CN101454504A - 用于幅材成形机的静态脱水构件及包覆用于幅材成形机的静态脱水构件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于幅材成形机的静态脱水构件，所述脱水构件(10)具有由粉末颗粒(34)制成的热喷涂层(26)。粉末颗粒(34)为由一次颗粒(36)构成的团聚体。一次颗粒(36)的平均尺寸小于0.5μm。本发明还涉及一种用于包覆设计用于幅材成形机的静态脱水构件的方法。

Description

用于幅材成形机的静态脱水构件及包覆用于幅材成形机的静态脱水构件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于幅材成形机的静态脱水构件(static dewateringelement)，所述脱水构件包括由粉末颗粒制成的热喷涂层(thermally sprayedcoating)。本发明还涉及一种设计用于幅材成形机的脱水构件的包覆方法。

背景技术

幅材成形机的脱水构件通常由固态陶瓷材料制作。然而，制造固态陶瓷脱水构件十分昂贵。因此，可通过包覆合适的金属以较低的成本制造脱水构件。专利文献FI 96437提出了一种主要由铝型材构成的脱水构件。铝型材例如由通过等离子体电解氧化或喷射爆炸包覆形成的氧化层包覆。然而，根据此专利的方法以及其他已知的方法仅能用于形成孔隙率大于1％的涂层。这种高孔隙率会在框架层(frame layer)和涂层的边界处产生点蚀的风险，这会导致在使用期间涂层的脱落。此外，附着至多孔材料的填充颗粒会因此毁坏与脱水构件接触的织物。根据现有技术的脱水构件的表面粗糙度典型地在0.4-0.8μm的范围内。现有涂层过高的表面粗糙度会加快织物的磨损。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新的用于幅材成形机的静态脱水构件，其相对于公知的包覆的脱水构件，具有较低的表面粗糙度和孔隙率。根据本发明的脱水构件的特有特征由所附权利要求1揭示。本发明的另一个目的在于，提供一种新的用于包覆位于幅材成形机内的静态脱水构件的方法，使得脱水构件的粗糙度和孔隙率低于公知的包覆的脱水构件。根据本发明的方法的特有特征由所附权利要求12揭示。对于根据本发明的脱水构件的涂层，使用的一次颗粒的平均粒度分布小于0.5μm。

静态脱水构件通常用于幅材成形机的成形部中。此外，静态脱水构件还用于压榨部中。在脱水构件中，可以在框架层的顶部上使用热喷涂层，这样可以使用多种材料用作框架层。脱水构件的特征能通过包覆脱水构件的框架层而发生改变。例如，框架层可以由陶瓷材料或金属制成。金属可以例如为不锈钢或铝。可以通过在框架层的顶部上热喷粉末颗粒实现包覆。可以通过例如等离子体喷涂方法或高速火焰喷涂方法进行涂层的热喷。惊人地，如果使用团聚体作为包含平均尺寸小于0.5μm的一次颗粒的粉末颗粒，相对于现有技术方案可以本质上改善最终涂层的表面粗糙度。用于包覆的颗粒可以是氧化物，例如铬的氧化物；或是碳化物，例如碳化钨。当包覆根据本发明的脱水构件时，除了降低表面粗糙度之外，表面孔隙率惊人地减少了，即有所改进。与固态陶瓷相比，表面粗糙度和孔隙率都处于同一程度或更好的程度，即孔隙率小于1％并且表面粗糙度低于0.3μm。与公知的脱水构件相比，在制造中已经使用了根据本发明的包覆的脱水构件的特性完全处于新的水平。当将根据本发明的包覆的脱水构件与固态陶瓷脱水构件相比时，应该注意的是，包覆的脱水构件的制造更加经济。

