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一种柔印陶瓷网纹辊的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种柔印陶瓷网纹辊的制备方法，包括以下步骤：1)将四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠和氢氧化钠溶于水中制备电解液，在电解液中加入添加剂和放电稳定剂，混合均匀制得电解溶液；2)将Al合金辊筒打磨、抛光并清洗干净；3)将中后的Al合金辊筒放入中配置的电解溶液中，直流或脉冲高压电源阳极连接Al合金辊筒，阴极连接铜电极板，通电进行电解氧化操作，使电解溶液温度保持40℃以下，通过在Al合金表面微放电氧化，在Al合金辊筒表面制备致密的Al2O3陶瓷层；4)取出Al合金辊筒清洗、自然干燥，将氧化后的表面抛光，雕刻制得柔印陶瓷网纹辊。本发明不但能保证网纹辊陶瓷层的厚度、硬度、强度、耐磨度，而且工艺简单，环境污染少。

Description

一种柔印陶瓷网纹辊的制备方法
技术领域
本发明属于印刷技术领域，具体涉及一种利用等离子体电解氧化技术原位制备陶瓷网纹滚筒的方法。
背景技术
网纹辊是柔性版印刷机的心脏，目前主要有金属网纹辊和陶瓷网纹辊两种，他们主要区别在于：相同线数的陶瓷网纹辊载墨量比金属网纹辊大；陶瓷网纹辊相对容易出现网空阻塞；陶瓷网纹辊耐用性较好。目前，公知的陶瓷网纹辊是由等离子体热喷涂方法制造的，等离子体热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材)送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中熔化、并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成覆盖层的工艺。然而它的工艺和生产设备复杂，陶瓷网纹辊生产成本高，而且涂层与基体间是机械结合，抗冲击性能差；也存在涂层组织不均匀，性能不稳定，涂层孔隙率高，耐腐蚀和抗氧化性能差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服等离子热喷涂法制备陶瓷网纹辊的生产工艺复杂，成本高等不足，而提供一种利用等离子体电解氧化技术在铝合金表面原位生成陶瓷层制备陶瓷网纹辊的方法。
等离子体电解氧化是将工件放入电解质溶液中，将工作电压引到工件，在工件表面产生等离子微弧放电，产生微区局部高温，从而产生高温氧化作用，在工件(Al，Mg，Ti及其合金)表面原位生长性能优异的陶瓷膜层。
本发明所提供的一种柔印陶瓷网纹辊的制备方法，包括以下步骤：
1)配置电解溶液：
①将四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠和氢氧化钠溶于水中制备电解液，电解液中四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠和氢氧化钠的浓度分别为1.15-3.00g/L、1.15-3.00g/L、8.50-17.00g/L和2.85-4.00g/L；
②在电解液中加入添加剂和放电稳定剂，搅拌并混合均匀制得电解溶液，其中，所述的添加剂为氢氧化钾、焦磷酸钠和钨酸钠，溶液中三种化合物的浓度分别为1.00-2.00g/L、1.00-2.00g/L和1.00-2.00g/L；所述的放电稳定剂为Al2O3微粉，微粉颗粒尺寸在10-50微米之间，溶液中放电稳定剂的浓度为2.00-4.00g/L；
2)将Al合金辊筒打磨、抛光使表面粗糙度达到Ra6.3以上，并清洗干净；
3)将步骤2)中清洗后的Al合金辊筒放入步骤1)中配置的电解溶液中，直流或脉冲高压电源阳极连接Al合金辊筒，阴极连接铜电极板，通电进行电解氧化操作，同时打开冷却系统，使电解溶液温度保持在40℃以下，通过在Al合金表面微放电氧化，在Al合金辊筒表面制备致密的Al2O3陶瓷层，一般氧化电压维持在200V-600V之间，电流密度在10-30mA/cm2之间，反应时间要大于30min；
