CN104002552A - 一种激光雕刻陶瓷网纹辊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊及其制备方法，包括辊基体、过渡层和工作层，所述过渡层为金属结合底层，所述工作层为陶瓷涂层；所述过渡层固定在所述辊基体辊面上，所述陶瓷涂层固定在所述过渡层上。其制备方法依次包括以下步骤：清洗辊基体、对辊基体的表面预处理、喷涂金属结合底层、喷涂陶瓷工作层、对喷涂后的陶瓷工作层磨削加工和陶瓷工作层上激光雕刻加工。本发明提供的激光雕刻陶瓷涂层网纹辊具有使用寿命长和印刷精度高的优点；提供的制备方法工艺步骤少，制备条件不苛刻，不仅可以保障所述陶瓷网纹辊的技术效果，而且适合于工业化批量生产。

Description

一种激光雕刻陶瓷网纹辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及印刷机械领域，具体涉及一种激光雕刻陶瓷网纹辊，并且还涉及该激光雕刻陶瓷网纹辊的制备方法。
背景技术
网纹辊源起于1938年左右，到现在已经有了70多年的历史。它的发明纯粹是为了给柔性版印刷机的诞生做配套，可以说，因为有了柔性版印刷机，才有了网纹辊。
最早的网纹辊是采用铁质辊筒，然后将网纹压刻在辊轮表面，制作比较粗糙，使用中磨损也很大，印刷质量和印刷成本都难以得到保证，制约了柔版印刷的推广，当时主要应用于纸箱外包装。
1939年柔印行业对网纹辊进行了改进，在压刻的辊轮外表面再电镀一层硬铬，以此来增强网纹辊的表面硬度（通常在洛氏HRC55-HRC60，维氏HV600-750之间），延长使用寿命，也就是我们现在所见到的电镀铬金属网纹辊的雏形。但是这种工艺由于压刻的网孔比较粗糙，网线数太低，依然无法满足精细印刷要求，从而也制约了柔版印刷的进一步发展。电镀金属网纹辊发展到现在，随着机械加工精度的提高，质量也在不断提高，目前依然在网纹辊的应用市场中占有很大份额，基本分为电子雕刻和机械挤压两种，网线数一般不超过300线/英寸。
目前对于高网线数的陶瓷网纹辊主要依赖国外进口，价格十分昂贵，因此，从产业自主的角度出发，有必要加予探索。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种陶瓷涂层与辊基体结合效果好、硬度高、耐磨损、耐腐蚀，藉以体现使用寿命长和印刷精度高的激光雕刻陶瓷涂层网纹辊。
在此基础上，本发明的第二目的在于提供一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，该方法能保障陶瓷涂层的致密度高，易于激光雕刻、涂层厚度均匀且光洁度理想。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊，包括辊基体、过渡层和工作层，所述过渡层为金属结合底层，所述工作层为陶瓷涂层；所述过渡层固定在所述辊基体辊面上，所述陶瓷涂层固定在所述过渡层上。
优选的，所述过渡层的厚度为0.05-0.15mm，其材料为FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrAlY、MCrAlY、NiAl或者NiCr。
优选的，所述陶瓷涂层的厚度为0.2-0.5mm，其材料为Cr2O3或10-20wt%的Al2O3和80-90wt%的Cr2O3两者的混合物。
一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，包括以下步骤：
第一步：清洗，将辊基体投入清洗装置中清洗，得到清洁处理的辊基体；
第二步：表面预处理，用喷砂装置对辊基体的外表面喷砂，使辊基体1的外表面形成粗糙面，得到待喷涂的辊基体；
第三步：喷涂结合底层，用等离子体喷涂装置将MCrAlY（M指Fe、Ni、Co等）或者NiAl或者NiCr;喷涂到待喷涂的辊基体的外表面上，所述的等离子体喷涂装置所用的等离子气体为氩气和氢气，控制等离子体喷涂装置的电流、控制氩气和氢气的流量和送粉量以及控制喷枪的喷嘴与工件的距离，得到辊基体的外表面喷涂了结合底层的待喷涂陶瓷陶瓷涂层3的网纹辊半成品；
