專利名稱：具有薄的聚合物涂層的馬氏體絲線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有馬氏體、回火馬氏體、貝氏體或索氏體組織的狹長鋼元件，該狹長鋼元件具有直接位于其上的聚合物涂層。本發(fā)明還涉及制造該狹長鋼元件的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，對于諸如刷子制造的進(jìn)一步下游處理，鋼絲線的摩擦系數(shù)是非常重要的。減小摩擦系數(shù)的通常方式是通過使用潤滑劑，例如油。通常向鋼絲線涂油 (oiling)以改善進(jìn)一步下游處理，由此還提供額外的抗腐蝕性。但是，在絲線表面上存在油具有產(chǎn)生粘性表面的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)涂油的鋼絲線被捆束時(shí)，難以將這些涂油的束體分成預(yù)定的更小的束體。此外，油會污染工作區(qū)域，從而可能產(chǎn)生對于環(huán)境、安全和健康有害的情況。裸鋼的抗腐蝕性常常不足也是眾所周知的。腐蝕意味著鋼元件由于化學(xué)反應(yīng)瓦解成其構(gòu)成原子。換而言之，鋼元件的電子與水和氧反應(yīng)。由于鐵原子的氧化引起的鐵弱化是電化學(xué)腐蝕的公知例子。這一般也被稱為生銹。這種類型的損傷一般產(chǎn)生初始鋼元件的氧化物和/或鹽。當(dāng)前，諸如鉻酸鹽轉(zhuǎn)化的受控腐蝕處理將增加鋼元件的抗腐蝕性。但是，鉻酸鹽轉(zhuǎn)化導(dǎo)致環(huán)境污染和更高的投資費(fèi)用。作為替代方案，可以在具有預(yù)先的鍍鋅涂層的鋼元件上施加聚合物涂層。該聚合物涂層可產(chǎn)生著色的涂層，但是，聚合物涂覆之前的鍍鋅導(dǎo)致鋼元件具有更高的費(fèi)用和高的環(huán)境污染。用于聚合物涂覆的附加生產(chǎn)線也增加費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的問題。本發(fā)明的目的還在于，減少環(huán)境污染。本發(fā)明的又一目的是，提供具有低的摩擦和高的抗腐蝕性的狹長鋼元件。本發(fā)明的另一目的是，提供一種制造該狹長鋼元件的方法。根據(jù)本發(fā)明，具有馬氏體、回火馬氏體、貝氏體或索氏體組織的狹長鋼元件具有直接位于該狹長鋼元件上的聚合物涂層，并且該聚合物涂層具有小于20 μ m的厚度。馬氏體、回火馬氏體、貝氏體和索氏體指的是四種形式的鋼晶體組織。通常，馬氏體和回火馬氏體比珠光體更硬，并且貝氏體具有比珠光體更好的韌性和穩(wěn)定性，索氏體具有比珠光體更好的機(jī)械特性。因此，顧及各種期望的應(yīng)用或用途而優(yōu)選馬氏體、回火馬氏體、貝氏體和索氏體。術(shù)語“直接位于狹長鋼元件上的聚合物涂層”指的是在聚合物涂覆之前不進(jìn)行任何涂覆的裸露的狹長鋼元件。這意味著在聚合物涂層和鋼芯之間沒有中間涂層。因此該狹長鋼元件具有封閉的聚合物涂層以提供腐蝕防護(hù)。該聚合物涂層還導(dǎo)致具有低的摩擦系數(shù)
3(靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù))且同時(shí)仍然具有高的抗腐蝕性的狹長鋼元件。此外，正如下文將要說明的，直接位于該狹長鋼元件上的薄的聚合物涂層節(jié)省了大量費(fèi)用。US 5303498公開了包含由鋼絲線和樹脂構(gòu)成的絞線(strand)的釣魚線。在進(jìn)行捆束以便用樹脂涂覆之前，用抗腐蝕金屬涂覆鋼絲線。其還描述了鋼絲線的碳含量較低，為 0. 01%至 0. 05%。US 6951985公開了一種包含金屬絲、外層、第一層和第二層的電纜。外層和第二層由電絕緣材料形成。第一層由超導(dǎo)材料形成。金屬絲至少涂覆有三個(gè)層以獲得超導(dǎo)電纜。US 5789080公開了一種涂覆有硅烷層且具有小于0.20%的低碳含量的鋼絲線。 當(dāng)該鋼絲線被用于橡膠產(chǎn)品中時(shí)，硅烷涂層為鋼絲線提供了良好的粘附性。上述三篇專利均沒有提到鋼元件具有直接位于該狹長鋼元件上的聚合物涂層。優(yōu)選地，該狹長鋼元件具有回火的馬氏體組織。換而言之，該狹長鋼元件被回火以便在其硬度和強(qiáng)度之后獲得高的延性和韌性。在對其進(jìn)行回火之后，回火的馬氏體變得更堅(jiān)韌且具有更大延性。聚合物涂層的厚度取決于狹長鋼元件的性能需要。聚合物涂層越厚，則狹長鋼元件的抗腐蝕性越好，但制造費(fèi)用也越高。根據(jù)本發(fā)明，聚合物涂層的厚度小于20μπι。