[发明专利]一种用于低碳低合金钢无镀铜焊丝的改性纳米复合物及制备方法

说明书

一种用于低碳低合金钢无镀铜焊丝的改性纳米复合物及制备方法，涉及化工与焊材领域。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。可作为基础油脂添加物，使其具有良好分散稳定性和导电性，最终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。

技术领域

本发明涉及化工与焊材领域，具体涉及一种用于低碳低合金钢的无镀铜焊丝纳米复合物及制备方法。

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表面处理，具有良好导电、润滑性，防锈的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，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。

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，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。

多主元组分高熵合金对具有简单晶体结构的单相固相的择优，从而耐腐蚀性和强韧性优良，在焊接领域目前多用于在钢基体上激光熔覆制备高熵合金再进行堆焊。纳米尺度的高熵合金粉末在自润滑复合材料中可作为基体，增强摩擦机械能的吸收能力，减少因摩擦界面的粘着和犁削效应产生的磨损。

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，制备一种改性纳米复合物粉末，可作为基础油脂添加物，使其具有良好分散稳定性和导电性，最终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用于低碳低合金钢无镀铜焊丝的改性纳米复合物及制备方法，所发明的纳米复合物制备技术简便易行，原料绿色环保，可作为基础油脂添加剂，从而具备集导电性、润滑性于一身的优良综合性能，可以保证无镀铜实心焊丝在自动焊接过程中具有优良的送丝性，电弧稳定性及低飞溅率，同时能显著减少导电嘴磨损。

本发明的技术方案如下：

一种用于低碳低合金钢的无镀铜焊丝的纳米复合物，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。

进一步地，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。