陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝及低碳钢表面改性方法技术

本发明专利技术公开的一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％。该药芯焊丝能够改善耐蚀性、耐磨性，提高铜

【技术实现步骤摘要】
陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝及低碳钢表面改性方法


[0001]本专利技术属于金属材料表面改性
，具体涉及一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，本专利技术还涉及一种使用陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝对低碳钢进行表面改性的方法。

技术介绍

[0002]随着经济的迅速发展，人类对海洋的开发利用越来越深入，海上基础设施和船舶的建造数量也越来越多。目前我国已经成为全球造船业第一大国，同时跨海大桥、海洋石油平台、港口设施等海上基础设施的建设也如火如荼，对钢材的需求量越来越大。低碳钢由于其价格低廉、力学性能和焊接性良好的优点，广泛应用在船舶和海上基础设施的建造中。但低碳钢的耐腐蚀性较差，在海水中极易被腐蚀从而失效，造成资源浪费甚至灾难性事故，因此提高钢材的耐腐蚀性具有极高的经济和环保价值。
[0003]铜及铜合金具有良好的耐腐蚀性，在海洋工业中应用广泛，如制造船舶的重要阀门、管道等。但铜价格昂贵，大量采用纯铜构件不利于建设项目的成本控制。为了解决这个问题，可对低碳钢进行表面改性，在钢表面熔覆一层铜，制成的铜
‑
钢复合件可在大大改善低碳钢表面耐腐蚀性的同时降低成本。但铜的硬度较低，在长期使用过程中易产生磨损，从而导致铜
‑
钢复合件的使用寿命降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，该药芯焊丝能够改善耐蚀性、耐磨性，提高铜
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钢复合件的使用寿命。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供一种使用陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝对低碳钢进行表面改性的方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％。
[0007]本专利技术的特征还在于，
[0008]药芯的填充率控制在22wt.％
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26wt.％；焊皮为纯铜带。
[0009]本专利技术所采用的第二个技术方案是，一种使用陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝对低碳钢进行表面改性的方法，具体操作步骤如下：
[0010]步骤1：根据所需要的配比按质量百分比分别称取药芯粉末：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％；
[0011]将上述金属粉末和陶瓷粉末充分混合后作为焊丝药芯，以纯铜带作为焊丝外皮，在焊丝自动成型机上制成药芯焊丝；
[0012]步骤2：对低碳钢基板进行机械清理，除去表面氧化皮，然后用无水乙醇充分清洗，除去表面油污，晾干后放入真空箱式炉中预热；
[0013]步骤3：用无水乙醇对步骤1制得的药芯焊丝进行表面清理并烘干；
[0014]步骤4：采用药芯焊丝气体保护焊(FCAW)技术在低碳钢基板表面进行单层电弧熔覆，直至熔覆层铺满整个基板，得到熔覆完成后的铜
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钢复合板；
[0015]步骤5：对熔覆完成后的铜
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钢复合板进行热处理和表面处理，以达到实际使用要求。
[0016]本专利技术的特征还在于，
[0017]步骤1中，制备的药芯焊丝的药芯填充率控制在22wt.％
‑
26wt.％。
[0018]步骤2中低碳钢材料选用Q235板材。
[0019]步骤2中，低碳钢基板的预热温度为200℃～300℃。
[0020]步骤3中，药芯焊丝的烘干温度为100℃～150℃。
[0021]步骤4中，电弧熔覆工艺参数为：焊接电流210A～240A，焊接电压23V～26V，熔覆速度0.2m/min～0.4m/min，摆弧宽度2.4mm～2.8mm，摆弧频率3.8Hz～4.2Hz，保护气体为体积分数为99％的纯氩气，焊丝伸出长度10mm～15mm。
[0022]步骤5中，热处理的参数具体为：热处理温度为320℃～380℃，保温时间2h～3h，空冷。
[0023]步骤5中，表面处理为：对热处理后的熔覆完成后的铜
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钢复合板表面进行磨削，表面处理后熔覆层的粗糙度为Ra 3.2～Ra 6.4。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术的陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝能够在较大程度上改善低碳钢表面的耐腐蚀性、耐磨性、导电性等性能，拓展低碳钢材料的使用场景。
[0026](2)本专利技术的陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝以碳化硅陶瓷颗粒作为增强相，可大大提高铜基熔覆层的硬度，改善耐磨性能，提高铜
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钢复合件的使用寿命。
[0027](3)本专利技术的陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝中的镍可与铜、铁无限固溶，增强铜
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钢界面的结合能力；同时镍还可改善陶瓷颗粒和铜基体之间的润湿性，增强铜基体和陶瓷颗粒之间的结合力。
[0028](4)本专利技术的陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝制备方法简单，能够适应自动焊接设备，并且可根据实际情况灵活调整药芯中各成分的含量。
[0029](5)本专利技术的低碳钢表面改性方法为电弧熔覆，具有较高的成型效率、致密度和界面结合强度，且操作简便、成本低廉，可自动化大批量生产。
[0030](6)本专利技术的低碳钢表面改性方法中的焊后热处理，可降低铜
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钢复合件的残余应力并细化晶粒，改善力学性能。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例2制备的铜
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钢结合界面的微观组织图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0033]本专利技术提供一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳
化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％。
[0034]药芯的填充率控制在22wt.％
‑
26wt.％；焊皮为纯铜带。
[0035]该药芯焊丝中各组分的作用如下：
[0036](1)焊丝中的镍元素与铜、铁元素可无限固溶，且不产生脆性金属间化合物，可改善铜、钢的熔合性，提高界面结合力；同时镍还可改善陶瓷颗粒和铜基体之间的润湿性，增强铜基体和陶瓷颗粒之间的结合力。
[0037](2)焊丝中的硼元素为脱氧剂，有助于除去熔池中的氧、硫、磷等有害杂质，防止接头部位氧化，保证接头性能。
[0038](3)焊丝中的钛元素可与氮元素进行反应，减少接头中的氮气孔，同时还可细化晶粒、提高接头的强度和硬度。
[0039](4)铬元素可提高接头的强度和耐磨性，同时具有脱氧作用。
[0040](5)焊丝中的碳化硅陶瓷颗粒作为增强相弥散分布在铜基体中，起到弥散强化作用，可阻碍铜表面的塑性变形，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，其特征在于，药芯的填充率控制在22wt.％
‑
26wt.％；焊皮为纯铜带。3.一种使用陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝对低碳钢进行表面改性的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：步骤1：根据所需要的配比按质量百分比分别称取药芯粉末：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％；将上述金属粉末和陶瓷粉末充分混合后作为焊丝药芯，以纯铜带作为焊丝外皮，在焊丝自动成型机上制成药芯焊丝；步骤2：对低碳钢基板进行机械清理，除去表面氧化皮，然后用无水乙醇充分清洗，除去表面油污，晾干后放入真空箱式炉中预热；步骤3：用无水乙醇对步骤1制得的药芯焊丝进行表面清理并烘干；步骤4：采用药芯焊丝气体保护焊技术在低碳钢基板表面进行单层电弧熔覆，直至熔覆层铺满整个基板，得到熔覆完成后的铜
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钢复合板；步骤5：对熔覆完成后的铜
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钢复合板进行热处理和表面处理，以达到实际使用要求。4.根据权利要求3所述的一种使用陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝对低碳钢进行表面改性的方法，其特征在于，步骤1中，制备的药芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继红，雷龙宇，杜明科，张云龙，高俊，张林，夏拓，李保铃，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：