在一个实施例中，由一次颗粒形成的团聚体包含基体材料和共混材料。在这种情况下，甚至可以实现更好的涂层特性。共混材料的数目可以是一个或多个。共混材料可以改进基体材料的特性。例如，共混材料可以改进涂层的表面光滑度，即降低表面粗糙度，同时保持基体材料的特性，例如耐磨性。此外，共混材料可以改进表面光滑度。

附图说明

以下参照示出本发明的部分实施例的附图对本发明进行详细说明，其中：

图1示出了根据本发明的脱水构件在幅材成形机的成形部中的应用；

图2示出了根据本发明的脱水构件；

图3a为用于根据本发明的脱水构件的涂层的结构的截面图；

图3b为图3a的局部放大图；

图4a为用于根据现有技术的脱水构件的涂层的结构的截面图；

图4b为图4a的局部放大图；

图5示出了由一次颗粒形成根据本发明涂层的颗粒；

图6示出了用在根据本发明的包覆工艺中的一次颗粒的粒度分布；

图7示出了根据本发明的脱水构件的涂层，所述涂层由多个涂布层(coating layer)组成。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的脱水构件10的可行的应用。在根据本发明的用于静态脱水构件的包覆方法中，使用包括粉末颗粒的热喷涂层进行包覆。根据本发明，用于涂层中的这些粉末颗粒是包含一次颗粒的团聚体，该团聚体所包含的一次颗粒的平均尺寸选择为小于0.5μm。根据该方法包覆的脱水构件可以用于幅材成形机的成形部12中的多个位置中。幅材成形机可以例如是造纸机或纸板机。脱水构件10可以是刮刀套14、装载构件16、翼形刮刀(foil blade)18、弯曲的多孔盖件或有槽的盖件20。脱水构件用于将水通过织物11从幅材去除。织物11与脱水构件接触且对脱水构件导致磨蚀性的磨损。根据本发明的具有涂层的脱水构件也可以用在多个其他位置，例如用在压榨部中，以便脱水构件接触衣料织物和毛毯。这些位置例如是Uhle箱(Uhle boxes)或转移吸水箱的盖件。如上所述，根据本发明的方法可以用于包覆接触例如毛毯和织物的多种衣料的脱水构件。

图2中示出的根据本发明的脱水构件10在框架层的顶部具有薄的热喷涂布层，所述热喷涂布层的厚度例如为10-1000μm，有利地为10-500μm。框架层22可以例如由复合材料、塑料或金属制成。有利地，复合材料为碳或玻璃纤维复合材料。另一方面，框架层有利地由金属制成，金属可以是例如不锈钢或铝。脱水构件10中的孔24，沿纵向画出的所述孔的中线K相对于脱水构件10的横向表面的法线N具有超过30°的夹角α。所述孔的夹角有利地为35-50°。随着所述孔的纵向与脱水构件横向表面的法线之间的夹角α增加，脱水效果增强。在此应用中，主要由于生产技术的原因，在固态陶瓷脱水构件中将孔的夹角α制成大于30°十分难以制造和昂贵。对在根据本发明的脱水构件中的框架层的材料进行选择使得可以通过例如使得孔的夹角为45°的多种加工方法对脱水构件进行处理。与孔的夹角为30°的情况相比，当孔的夹角例如为45°时，相对于脱水构件的效率更高。

图2中示出的根据本发明的脱水构件设置有涂层26。在图2中示出的涂层26比其实际的厚度厚得多。根据本发明的脱水构件涂层的外表面的粗糙度小于0.3μm。由于涂层的外表面的表面粗糙度的降低，在该外表面与织物间的摩擦力减小。因此，可以实现一种应用，其中，织物与涂层的磨损小于以前的情况或明显慢于以前的情况。令人惊奇的是已经发现，基于碳化钨的涂层的表面粗糙度甚至可以实现为0.1μm的程度。