優(yōu)選地，厚度小于15μπι，例如小于 10 μ m。更優(yōu)選地，厚度范圍為2至4μπι。該狹長鋼元件可以借助這種適宜的聚合物涂層厚度同時(shí)獲得低的摩擦系數(shù)和高的抗腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明，該聚合物是均聚物或共聚物。優(yōu)選地，該聚合物是共聚物。更優(yōu)選地， 該共聚物基于聚乙烯和/或聚丙烯酸酯或者基于聚苯乙烯和/或聚丙烯酸酯。聚合物涂層向狹長鋼元件提供改善的摩擦系數(shù)和抗腐蝕性。與現(xiàn)有的涂油鋼元件相比，摩擦系數(shù)低將近20 %并且抗腐蝕性高將近50 %。這有益于諸如刷子制作或操縱索 (control cable)絲線制作的進(jìn)一步下游處理。特別地，動(dòng)摩擦系數(shù)得到改善從而在諸如捆束和切割的進(jìn)一步下游處理時(shí)保護(hù)涂層的表面免受損傷。此外，與涂油相比，聚合物涂層可減少環(huán)境污染。也可以向聚合物中添加著色顏料?？梢允褂脽o機(jī)顏料或有機(jī)顏料。顏料也可以是特殊的顏料，例如發(fā)光顏料。因此，該狹長鋼元件可適用于從紫光到紅光的整個(gè)可見光譜。根據(jù)本發(fā)明，該狹長鋼元件的碳含量范圍為0. 30wt%至1. OOwt % 為重量百分比)。優(yōu)選地，該狹長鋼元件的碳含量范圍為0. 50wt%至0. SOwt%。更優(yōu)選地，該狹長鋼元件的碳含量為0. 60wt%。鋼組成還可包含0.30%至1.50%的錳含量、0. 10 %至1. 80 %的硅含量、最多 0.035%的硫含量、最多0.035%的磷含量和最多1.50%的鉻含量。可存在微量的銅、釩、 硼、鎳、鉬、鈮、銅鈣、鋁、鈦和氮。該狹長鋼元件可以是圓形絲線、異形絲線(profile wire)、帶材、片材、刀片或其它的狹長鋼元件。并且，所述異形絲線可以是扁絲線、矩形絲線、方形絲線或其它的異形絲線。對于圓形鋼絲線，直徑范圍為0. 15mm至20mm。直徑范圍優(yōu)選為0.20mm至0.80mm。一種制造涂覆聚合物的鋼元件的方法，該方法包括下列步驟
(a)將狹長鋼元件奧氏體化；(b)使所述狹長鋼元件快速冷卻以具有馬氏體、貝氏體或索氏體組織；(c)將所述狹長鋼元件浸入具有聚合物的浴中以便向所述狹長鋼元件提供小于 20 μ m的聚合物涂層。本領(lǐng)域中公知，為了得到非常純的馬氏體組織，應(yīng)當(dāng)快速冷卻狹長鋼元件。但是， 如果冷卻太快，則狹長鋼元件將受損。為了得到純的貝氏體組織，必須將狹長鋼元件再次加熱到奧氏體區(qū)域(奧氏體化)，并在完全淬火(冷卻)到低溫之前稍微較慢地冷卻到控制的溫度。為了使得馬氏體或索氏體堅(jiān)韌且延性，可在快速冷卻之后對狹長鋼元件進(jìn)行回火。在上述的步驟(b)之后以300°C至450°C的溫度對狹長鋼元件進(jìn)行回火。對于狹長鋼元件，在強(qiáng)度和延性之間存在平衡。為了獲得所需的力學(xué)性能，需要精確控制回火處理期間的時(shí)間和溫度?？梢栽诨鼗鹌陂g以仍存在于絲線內(nèi)的熱能來形成聚合物涂層。為了節(jié)省能量費(fèi)用，在快速冷卻或回火之后可對狹長鋼元件進(jìn)行冷卻，直到其溫度處于100°C和250°C之間。然后，高溫的狹長鋼元件通過浸浴從而被聚合物涂覆，從而利用該狹長元件內(nèi)的殘余能量。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，可以在不增加能量的情況下與回火步驟共生產(chǎn)線地進(jìn)行聚合物涂覆。 不再需要單獨(dú)的聚合物涂覆生產(chǎn)線，例如擠出生產(chǎn)線。另外，可以在聚合物涂覆之后用蠟涂覆狹長鋼元件。蠟涂層可保護(hù)聚合物涂層在進(jìn)一步下游處理時(shí)免受損傷。此外，鋼元件的摩擦系數(shù)得到改善。其比涂覆聚合物的狹長鋼元件低將近40%。而且抗腐蝕性比只涂覆聚合物涂層的狹長鋼元件更好。蠟涂層的厚度小于ΙΟμπι。優(yōu)選地，該厚度小于5μπι。根據(jù)本發(fā)明，具有低的摩擦系數(shù)和高的抗腐蝕性的該狹長鋼元件可以用于許多應(yīng)用中，例如刷子絲線、柔性針布絲線(card wire)、操縱索絲線以及用于窗戶的擦拭器臂 (wiper arm)和擦拭器片(wiper blade)。其還可在著色的情況下被應(yīng)用，以滿足諸如識別目的的市場產(chǎn)品需要。


圖1顯示了具有聚合物涂層的圓形鋼絲線的橫截面；圖2顯示了具有聚合物涂層和蠟涂層的圓形鋼絲線的橫截面；圖3顯示了具有聚合物涂層和蠟涂層的扁鋼絲線的橫截面。