第四步：喷涂陶瓷工作层，用等离子体喷涂装置将Cr2O3或者10-20wt%Al2O3的和80-90wt%的Cr2O3两者的混合物喷涂到待喷涂陶瓷工作层的辊基体的外表面喷涂了结合底层的外表面上，所述的等离子体喷涂装置所用的等离子气体为氩气和氢气，控制等离子体喷涂装置的电流、控制氩气和氢气的流量和送粉量以及控制喷枪的喷嘴与工件的距离，得到辊基体的外表面喷涂了结合底层再喷涂了陶瓷工作层的待磨削加工的陶瓷网纹辊半成品；
第五步：磨削加工，用粗磨砂轮先对陶瓷介电体绝缘涂层的表面粗磨，再用抛光砂带进行抛光，得到外表面的陶瓷工作层的厚度为0.2-0.5mm的陶瓷网纹辊半成品;
第六步：激光雕刻加工，用激光雕刻机在光滑的陶瓷工作层上雕刻所需的网线，得到激光雕刻陶瓷网纹辊成品。
优选的，在第一步骤中所述的清洗装置为超声波清洗机，清洗剂为无水乙醇。
优选的，在第二步骤中所述的喷砂所用的喷砂材料为20#白刚玉砂。
优选的，在三步骤中所述的控制等离子体喷涂装置的电流是将电流控制为320-400A，所述的控制氩气和氢气的流量是将氩气和氢气的流量分别控制为150-200L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是将送粉量控制为15-50g/min，所述的控制喷枪的喷嘴与工件的距离是将距离控制为15-25cm。
优选的，在第四步骤中所述的控制等离子体喷涂装置的电流是将电流控制为350-450A，所述的控制氩气和氢气的流量是将氩气和氢气的流量分别控制为100-150L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是将送粉量控制为15-50g/min，所述的控制喷枪的喷嘴与工件的距离是将距离控制为10-20cm。
优选的，在第五步骤中所述的粗磨砂轮为800目金刚石砂轮，而所述的细磨砂带为3M抛光带。
优选的，在第六步骤中所述的激光雕刻机为YAG激光雕刻器。
本发明提供的激光雕刻陶瓷涂层网纹辊与现有技术相比，陶瓷涂层与辊基体结合效果好（结合强度大于40MPa）、硬度高(Hv1200以上)、耐磨损耐腐蚀，藉以体现使用寿命长和印刷精度高（最高可达2000线/英寸），激光雕刻陶瓷网纹辊具有使用寿命长和印刷精度高的优点；该激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法能保障陶瓷涂层的致密度高（孔隙率小于2%）、易于激光雕刻、涂层厚度均匀且光洁度理想，提供的制备方法工艺步骤少，制备条件不苛刻，不仅可以保障所述陶瓷网纹辊的技术效果，而且适合于工业化批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的立体图；
图2为本发明实施例所公开的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊侧视图；
图3为本发明实施例所公开的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊制备方法的流程图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1．辊基体  2.金属结合底层  3.陶瓷涂层
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例.
如图1和图2所示，一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊，包括辊基体1、金属结合底层2和陶瓷涂层3；所述金属结合底层2固定在所述辊基体1辊面上，所述陶瓷涂层3固定在所述金属结合底层2上。
其中，所述金属结合底层2的厚度设计在0.05-0.15mm之间，其材料采用FeCrAlY，在此也可以采用NiCrAlY、CoCrAlY、MCrAlY、NiAl或者NiCr，在此不做限定，这些都属于本发明的保护范围；所述陶瓷涂层的厚度设计为0.2-0.5mm，其材料为Cr2O3，在此也可以采用10-20wt%的Al2O3和80-90wt%的Cr2O3两者的混合物，在此也不做限定，这些同样也属于本发明的保护范围。
在此基础上，本发明的还一任务是这样来完成的，一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，它包括以下步骤：
A）清洗辊基体，将辊基体1投入清洗装置中清洗，得到清洁处理的辊基体1；
B）辊基体表面预处理，用喷砂装置对辊基体1的外表面喷砂，使辊基体1的外表面形成粗糙面，得到待喷涂的辊基体1；
