【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝合金焊丝，具体而言，涉及一种铝合金焊丝表面纳米涂层材料及其制备方法。
技术介绍
1、我国是全球焊接材料生产和消耗的大国，其中实心焊丝为第一大主体，铝及铝合金焊丝在实心焊丝中占有很大比重，广泛应用于航空航天、轨道车辆、压力容器等重要领域。随着国内焊接机器人的发展，大多铝和铝合金构件使用机器人自动化焊接，因此对铝及铝合金焊丝的表面质量及焊接性能提出了更高的要求。
2、送丝稳定性是评价焊丝在机器人自动焊接时的一个重要指标，送丝阻力越小，焊接电弧越稳定，焊接效率越高。目前铝及铝合金焊丝批量化生产过程中通常采用机械刮削的方式去除表面氧化皮，这种加工方法容易在焊丝表面产生细微的划痕和凹坑，造成焊丝表面光洁性差，从而影响焊接送丝性和电弧稳定性。此外，由于铝及铝合金焊丝硬度较低，在焊接过程易与特氟龙送丝软管产生摩擦，形成铝屑堆积，进而导致送丝不畅，送丝稳定性无法满足机器人自动焊要求。这些问题严重限制铝及铝合金焊丝在机器人自动化焊接中的应用，因此改善铝及铝合金焊丝的表面质量具有重要意义。
3、纳米颗粒因其自身独特的表面效应和小尺寸效应而被广泛用于抗磨减摩材料，以纳米材料为基础制备的焊丝涂层送丝过程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充和修复。因此将纳米材料作为涂层添加剂可以极大发挥其润滑性能，在一定范围内所得到的纳米涂层比传统润滑油脂的润滑性能更优，可以显著降低焊丝与送丝软管间的摩擦阻力，大大提高焊丝的送丝稳定性和焊接
4、然而现有技术中还没有利用表面纳米涂层材料来解决铝合金焊丝送丝稳定性差，焊接接头强度低问题的报道。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种铝合金焊丝表面纳米涂层材料及其制备方法，以至少解决传统焊丝焊接过程中送丝阻力大、送丝稳定性差和焊接接头强度低的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种铝合金焊丝表面纳米涂层材料，铝合金焊丝表面纳米涂层材料由以下质量百分比的原料制备而成：纳米粉体0.1-6％，分散剂0.2-6％，离子液体1-10％，基础润滑油78-98％。
3、进一步地，纳米粉体包含20-50％的石墨烯纳米粉体、mos2纳米粉体、ws2纳米粉体和bn纳米粉体中的一种或多种；20-50％的tin纳米粉体、tic纳米粉体和tio2纳米粉体中的一种或多种；15-40％的naf纳米粉体、lif纳米粉体、caf2纳米粉体和baf2纳米粉体中的一种或多种。
4、进一步地，石墨烯纳米粉体的粒径为20-50nm；mos2纳米粉体和ws2纳米粉体的粒径为15-90nm；bn纳米粉体的粒径50-100nm；tin纳米粉体、tic纳米粉体和tio2纳米粉体的粒径为20-80nm；naf纳米粉体、lif纳米粉体、caf2纳米粉体和baf2纳米粉体的粒径为25-300nm。
5、进一步地，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(lb104)和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([bmim][ntf2])的一种或两种。
6、进一步地，分散剂由聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、氨丙基三甲氧基硅烷(ats)、硅烷偶联剂(kh-570)、硬脂酸钠(nasta)、油酸(oa)、十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、山梨醇酐油酸酯(span 80)和正己烷的一种或多种组成。
7、进一步地，基础润滑油为商业可获取的工业白油。
8、根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于制备铝合金焊丝表面纳米涂层材料的制备方法，制备方法包括：按质量百分比将纳米粉体、离子液体、分散剂添加到无水乙醇中进行超声处理30min；将超声处理后的乙醇溶液加入到对应质量百分比的基础润滑油中，80℃恒温磁力搅拌30min，随后继续超声处理20-30min，静置30min-1h，无明显沉降后制得复合纳米粒子润滑油；将铝合金焊丝清洗烘干后，采用机械涂覆法将复合纳米粒子润滑油涂覆于焊丝表面，制得铝合金焊丝表面纳米涂层材料。
9、进一步地，铝合金焊丝表面纳米涂层材料占焊丝的质量百分含量的0.01％-0.05％。
10、进一步地，焊丝的直径为1-5mm。
11、进一步地，焊丝为纯铝焊丝或任意型号铝合金焊丝。
12、本专利技术采用纳米粒子添加剂和离子液体对传统润滑油进行改性，进而对铝合金焊丝进行表面处理，所形成的铝合金焊丝表面纳米涂层材料结合力强，性能优异，有效解决了传统焊丝焊接过程中送丝阻力大、送丝稳定性差的问题，焊接性能得到优化，显著提升了自动化焊接质量和效率，市场应用前景广阔。其主要创新点及有益效果如下：
13、1、针对自动化焊接过程中送丝阻力大的问题，本专利技术给出了适宜的解决方案，即采用一系列纳米粒子添加剂复合基础润滑油对焊丝表面进行改性处理。mos2、tio2等纳米粒子添加剂的加入不仅可以在摩擦界面形成摩擦膜，而且能够填充焊丝表面的划痕和凹坑，起到修复表面的作用。纳米粒子还可以将滑动摩擦变为滚动摩擦，产生“滚珠轴承”效应，起到减小送丝阻力的作用。同时，纳米陶瓷颗粒作为外加强化相，加入焊缝中可以起到改善接头力学性能的作用，能够显著提高接头的强度、硬度等力学性能指标。