根据本发明的用于包覆脱水构件的方法可以用于制作表面孔隙率小于1％的脱水构件。当孔隙率小于1％时，可以实现极致密的涂层。此外，相对于现有技术，这种致密的涂层可以实现更好的脱水构件的耐腐蚀性。此外，用于纸张中的填充颗粒不会附着至表面。这可以防止填充颗粒在脱水构件表面上的粗糙化效果，所述粗糙化效果会增加织物磨损。特别对于公知的氧化物陶瓷，例如Cr₂O₃、TiO₂、Al₂O₃、SiO₂或ZrO₂，涂层的孔隙率是个问题。

图2示出的根据本发明的脱水构件10具有两个涂布层42，因此涂层26由两个涂布层42构成。涂布层的数目也可以大于2。例如可以使用多个层以将涂层附着至脱水构件的框架层或将多个层作为涂层的磨损指示器。如果涂布层没有附着至待包覆的框架层，可以使用粘附层。当用作磨损指示器时，多个涂布层必须具有不同颜色。有利地，对于粘附层可以使用不同于最外层涂布层的材料，使得该粘附层同时用作指示器。如图所示，通过此种具有两个涂布层的结构，可以实现比使用多于两层的更多层时更简单的包覆工艺。

图2中示出的脱水构件10的孔24已经由具有低表面能的表面处理剂处理过。因此湿的(water)和含水的(water-bonded)纤维、纸浆和填充物不扩散或附着至孔的表面，而是更易于连同水一起由孔流过。因此，相对于没有进行降低表面能的表面处理的情况，表面更易于保持洁净。为了降低孔的表面能，使用混合涂层作为该涂层。

在图2中，涂层仅在脱水构件的表面上，所述表面与处于脱水构件的应用位置中的织物接触。涂层还可以处于整个脱水构件周围。换句话说，涂层可以恰好形成在脱水构件所需部分处。

当将图3a中示出的位于框架层22的顶部的根据本发明的涂层26与图4a中示出的根据现有技术的涂层30比较时，可以发现根据本发明的涂层26显著地更光滑。图3b和图4b为图3a和图4a的放大图。放大图充分示出了图3b中的涂层明显比图4b中的涂层更光滑。在图3a示出的和图3b放大地示出的根据本发明的涂层中的相不连续性(phase discontinuities)小于0.5μm。当解释附图时，应该考虑的是，它们并不是实际表面的截面图，而是表示现有技术涂层与根据本发明涂层之间理论上不同之处。无论如何，图4a的涂层明显比图3a的涂层更加多孔。

在用于如图5所示的根据本发明的包覆工艺中的粉末32中，粉末颗粒34由多个一次颗粒36构成。换句话说，一次颗粒36形成团聚体，所述团聚体用作实际的粉末颗粒34，即涂层颗粒。粉末颗粒的尺寸范围可以十分广泛地变化。包含在粉末中的最大的粉末颗粒可以是50μm，而最小的粉末颗粒可以为2μm。这些颗粒由平均尺寸小于0.5μm的一次颗粒组成。惊人地，当期望获得比现有技术更光滑且更致密的涂层时，一次颗粒的尺寸是决定性的。由于一次颗粒的尺寸从0.5μm降低，涂层的特性保持示出的水平或者其可以甚至较前者提高。因此，关键的是，当平均颗粒尺寸为0.5μm或更小时，与固态陶瓷材料相比可以得到相同或更优的表面特性，并且特别是得到比先前包覆的脱水构件的表面特性更优的水平。

如图5所示，粉末颗粒34，即团聚体可以包括基体材料38和共混材料40。涂层颗粒可以由一种或多种材料构成。有利地，涂层颗粒34包括基体材料38和共混材料40，由此可以实现甚至更优的涂层特性。作为共混材料，相同的材料可以用作基本原料。共混材料的数目可以是一个或多个。涂层可以完全由例如氧化物陶瓷(比如Cr₂O₃、TiO₂、Al₂O₃、SiO₂或ZrO₂)的基体材料制成。涂层还可以是氧化物陶瓷的混合物。因此，共混材料可以改进基体材料的特性。例如，利用共混材料可以降低涂层表面的孔隙率，同时保持基体材料的特性，例如耐磨性。此外，共混材料可以改进涂层的表面光滑度。