4)取出Al合金辊筒清洗、自然干燥，将氧化后的表面抛光使表面粗糙度达到Ra 3.2以上，将抛光后的滚筒固定在激光或电子雕刻机上雕刻成网线后，便制得柔印陶瓷网纹辊。
其中，步骤3)中所述的高压电源为直流高压或脉冲高压电源；其中直流电源要求输出电压100V-1000V连续可调节，脉冲电源的频率为5KHz-40KHz，占空比10％-80％连续可调节，输出电压一般为100V-1000V连续可调节；电源的功率要根据制备陶瓷滚筒表面积的大小来决定，表面积乘以微弧氧化放电电流密度可以估算所需电源的功率。
步骤3)中所述的陶瓷层的厚度为150-400μm。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
等离子体电解氧化制备陶瓷网纹辊不但能保证网纹辊陶瓷层的厚度、硬度、强度、耐磨度，而且工艺简单，环境污染少等特点。微弧氧化的设备和装置简单，电解液无污染，生成成本低，且微弧氧化陶瓷膜在基体上原位生长与基体结合牢固，结构致密，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等。
附图说明
图1、等离子体电解氧化装置示意图；其中，1为电解槽、2温度计、3为阳极Al合金辊筒、4为电源、5为搅拌器、6为阴极铜棒、7为冷却系统。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下述实施例中所使用的等离子体电解氧化装置如图1所示。
实施例1
1)配置电解溶液：
①采用四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠、氢氧化钠和水配置10L电解液，电解液中四种化合物的浓度分别为四硼酸钠1.15g/L、乙二胺四乙酸二钠2.15g/L、硅酸钠12.00g/L和氢氧化钠2.85g/L；
②电解液中加入添加剂氢氧化钾、焦磷酸钠、钨酸钠和放电稳定剂Al2o3微粉，用搅拌器4搅拌使电解溶液混合均匀，电解溶液中氢氧化钾、焦磷酸钠、钨酸钠和放电稳定剂Al2o3微粉的浓度分别为1.00g/L、2.00g/L、2.00g/L和2.00g/L；
2)将Al合金辊筒用砂纸打磨后，用抛光机进行抛光使表面粗糙度达到Ra1.6，再用酒精或丙酮去除油污和杂质，并用去离子水漂洗辊筒表面；
3)将步骤2)中漂洗后的滚筒放入步骤1)中配置的电解溶液中，将直流电源4的阳极接通滚筒3，阴极接辅助铜电极6，进行微弧放电电解氧化，当调节直流电源电压达到300V时，放电开始，在铝合金表面形成无数微电弧，随后放电电压保持在400V，电流密度在10mA/cm2，随着电弧放电的进行，铝合金滚筒表面被氧化，生成Al2O3陶瓷层，控制放电电压使反应持续进行，反应过程中的利用冷却系统3使电解溶液温度保持40℃以下；
4)电解氧化反应稳定进行120min后取出辊筒，用自来水清洗进行冷却，可以看到在铝合金表面形成一层厚度为200μm的致密陶瓷层，将陶瓷层表面抛光，利用激光雕刻300线的网线后，即柔印陶瓷网纹辊，该网纹辊耐印率可达到1000万印以上。
实施例2
1)配置电解溶液：
①采用四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠、氢氧化钠和水配置10L电解液，电解液中四种化合物的浓度分别为四硼酸钠3.00g/L、乙二胺四乙酸二钠3.00g/L、硅酸钠15.00g/L和氢氧化钠3.00g/L；
②电解液中加入添加剂氢氧化钾、焦磷酸钠、钨酸钠和放电稳定剂Al2o3微粉，用搅拌器4搅拌使电解溶液混合均匀，电解溶液中氢氧化钾、焦磷酸钠、钨酸钠和放电稳定剂Al2o3微粉的浓度分别为2.00g/L、2.00g/L、2.00g/L和3.00g/L；
2)同实施例1步骤2)；