14、2、离子液体作为绿色有机溶剂，具有优异的导电性、良好化学稳定性、极低的挥发性等性能，在电接触领域、载流摩擦磨损领域及焊接领域中具有特殊的优势。将离子液体作为涂层填料，不仅可以极大提升纳米涂层的导电性，降低焊丝与导电嘴间的接触电阻，还可以起到润滑作用。而且离子液体与纳米粒子复配具有协同润滑效应，是降低焊丝送丝阻力、提高焊丝导电性的高效添加剂。
15、3、分散剂的加入能够有效防止纳米粒子发生团聚，使不同纳米粒子添加剂在润滑油中分散均匀，稳定复合纳米粒子润滑油的使用性能，增强润滑效果。
16、4、采用本专利技术制备的焊丝纳米涂层材料适用于所有型号的铝及铝合金焊丝，且价格低廉、易于获得，具备产业化生产条件。
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1.一种铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述铝合金焊丝表面纳米涂层材料由以下质量百分比的原料制备而成：纳米粉体0.1-6％，分散剂0.2-6％，离子液体1-10％，基础润滑油78-98％。
2.根据权利要求1所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述纳米粉体包含20-50％的石墨烯纳米粉体、MoS2纳米粉体、WS2纳米粉体和BN纳米粉体中的一种或多种；20-50％的TiN纳米粉体、TiC纳米粉体和TiO2纳米粉体中的一种或多种；15-40％的NaF纳米粉体、LiF纳米粉体、CaF2纳米粉体和BaF2纳米粉体中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，石墨烯纳米粉体的粒径为20-50nm；MoS2纳米粉体和WS2纳米粉体的粒径为15-90nm；BN纳米粉体的粒径50-100nm；TiN纳米粉体、TiC纳米粉体和TiO2纳米粉体的粒径为20-80nm；NaF纳米粉体、LiF纳米粉体、CaF2纳米粉体和BaF2纳米粉体的粒径为25-300nm。
4.根据权利要求1所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，
5.根据权利要求1所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述分散剂由聚乙烯吡咯烷酮、氨丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂、硬脂酸钠、油酸、十二烷基苯磺酸钠、山梨醇酐油酸酯和正己烷的一种或多种组成。
6.根据权利要求1所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述基础润滑油为工业白油。
7.一种用于制备如权利要求1至6任一项所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述铝合金焊丝表面纳米涂层材料占焊丝的质量百分含量的0.01％-0.05％。
9.根据权利要求7所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述焊丝的直径为1-5mm。
10.根据权利要求7所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述焊丝为纯铝焊丝或任意型号铝合金焊丝。
...【技术特征摘要】
1.一种铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述铝合金焊丝表面纳米涂层材料由以下质量百分比的原料制备而成：纳米粉体0.1-6％，分散剂0.2-6％，离子液体1-10％，基础润滑油78-98％。
2.根据权利要求1所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，所述纳米粉体包含20-50％的石墨烯纳米粉体、mos2纳米粉体、ws2纳米粉体和bn纳米粉体中的一种或多种；20-50％的tin纳米粉体、tic纳米粉体和tio2纳米粉体中的一种或多种；15-40％的naf纳米粉体、lif纳米粉体、caf2纳米粉体和baf2纳米粉体中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的铝合金焊丝表面纳米涂层材料，其特征在于，石墨烯纳米粉体的粒径为20-50nm；mos2纳米粉体和ws2纳米粉体的粒径为15-90nm；bn纳米粉体的粒径50-100nm；tin纳米粉体、tic纳米粉体和tio2纳米粉体的粒径为20-80nm；naf纳米粉体、lif纳米粉体、caf2纳米粉体和baf2纳米粉体的粒径为25-300nm。
4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴利军，张登峰，邬富宝，王晓亭，乔波，张世全，郑宏伟，赵婷婷，周星宇，
申请(专利权)人：内蒙金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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