本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，尤其涉及防滲氫無(wú)鍍銅的水下增材制造焊絲涂層。

背景技術(shù)：

1、海洋工程的快速發(fā)展催生了對(duì)水下焊接技術(shù)的不斷需求，尤其是在海洋結(jié)構(gòu)的維修、建造和安裝方面。水下焊接技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是海洋環(huán)境的惡劣條件，包括高壓、高濕和高鹽度，這些條件對(duì)焊接過(guò)程和焊接接頭的質(zhì)量有著顯著的負(fù)面影響。傳統(tǒng)的濕法水下焊接由于水的干擾，焊接質(zhì)量難以保證，且效率低下。

2、局部干法焊接技術(shù)通過(guò)在焊接區(qū)域創(chuàng)造一個(gè)局部干燥的環(huán)境，有效提高了焊接質(zhì)量與效率。然而，即使在局部干燥的環(huán)境中，焊絲本身的性能仍然對(duì)焊接過(guò)程和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的鍍銅焊絲在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害廢水，加劇環(huán)境污染。同時(shí)，在焊接過(guò)程中鍍銅層容易剝落，一方面會(huì)導(dǎo)致焊絲與導(dǎo)電嘴黏著，惡化送絲性能，這將很大程度上影響增材制造這種長(zhǎng)時(shí)間焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。另外，在海洋環(huán)境下的長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中，焊絲很容易受到水分子的侵蝕，焊絲內(nèi)部出現(xiàn)一定的滲氫現(xiàn)象，這會(huì)嚴(yán)重影響到焊接接頭的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。因此，提高焊絲的防滲氫能力，也是確保水下焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

3、針對(duì)鍍銅焊絲的問(wèn)題，各大廠家開(kāi)始向無(wú)鍍銅焊絲轉(zhuǎn)型，無(wú)鍍銅焊絲在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)酸洗和鍍銅，是綠色生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。由于涂層的材料不同，涂層的涂覆目的和使用工藝性也有著很大的差異，目前的無(wú)鍍銅焊絲涂層往往是為了達(dá)到環(huán)保、潤(rùn)滑、防銹和導(dǎo)電的目的，但并未考慮過(guò)海上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸?shù)臐B氫影響。因此，發(fā)明一種用于水下增材制造的防滲氫無(wú)鍍銅涂層是極其必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述問(wèn)題和不足而提供一種用于水下增材制造的防滲氫無(wú)鍍銅的焊絲涂層及其制造方法。

2、本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于水下增材制造的防滲氫無(wú)鍍銅焊絲涂層，其特征在于，所述涂層化學(xué)成分按質(zhì)量百分比含量計(jì)如下：al2o3:25％～35％，caf2:20％～30％，na2sio3：5％～15％，y2o3：1％～3％，銅粉:1％～5％，粘合劑：5％～15％，有機(jī)載體：15％～25％，穩(wěn)定劑和流平劑：1％～2％，以及不可避免雜質(zhì)。

4、所述焊絲涂層厚度為50～70μm。

5、所述粘合劑為改性環(huán)氧樹(shù)脂。

6、所述有機(jī)載體為四氟乙烯、聚酰亞胺一種或兩種混合。

7、所述穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣。

8、所述流平劑為加入聚乙烯醇。

9、所述涂層硬度為200～300hv，涂覆焊絲在溫度25℃，濕度70％環(huán)境中放置180天后擴(kuò)散氫含量增長(zhǎng)小于1.0ml/100g。

10、具有優(yōu)異抗水解性能的焊絲涂層化學(xué)成分設(shè)計(jì)理由如下：

11、al2o3：純度≥99.5％，粒徑＜50μm。氧化鋁也稱為剛玉，涂層中，高硬度的al2o3的硬質(zhì)顆粒能夠在涂層表面形成一種堅(jiān)硬的耐磨層，有效抵抗磨損。當(dāng)涂層受到摩擦?xí)r，al2o3顆粒能夠分散和吸收施加的力量，減少涂層表面的直接磨損。al2o3的含量太低，涂層的耐磨性降低，可能導(dǎo)致早期磨損或損壞，但是含量過(guò)高可能降低涂層的韌性，增加脆性斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此涂層中al2o3的含量控制在25％～35％。

12、caf2：純度＞99.0％。caf2具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，不易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，能夠在涂層表面形成一層致密的保護(hù)膜，保護(hù)膜可以有效隔絕水分子，除此之外能夠改變涂層表面能，降低水分子在涂層表面附著力，形成疏水特征。caf2的含量不足會(huì)降低涂層的抗水解性能，可能在潮濕環(huán)境中快速降解，使得焊絲內(nèi)部滲氫，但是含量過(guò)高會(huì)增加涂層的脆性，影響整體性能。因此，涂層中caf2的含量控制在20％～30％。

13、na2sio3：純度≥98.0％。金屬表面的氧化物可以與硅酸鈉中的硅酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，硅氧鍵是一種非常強(qiáng)的化學(xué)鍵，這種鍵合能力能夠提供非常高的附著力。na2sio3的含量不足時(shí)涂層附著力下降，可能導(dǎo)致涂層脫落或剝離。含量過(guò)高可能會(huì)引起涂層與焊絲基材之間的不兼容，影響涂層性能。因此，涂層中na2sio3的含量控制在5％～15％。

14、y2o3：純度≥99.9％，粒徑＜200nm。y2o3能夠細(xì)化焊接接頭的晶粒，減少晶界面積，從而降低腐蝕介質(zhì)在晶界的滲透速率，還可以在焊接接頭表面形成一層氧化膜，進(jìn)一步提高耐腐蝕性。含量較低時(shí)焊接接頭的腐蝕性能不足，過(guò)量添加會(huì)導(dǎo)致不必要的成本增加。因此，y2o3的含量控制在1～3％。