当应用基于碳化物的包覆材料时，使用共混材料是特别有利的。当基体材料是碳化钨时，可以通过添加共混材料降低表面粗糙度，所述共混材料可以例如是金属钴、铬、镍、硼或硅。惊人地，当使用该混合物时，甚至可以获得比固态陶瓷更低的表面粗糙度。因为所述脱水构件比固态陶瓷脱水构件的制作更经济，本申请提供的是十分新型的脱水构件以用在幅材成形机中。此外，该脱水构件的表面粗糙度低于固态陶瓷脱水构件的表面粗糙度。

用于包覆脱水构件中的粉末颗粒可以包括75-95％的、优选为80-90％的基体材料。当基体材料的量是75-95％，优选为80-90％时，可以实现一种应用，在该应用中，保留了基体材料的有利特性，例如耐磨性，但是共混材料提供了需要的特性，例如涂层的低孔体积或更优的光滑度。有利地，共混材料的数目为一，并且占涂层的5-25％，优选为10-20％。

图6示出了用于根据本发明的包覆材料中的一次颗粒所具有的粒度分布的一个实例。该图的水平轴线表示一次颗粒的直径(d)，所用单位是μm。而垂直轴线示出颗粒的各粒度等级所占的体积(V)百分比(％)。因此粒度分布由体积百分比表示。可以通过多种方法如期望的控制粒度分布。例如，粒度分布可以具有高斯曲线的形状，但是特别地当受控制时，粒度分布不符合高斯曲线的形状。在可以朝期望的方向控制颗粒的粒度分布的同时，可以使这些颗粒始终保持特定的粒度分布。图6示出了一次颗粒的一种粒度分布，其中一次颗粒的平均尺寸小于0.5μm。仅少部分颗粒大于1μm。少部分的较大一次颗粒不会明显降低性能。因此，即使所述一次颗粒的粒度分布是浅的(shallow)，其仍然可以实现本发明的想法。

图7示出了根据本发明的脱水构件的涂层26，所述涂层26由多个涂布层42组成。换句话说，涂层26由至少两个涂布层42构成。在本实施例中，涂层26的涂布层42为表面层44、中心层46以及粘结层48。粘结层48用于将涂层26附着至框架层22，即基体材料。使用纳米碳化物和氧化物陶瓷时可以使用本方案。分层结构使得在相同的涂层中可以实现多个技术优点。

在一个优选实施例中，表面层相对较硬。换句话说，表面层的硬度为，其使得易于抛光并且在机器中具有合适的光滑度。尽管如此，表面层是耐磨的。因此，表面层可以描述为相对较硬。因此，表面层在抛光期间和早期使用阶段中用作合适的表面。表面层可以很快地适应于该工艺。此外，相对较硬的表面层比硬的中心层更加易于并更快地抛光。表面层可以例如由具有合适特性的陶瓷材料制成。相比之下，中心层极硬并且耐磨。根据本发明，中心层用作耐磨层。粘结层的硬度介于表面层与中心层的硬度之间。因此，可以描述成：粘结层是硬的。比粘结层的硬度更重要的是，粘结层能很好地粘结至基体材料和中心层。通过该表面分层结构，可以实现比现有技术更好的脱水构件表面质量以及进一步地实现更好的织物接触。此外，由于对例如用作中心层中的硬质材料抛光十分昂贵而且费时，因此该涂层的价格低于现有技术。

这些至少两个涂布层有利地具有不同的颜色。例如，具有不同颜色的涂布层可以是粘结层，所述粘结层因此用作指示磨损和/或偏移的指示器。硬的中心层的颜色也可以不同于表面层的颜色。因此可以很早地得到关于涂层磨损的信息，并且视觉上更易于察觉磨损。同时可以察觉任何偏移。例如，表面层可以是黑色，同时中心层可以具有金属色。在这种情况下粘结层可以例如是红色。

