数
Figure BDA0002616077380000111
表4抗锈性试验条件
抗锈性试验 大气暴露腐蚀 恒温恒湿 盐雾腐蚀
试验温度 15～25℃ 30℃ 30℃
饱和温度 / / 40℃
相对湿度 65～75％ 70％ /
盐水浓度 / / 6％NaCl
喷雾时间 / / 65h
试验周期 3个月 500h 65h
焊丝长度 25cm 25cm 25cm
焊丝直径 0.8～1.6mm 0.8～1.6mm 0.8～1.6mm
导电嘴孔径磨损率Dw＝Dmax-D0/D0×100％； (1-2)
导电嘴质量磨损率mw＝m0-mmin/m0×100％； (1-3)
式中，Dmax—焊接3h后导电嘴内径最大值(mm)；
D0—导电嘴初始内径(mm)；
m0—导电嘴初始质量(g)；
mmin—焊接3h后导电嘴质量(g)；
焊丝表面锈蚀率Rw＝mr-m1/m1×100％； (1-4)
式中，mr—生锈焊丝的质量(mg)；
m1—焊丝初始质量(mg)。
表3试验结果与焊丝综合评价
Figure BDA0002616077380000112
Figure BDA0002616077380000121
注：☆表示优；○表示良好；△表示一般；×表示差，其中比较例是市场购买的不同的无镀铜和镀铜的表面没有本发明所述涂层的例子。
通过以上各项试验，发现实施例中的6种焊丝具有良好的导电性与电弧稳定性，较小的导电嘴磨损率以及优异的抗锈性，其中，实施例5焊丝综合性能最佳，优于市售实心焊丝，综上，本专利所发明的含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝可以满足工业自动化连续焊接需求，解决导电嘴磨损这一瓶颈问题。

Claims (5)

1.一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝，其特征在于，涂层由改性纳米复合物1％～10％、润滑油25％～80％和离子液体10％～65％组成；涂层占焊丝的质量百分含量为0.01％～0.07％；
离子液体由1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫季铵盐(0～20％)、1,2-二甲基-3-乙基吡啶二硫磷酸盐(0～45％)、1-(2-羟乙基)-3-癸基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(0～73％)、三己基十四烷基膦双(2-乙基己基)磷酸盐(0～95％)、三己基四基膦双(2,4,4-三甲基戊基)膦酸盐(0～15％)、二乙基(3-溴丙基)亚磷酸盐(0～88％)、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)亚膦酸盐(0～31％)、三己基十四烷基双(2-乙基己基)亚膦酸盐(0～19％)、三己基十四烷基二丁基亚膦酸盐(0～40％)、三己基十四烷基双(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸盐(0～55％)中的一种或多种组成。
润滑油按质量分数百分比由以下成分配制：基础油聚癸烯83％～89％，缓蚀剂二壬基萘磺酸钡1.1％～10.1％，极压抗磨剂二芳基二硫代磷酸锌2.5％～8％，表面活性剂硬脂酰乳酸钙3.7％～11％。
改性纳米复合物：其中纳米复合物按质量分数由以下组分组成：15％～22％的纳米铜粉、纳米银粉、纳米氧化锌中的一种或多种，10％～16％的纳米氟化钙和氟化钡的共晶粉，余量为FeCoCrNi高熵合金纳米粉；纳米复合物表面有表面功能剂；表面功能剂为二硫醇、硅烷偶联剂KH550和油酸中的一种或多种。
2.按照权利要求1所述的一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝，其特征在于，改性纳米复合物中纳米铜/银/氧化锌粉粒径为15～40nm，纳米氟化钙-氟化钡共晶粉末粒径为25～60nm，FeCoCrNi高熵合金纳米粉末粒径为30～55nm，几种纳米粉末混合后制得的纳米复合物的平均粒径为20～50nm。
3.按照权利要求1所述的一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝，其特征在于，上述所述改性纳米复合物的制备方法，由以下步骤组成：
(1)烧结混合：将上述各种纳米粉末依次放入MITR聚氨酯球磨罐中，以200～300r/min滚湿5～10h，滚湿介质为无水乙醇，之后烘干，放入石墨模中预压，预压压力为15～25MPa，然后将粉末预压块和石墨模具一同经放电等离子烧结，烧结时氛围为真空、氩气、氮气、二氧化碳中任一种，升温速率65～80℃/min,在1100～1300℃下烧结15～20min，烧结时压力25～35MPa，制得纳米复合物块体；
(2)破碎制粉：通过碾碎机粗碎和高能球磨机细碎得到纳米复合物粉末，将研磨好的纳米复合物在鼓风干燥，控温范围室温～200℃；
(3)表面功能化：称取步骤(2)干燥后的纳米复合物，向其加入表面功能剂与去离子水质量比按1:2配制的溶液，经机械搅拌、干燥后得到改性纳米复合物粉末。
步骤(3)中表面功能剂水溶液添加量为1wt.％～10wt.％(相对于纳米复合物)。
4.按照权利要求1所述的一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝，其特征在于，所述无镀铜焊丝，基体由ER50-G或H08E盘条拉拔而成，焊丝规格为直径0.8～1.6mm的气保护实心焊丝或直径1.6～5.0mm的埋弧焊焊丝，拉拔速度控制在10～30m/s。
5.制备权利要求1-4任一项所述的一种含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的方法，其特征在于，含纳米离子液体润滑涂层的无镀铜焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将干燥的改性纳米复合物粉末与离子液体置于反应器混合，加热至75℃～90℃，同步超声分散30min(优选超声波功率300W、频率40Hz)，停止加热；将润滑油倒入反应器中，96℃～140℃持续恒温加热，并伴随搅拌15～30min，停止加热，随后超声脱气处理10～15min，静置30min～1h无明显沉降，制得用于无镀铜焊丝的纳米离子液体润滑油；
(2)采用业界常规的机械涂覆法将纳米离子液体润滑油涂覆于无镀铜焊丝表面，得到纳米离子液体润滑涂层。
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