15、銅粉：純度≥99.9％，平均粒徑為300-500nm。涂層中加入銅粉以提高涂層的導(dǎo)電性，銅粉的粒徑選擇在300～500nm，具有良好的分散性。當(dāng)銅粉含量較低時(shí)，涂層的導(dǎo)電性能可能不足以支持高效的焊接過(guò)程，導(dǎo)致焊接效率降低和焊接質(zhì)量下降；含量超過(guò)5％時(shí)，會(huì)增加涂層的成本，銅焊絲也會(huì)降低涂層的機(jī)械性能。因此，銅粉的含量控制在1～5％。

16、粘合劑：改性環(huán)氧樹(shù)脂，粘度≤500cps。涂層中加入粘合劑；粘合劑要具有良好的耐水性和穩(wěn)定性，適用于水下環(huán)境，同時(shí)揮發(fā)性較低，符合環(huán)保要求，涂層中改性環(huán)氧樹(shù)脂的含量控制在5～15％。優(yōu)選，涂層中加入改性環(huán)氧樹(shù)脂作為粘合劑，改性環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的耐水性和穩(wěn)定性。改性環(huán)氧樹(shù)脂含量較低時(shí)涂層內(nèi)部會(huì)存在粘結(jié)不充分的問(wèn)題，影響整體強(qiáng)度，含量過(guò)高會(huì)造成涂層過(guò)于堅(jiān)硬而缺乏必要的韌性。

17、有機(jī)載體：涂層中加入有機(jī)載體作為涂層的基體，提供涂層所需的柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性。有機(jī)載體較少涂層的柔韌性較低，容易開(kāi)裂有機(jī)載體較高會(huì)減少涂層的耐磨性和硬度，降低整體性能。因此，涂層中的有機(jī)載體含量控制在15％～25％。優(yōu)選，涂層中加入聚四氟乙烯(ptfe)、聚酰亞胺(pi)其中一種或兩種混合作為涂層的基體。

18、穩(wěn)定劑和流平劑：粘度≤1000cps。涂層中加入穩(wěn)定劑和流平劑，防止涂層在加工過(guò)程中的退化和改善涂層表面質(zhì)量。穩(wěn)定劑和流平劑的含量較低時(shí)，涂層在加工過(guò)程中不穩(wěn)定，表面會(huì)出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。但是含量較高時(shí)會(huì)造成涂層過(guò)于光滑，影響涂層與基材的附著力。因此，穩(wěn)定劑和流平劑的含量控制在1～2％。優(yōu)選涂層中加入硬脂酸鈣作為穩(wěn)定劑，加入聚乙烯醇作為流平劑。

19、本發(fā)明技術(shù)方案之二是提供一種具有優(yōu)異抗水解性能的水下增材制造焊絲涂層的制備方法，包括以下步驟：

20、(1)材料混合階段

21、在真空混合機(jī)中，首先將al2o3和caf2干混，隨后加入na2sio3、粘合劑、去離子水進(jìn)行濕混，之后加入y2o3，然后加入銅粉、有機(jī)載體，最后加入穩(wěn)定劑和流平劑進(jìn)行攪拌混合；

22、(2)焊絲表面預(yù)處理：

23、表面活化：采用高頻等離子體發(fā)生器對(duì)焊絲表面進(jìn)行活性化處理，功率750～850w，時(shí)間1.5～2.5min；

24、表面粗糙化：采用激光清洗技術(shù)進(jìn)行表面粗糙化處理，激光功率10～30w，作用時(shí)間：5-20μs；

25、(3)涂層噴涂：

26、采用自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)對(duì)預(yù)處理后的焊絲進(jìn)行涂層噴涂，噴涂速度0.5～1m/min，環(huán)境濕度40％～50％；

27、(4)涂層固化：涂層噴涂后進(jìn)行預(yù)熱，主固化以及后固化降溫，完成涂層的固化過(guò)程；其中預(yù)熱：溫度70～90℃，持續(xù)4～6min；主固化：主固化溫度140～160℃，主固化時(shí)間40～50min；后固化降溫：自然降溫至室溫；

28、進(jìn)一步，在材料混合階段：將al2o3和caf2干混時(shí)間為5～10min；先加入na2sio3，然后加入改性粘合劑，同時(shí)加入去離子水，攪拌10～15min；之后加入y2o3，隨后加入銅粉，采用超聲分散技術(shù)對(duì)上述混合材料進(jìn)一步細(xì)化，細(xì)化時(shí)間15～30分鐘；加入有機(jī)載體后繼續(xù)攪拌5～10分鐘；最后加入硬脂酸鈣和聚乙烯醇，攪拌20～30分鐘，形成均一的涂層材料；

29、進(jìn)一步，去離子水加入量為涂層混合物總質(zhì)量的5％～25％；

30、本發(fā)明的有益效果在于：

31、1.采用上述解決方案，有效改善了焊絲涂層在焊接過(guò)程中的脫落問(wèn)題，保證了水下增材制造過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間焊接的穩(wěn)定性；

32、2.通過(guò)涂層表面形成疏水層，提高了焊絲在海洋環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間存放造成的水解滲氫現(xiàn)象；從而保護(hù)了焊絲免受潮濕和水分子侵蝕，延長(zhǎng)了焊絲的使用壽命，提高增材制造構(gòu)件的機(jī)械性能，降低焊接缺陷的產(chǎn)生；

33、3.涂層的使用使焊絲具備更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在水下環(huán)境中保持穩(wěn)定，確保了在復(fù)雜海洋條件下的焊接作業(yè)可靠性；