3)将步骤2)中漂洗后的滚筒放入步骤1)中配置的电解溶液中，将脉冲电源4的阳极接通滚筒3，阴极接辅助铜电极6，进行微弧放电电解氧化，当调节电源频率20KHz，占空比50％，电压达到350V时，放电开始，在铝合金表面形成无数微电弧，随后放电电压保持在450V，电流密度在15mA/cm2，随着电弧放电的进行，铝合金滚筒表面被氧化，生成Al2O3陶瓷层，控制放电电压使反应持续进行，反应过程中利用冷却系统3使电解溶液温度保持40℃以下；
4)电解氧化反应稳定进行180min后取出辊筒，用自来水清洗进行冷却，可以看到在铝合金表面形成一层厚度为320μm的致密陶瓷层，将陶瓷层表面抛光，利用激光雕刻600线的网线，该纹辊，耐印率可达到1000万印以上。
实施例3
1)配置电解溶液：
①采用四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠、氢氧化钠和水配置10L电解液，电解液中四种化合物的浓度分别为四硼酸钠2.00g/L、乙二胺四乙酸二钠3.00g/L、硅酸钠17.00g/L和氢氧化钠4.00g/L；
②电解液中加入添加剂氢氧化钾、焦磷酸钠、钨酸钠和放电稳定剂Al2o3微粉，用搅拌器4搅拌使电解溶液混合均匀，电解溶液中氢氧化钾、焦磷酸钠、钨酸钠和放电稳定剂Al2o3微粉的浓度分别为1.50g/L、1.50g/L、1.50g/L和4.00g/L；
2)同实施例1步骤2)；
3)将步骤2)中漂洗后的滚筒放入步骤1)中配置的电解溶液中，将直流电源4的阳极接通滚筒3，阴极接辅助铜电极6，进行微弧放电电解氧化，当调节电压达到300V时，放电开始，在铝合金表面形成无数微电弧，随后放电电压保持在450V，电流密度在30mA/cm2，随着电弧放电的进行，铝合金滚筒表面被氧化，生成Al2O3陶瓷层，控制放电电压使反应持续进行，反应过程中的利用冷却系统3使电解溶液温度保持40℃以下；
4)电解氧化反应稳定进行240min后取出辊筒，用自来水清洗进行冷却，可以看到在铝合金表面形成一层厚度为400μm的致密陶瓷层，将陶瓷层表面抛光，利用激光雕刻600线的网线后，即柔印陶瓷网纹辊。该网纹辊耐印率可达到1000万印以上。

Claims (1)

1.一种柔印陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置电解溶液：
①将四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠和氢氧化钠溶于水中制备电解液，电解液中四硼酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硅酸钠和氢氧化钠的浓度分别为1.15-3.00g/L、1.15-3.00g/L、8.50-17.00g/L和2.85-4.00g/L；
②在电解液中加入添加剂和放电稳定剂，搅拌并混合均匀制得电解溶液，其中，所述的添加剂为氢氧化钾、焦磷酸钠和钨酸钠，溶液中三种化合物的浓度分别为1.00-2.00g/L、1.00-2.00g/L和1.00-2.00g/L；所述的放电稳定剂为Al2O3微粉，微粉颗粒尺寸在10-50微米之间，溶液中放电稳定剂的浓度为2.00-4.00g/L；
2)将Al合金辊筒打磨、抛光并清洗干净；
3)将步骤2)中清洗后的Al合金辊筒放入步骤1)中配置的电解溶液中，直流或脉冲高压电源阳极连接Al合金辊筒，阴极连接铜电极板，通电进行电解氧化操作，同时打开冷却系统，使电解溶液温度保持在40℃以下，通过在Al合金表面微放电氧化，在Al合金辊筒表面制备致密的Al2O3陶瓷层，氧化电压维持在200V-600V之间，电流密度在10-30mA/cm2之间，反应时间大于30min；其中直流电源要求输出电压100V-1000V连续可调节，脉冲电源的频率为5KHz-40KHz，占空比10％-80％连续可调节，输出电压为100V-1000V连续可调节；
4)取出Al合金辊筒清洗、自然干燥，将氧化后的表面抛光，将抛光后的辊筒固定在激光或电子雕刻机上雕刻成网线后，便制得柔印陶瓷网纹辊。
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