本发明涉及焊丝技术领域，尤其涉及一种结构稳定无镀铜涂层焊丝。
背景技术：
随着焊丝需求量的不断增加，性能优异、环保型焊丝的研发显得尤为重要。传统镀铜焊丝表面涂层主要是以镀铜为主，镀铜的主要作用是防锈、导电，但在制备过程中产生的各种化学酸碱气会污染环境并危害人身健康，废弃的镀液也会对环境产生危害。目前，非镀铜焊丝的发展已取得一定进展。但仍然存在涂层涂覆不均、结合力差、焊接效果不理想、使用时会产生废气废液等问题。
常见涂层焊丝的制备有以下几种：电镀法、热浸镀法、机械合金化法。而运用电镀的方法在焊丝表面很难实现快速的沉积层，运用热浸镀的方法很难得到长距离的热浸镀焊丝，运用机械合金化方法在焊丝表面得到的涂覆层含量不是很稳定。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种结构稳定无镀铜焊丝，其涂覆层原料不含铜，避免了大量污染，且得到的焊丝具有优异的抗氧化性、耐磨性和电弧稳定性，其在使用时焊接电弧稳定，焊接质量高。
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层其原料按重量份包括：铁合金粉末30-60份、钛和二氧化钛粉末15-30份、碳酸钙粉末2-8份、碳酸镁粉末2-8份、氧化锰粉末0.5-8份、氮化硅粉末2-15份、稀土0.5-1.5份、改性凹凸棒土2-6份、锗粉末0.09-1.9份、铪粉末0.06-0.95份。
优选地，所述涂覆层其原料按重量份包括：铁合金粉末50-55份、钛和二氧化钛粉末20-25份、碳酸钙粉末4-6份、碳酸镁粉末4-5份、氧化锰粉末3-5份、氮化硅粉末8-12份、稀土0.6-1份、改性凹凸棒土4-5份、锗粉末0.5-1份、铪粉末0.5-0.6份。
优选地，所述涂覆层其原料按重量份包括：铁合金粉末52份、钛粉末15份、二氧化钛粉末8份、碳酸钙粉末5份、碳酸镁粉末4份、氧化锰粉末4份、氮化硅粉末10份、稀土0.8份、改性凹凸棒土4.5份、锗粉末0.8份、铪粉末0.55份。
优选地，所述铁合金粉末为锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金的混合物。
优选地，所述铁合金粉末中锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金的重量比为1-3:2-2.5:1.5-2.5:1.5-3.5:1.5。
优选地，所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于500-650℃下灼烧35-50min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌45-60min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌25-35min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理15-30min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在85-100℃水浴中机械搅拌2.5-3.5h，然后在85-100℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1-1.5:2-2.5，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2-2.5:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.015-0.02：1。
优选地，所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于580-600℃下灼烧40-45min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌50-55min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌30-32min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理22-25min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在90-95℃水浴中机械搅拌3-3.2h，然后在90-95℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1.2:2.2，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2.2:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.016：1。
优选地，所述涂覆层各原料的粒度均小于480目。
优选地，所述涂覆层在焊丝基体表层的厚度为0.0005-0.0995mm。
本发明结构稳定无镀铜涂层焊丝采用常规的机械涂覆方法制得。
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，涂覆层以铁合金粉末为脱氧剂和耐磨剂，加入稀土、铪粉末、钛粉末进一步提高了涂覆层的脱氧效果。同时，铪粉末、钛粉末提高了铁合金粉末的塑性，微量的锗改善了铁合金本身的脆性。加入铪粉末、碳酸钙粉末、碳酸镁粉末、氧化锰粉末、氮化硅粉末，进一步提高了涂覆层耐磨性能，同时碳酸钙粉末、碳酸镁粉末提高了焊丝电弧稳定性。加入二氧化钛粉末提高涂覆层的结合力，加入稀土粉末、锗粉末、铪粉末降低了气体溢出性飞溅，且进一步提高了涂覆层结合性能，使涂覆层的结构稳定。加入改性后的凹凸棒土，提高了涂覆层各原料的相容性并与焊丝基体的结合力大大增加，从而使涂覆层不易脱落。
对本发明的焊丝进行性能检测，测试结果如下：硬度为90.5-105.6HV,性能提升15-20％；抗拉强度为300-450MPa，性能提升10-15％；相对耐磨系数为1.95-2.45，性能提升30-40％；焊缝在0℃冲击韧性大于200J。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层其原料按重量份包括：铁合金粉末30份、钛粉末20份、二氧化钛粉末10份、碳酸钙粉末8份、碳酸镁粉末7份、氧化锰粉末8份、氮化硅粉末15份、稀土1份、改性凹凸棒土2份、锗粉末0.09份、铪粉末0.95份。
所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于500℃下灼烧50min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌60min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌35min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理30min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在100℃水浴中机械搅拌3.5h，然后在100℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1:2.5，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2.5:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.015：1。
实施例2
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层原料按重量份包括：铁合金粉末35份、钛粉末20份、二氧化钛粉末15份、碳酸钙粉末7份、碳酸镁粉末8份、氧化锰粉末7份、氮化硅粉末14.5份、稀土1.1份、改性凹凸棒土3.5份、锗粉末1.9份、铪粉末0.5份。