具體實(shí)施例方式圖1中顯示了第一實(shí)施方案。具有0.6%的碳含量和0.80mm的直徑的圓形鋼絲線 12具有鋼芯14和聚合物涂層16。聚合物涂層16的厚度為3 μ m。為了制造涂覆聚合物的圓形鋼絲線12，起始產(chǎn)品是線坯，所述線坯是在許多相繼的拉拔步驟中被首先冷拉拔到其最終(鋼)直徑。然后，鋼芯14首先以860°C至1000°C的溫度被奧氏體化，并然后快速冷卻直至溫度低于60°C，然后以300°C至450°C的溫度進(jìn)行回火，然后冷卻直至溫度為150°C至200°C，從而得到回火的馬氏體組織。然后，不是進(jìn)行等待直至回火的鋼絲線冷卻到環(huán)境溫度，而是將回火的鋼絲線14浸入具有30Vol%的聚合物濃度并且溫度低于70°C的聚合物浴中，以得到3μπι的聚合物涂層。鋼絲線14中存在的熱量有助于在鋼絲線上形成聚合物涂層。圖2中顯示了第二實(shí)施方案。圓形鋼絲線18具有兩個(gè)涂層，第一個(gè)是聚合物涂層 16且第二個(gè)是蠟涂層20。將涂覆聚合物的鋼絲線12浸入與聚合物涂覆共生產(chǎn)線的蠟浴中。 蠟涂層的厚度為3 μ m。與現(xiàn)有的涂油鋼絲線相比，在下表中匯總了一些試驗(yàn)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種具有馬氏體、回火馬氏體、貝氏體或索氏體組織的狹長鋼元件，所述鋼元件具有直接位于該狹長鋼元件上的聚合物涂層，所述聚合物涂層具有小于20 μ m的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件具有回火馬氏體組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的狹長鋼元件，其特征在于，所述聚合物涂層具有小于15μ m的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述聚合物涂層具有2至 4μπι的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述聚合物是共聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的狹長鋼元件，其特征在于，所述共聚物是基于聚乙烯和/或聚丙烯酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件的碳含量范圍是 0. 30wt%M 1. OOwt % ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件是圓形鋼絲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的狹長鋼元件，其特征在于，所述圓形鋼絲線的直徑范圍為0.15至 20mmo
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件是異形鋼絲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件是扁鋼絲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件是鋼刀片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的狹長鋼元件，其特征在于，所述狹長鋼元件在所述聚合物涂層的頂部上另外涂覆有蠟。
14.一種制造涂覆的狹長鋼元件的方法，所述方法包括以下的步驟(a)將狹長鋼元件奧氏體化；(b)使所述狹長鋼元件快速冷卻以便具有馬氏體、貝氏體或索氏體組織；(c)將所述狹長鋼元件浸入具有聚合物的浴中以向所述狹長鋼元件提供小于20μ m的聚合物涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，在步驟(b)之后，以300°C至450°C范圍的溫度對所述狹長鋼元件進(jìn)一步進(jìn)行回火。
全文摘要
一種具有馬氏體、回火馬氏體、貝氏體或索氏體組織的狹長鋼元件(12)，其具有直接位于狹長鋼元件(14)上的厚度小于20μm的聚合物涂層(16)。通過該聚合物涂層，以較低的費(fèi)用改善了摩擦系數(shù)和抗腐蝕性。
文檔編號B05D7/20GK102421538SQ201080020858
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者L·S·勒杜, 楊海強(qiáng), 齊娜喬 申請人:貝卡爾特公司