根据本发明的上述脱水构件可以通过根据本发明的方法包覆。使用包含粉末颗粒的热喷涂层执行包覆操作。粉末颗粒为包含一次颗粒的团聚体，所选一次颗粒的平均尺寸小于0.5μm。

在一个实施例中，由根据本发明的方法制成的涂层在包覆后使用密封剂进行密封。可以通过氧化物陶瓷和碳化物陶瓷进行密封，优选通过氧化物陶瓷进行密封。当密封氧化物陶瓷表面时，表面孔隙率显著地降低。可以使用有机或无机密封剂进行密封。密封有助于显著降低表面孔隙率。这明显降低了例如点蚀的可能性。随着点蚀的风险的降低，增强了涂层的耐用性。当制作极致密的表面时，可以实现一种应用，其中，在涂层之下的框架层所需的耐磨性不再如同根据现有技术的应用中一样高。因此，与现有技术相比，对于框架层可以使用成本较低的材料。此外，密封有助于降低表面粗糙度。

在密封后抛光涂层。密封剂和抛光改进了通过包覆实现的表面质量，即降低了表面粗糙度和孔隙率。这明显减少了织物磨损。当使用基于氧化物的涂层时，密封和抛光是特别重要的。

根据本发明的脱水构件可以在使用后重新利用。涂层易于从用过的脱水构件移除，此后可以再次包覆脱水构件。通过重新包覆，可以明显节省成本并且减少环境负担。

Claims (15)

1.一种用于幅材成形机的静态脱水构件，所述脱水构件(10)具有热喷涂层(26)，所述热喷涂层由粉末颗粒(34)制成，其特征在于，所述粉末颗粒(34)为团聚体，所述团聚体由一次颗粒(36)构成并且所述一次颗粒(36)的平均尺寸小于0.5μm。

2.如权利要求1所述的脱水构件，其特征在于，由所述一次颗粒(36)形成的所述团聚体包括基体材料(38)和共混材料(40)。

3.如权利要求1或2所述的脱水构件，其特征在于，所述涂层(26)的表面孔隙率小于1％。

4.如权利要求1至3中任一项所述的脱水构件，其特征在于，所述涂层(26)的表面粗糙度小于0.3μm。

5.如权利要求1至4中任一项所述的脱水构件，其特征在于，所述基体材料(38)占所述涂层的75-95％，有利地为80-90％。

6.如权利要求1至5中任一项所述的脱水构件，其特征在于，所述共混材料(40)占所述涂层的5-25％，有利地为10-20％。

7.如权利要求1至6中任一项所述的脱水构件，其特征在于，所述脱水构件(10)适用于与衣料织物或毛毯接触。

8.如权利要求1至7中任一项所述的脱水构件，其特征在于，所述脱水构件(10)是多孔的，并且孔(24)相对于所述脱水构件(10)的横向表面的法线具有超过30°的夹角(α)。

9.如权利要求8所述的脱水构件，其特征在于，所述孔(24)由降低表面能的试剂进行处理。

10.如权利要求1至9所述的脱水构件，其特征在于，所述涂层(26)由至少两个涂布层(42)构成。

11.如权利要求10所述的脱水构件，其特征在于，所述涂布层(42)的颜色是不同的。

12.一种包覆用于幅材成形机的静态脱水构件的方法，通过热喷涂层(26)，利用涂层(26)中的粉末颗粒(34)进行所述包覆，其特征在于，所述涂层(26)中使用的所述粉末颗粒(34)为团聚体，所述团聚体包含一次颗粒(36)，所述一次颗粒(36)的平均尺寸选择为小于0.5μm。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在包覆后利用密封剂密封所述涂层(26)。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在密封后抛光所述涂层(26)。

15.如权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述脱水构件(10)在使用后回收。

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