其中，所述铁合金粉末由锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金组成，锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金的重量比为2.5:2:2:2:1.5；
所述涂覆层各原料的粒度均为490目；
所述涂覆层在焊丝基体表层的厚度为0.0005mm；
所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于550℃下灼烧40min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌50min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌30min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理20min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在90℃水浴中机械搅拌3h，然后在90℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1.5:2，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.018：1。
实施例3
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层原料按重量份包括：铁合金粉末41份、钛粉末14份、二氧化钛粉末10份、碳酸钙粉末6份、碳酸镁粉末6份、氧化锰粉末6.04份、氮化硅粉末13.5份、稀土1.5份、改性凹凸棒土4份、锗粉末1.8份、铪粉末0.06份。
其中，所述铁合金粉末由锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金组成，锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金的重量比为2:2.5:2.5:1.5:1.5；
所述涂覆层各原料的粒度均为480目；
所述涂覆层在焊丝基体表层的厚度为0.043mm；
所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于580℃下灼烧40min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌50min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌32min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理24min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在95℃水浴中机械搅拌3.2h，然后在95℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1.2:2.2，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2.2:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.016：1。
实施例4
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层原料按重量份包括：铁合金粉末52份、钛粉末15份、二氧化钛粉末8份、碳酸钙粉末5份、碳酸镁粉末4份、氧化锰粉末4份、氮化硅粉末10份、稀土0.8份、改性凹凸棒土4.5份、锗粉末0.8份、铪粉末0.55份。
其中，所述铁合金粉末由锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金组成，锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金的重量比为2.5:2:1.5:2.5:1.5；
所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于620℃下灼烧35min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌48min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌26min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理15-30min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在88℃水浴中机械搅拌2.6h，然后在87℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1:2.5，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2.5:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.02：1。
实施例5
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层原料按重量份包括：铁合金粉末57份、钛粉末13.5份、二氧化钛粉末8份、碳酸钙粉末8份、碳酸镁粉末8份、氧化锰粉末2份、氮化硅粉末2份、稀土0.5份、改性凹凸棒土5.5份、锗粉末1.2份、铪粉末0.95份。
所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于500℃下灼烧35min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌45min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌25min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理15min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在85℃水浴中机械搅拌2.5h，然后在85℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1:2，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.015：1。
实施例6
本发明提出的一种结构稳定无镀铜涂层焊丝，包括焊丝基体和涂覆层，所述涂覆层原料按重量份包括：铁合金粉末60份、钛粉末11份、二氧化钛粉末4份、碳酸钙粉末2份、碳酸镁粉末2份、氧化锰粉末8份、氮化硅粉末10份、稀土1份、改性凹凸棒土6份、锗粉末1.15份、铪粉末0.85份。
其中，所述铁合金粉末由锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金组成，锰铁合金、稀土镍铁合金、钛铁合金、钼铁合金、硅钙合金的重量比为1.5:3:1.5:2.5:1.5；
所述涂覆层各原料的粒度均为520目；
所述涂覆层在焊丝基体表层的厚度为0.0995mm；
所述改性凹凸棒土按照以下工艺进行制备：
S1.将凹凸棒土破碎、研磨后于540℃下灼烧36min，降温至室温，然后用浓度为35％的盐酸浸泡，机械搅拌50min后水洗，烘干置于饱和AlCl3溶液中，于室温下机械搅拌30min，经过滤、烘干、破碎后制得一次改性的凹凸棒土；
S2.将S1中制得的一次改性的凹凸棒土加入到乙醇水溶液中超声处理25min，然后加入将经醋酸处理过的硅烷偶联剂NXT，再将其在90℃水浴中机械搅拌2.9h，然后在92℃下干燥，研磨得到所需的改性凹凸棒土；其中一次改性的凹凸棒土与乙醇水溶液的重量比为1.2:2，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2.2:1，硅烷偶联剂NXT与一次改性的凹凸棒土的重量比为0.016：1。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。