C）喷涂结合底层，用等离子体喷涂装置将MCrAlY（M指Fe、Ni、Co等）或者NiAl或者NiCr。喷涂到待喷涂的辊基体1的外表面上，所述的等离子体喷涂装置所用的等离子气体为氩气和氢气，控制等离子体喷涂装置的电流、控制氩气和氢气的流量和送粉量以及控制喷枪的喷嘴与工件的距离，得到辊基体1的外表面喷涂了金属结合底层2的待喷涂陶瓷涂层3的网纹辊半成品；
D)喷涂陶瓷涂层，用等离子体喷涂装置将Cr2O3或者10-20wt%Al2O3的和80-90wt%的Cr2O3两者的混合物喷涂到待喷涂陶瓷工作层的辊基体1的外表面喷涂了金属结合底层2的外表面上，所述的等离子体喷涂装置所用的等离子气体为氩气和氢气，控制等离子体喷涂装置的电流、控制氩气和氢气的流量和送粉量以及控制喷枪的喷嘴与工件的距离，得到辊基体1的外表面喷涂了金属结合底层2,再喷涂陶瓷涂层3的待磨削加工的陶瓷网纹辊半成品；
E）磨削加工，用粗磨砂轮先对陶瓷介电体绝缘涂层的表面粗磨，再用抛光砂带进行抛光，得到外表面的陶瓷涂层3的厚度为0.2-0.5mm的陶瓷网纹辊半成品。
F)激光雕刻加工，用激光雕刻机在光滑的陶瓷涂层3上雕刻所需的网线，得到激光雕刻陶瓷网纹辊成品。
其中，在本发明的上述实施例中，步骤A）中所述的清洗装置为超声波清洗机，清洗剂为无水乙醇；步骤B）中所述的喷砂所用的喷砂材料为20#白刚玉砂；步骤C）中所述的控制等离子体喷涂装置的电流是将电流控制为320-400A，所述的控制氩气和氢气的流量是将氩气和氢气的流量分别控制为150-200L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是将送粉量控制为15-50g/min，所述的控制喷枪的喷嘴与辊基体1的距离是将距离控制为15-25cm。
另外，在本发明的上述实施例中，步骤D）中所述的控制等离子体喷涂装置的电流是将电流控制在350-450A之间，所述的控制氩气和氢气的流量是将氩气和氢气的流量分别控制为100-150L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是将送粉量控制为15-50g/min，所述的控制喷枪的喷嘴与辊基体1的距离是将距离控制为10-20cm。
同时，在本发明又一个具体的实施中，步骤E）中所述的粗磨砂轮为800目金刚石砂轮，而所述的细磨砂带为3M抛光带；步骤F）中所述的激光雕刻机为YAG激光雕刻器。
再参阅图1和图2，下面以采用NiCr和Cr2O3为材料为例给出一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的具体的制备方法的步骤如下：
A）清洗，将辊基体1投入超声波清洗机中清洗，清洗剂为无水乙醇,使辊基体1的外表面形成清洁的表面，得到清洁处理后的辊基体1；
B）表面预处理，用喷砂装置将规格为20#白刚玉砂喷向辊基体1的外表面即外圆表面，使辊基体1的外表面粗糙化，得到待喷涂的辊基体1；
C）喷涂结合底层，用等离子喷涂设备例如HPEJET-100等离子喷涂机（设备）将NiCr喷涂到辊基体1的外表面即辊基体1的外圆表面，等离子喷涂设备的电流控制为360A，用于将NiCr材料熔化的等离子气体即氩气的流量控制为180L/min以及氢气的流量控制为20L/min，NiCr粉体的送入量控制为26g/min，等离子喷涂设备的喷枪的喷嘴与辊基体1即喷涂距离控制为15cm，得到辊基体1的外表面的金属结合底层2为NiCr材质的结合底层的待喷涂陶瓷工作层的网纹辊半成品；
D）喷涂陶瓷工作层，用等离子喷涂设备将Cr2O3涂层材料喷涂到待喷涂陶瓷工作层的辊基体1的外表面喷涂了金属结合底层2的外表面上即金属结合底层2的外圆表面，等离子喷涂设备的电流控制为400A，用于将Cr2O3材料熔化的等离子气体即氩气的流量控制为130L/min，以及氢气的流量控制为21L/min，Cr2O3粉体的送入量控制为30g/min，等离子喷涂设备的喷枪的喷嘴与辊基体之间距离即喷涂距离控制为14cm，得到辊基体1的外表面喷涂了金属结合底层2再喷涂了陶瓷涂层3的待磨削加工的陶瓷网纹辊半成品；
E）磨削加工，用800目金刚石粗磨砂轮先对陶瓷介电体绝缘涂层的表面粗磨，再用3M抛光砂带进行抛光，得到外表面的陶瓷涂层3的厚度为0.3mm的陶瓷网纹辊半成品。
F)激光雕刻加工，用YAG激光雕刻器在光滑的陶瓷涂层3上雕刻所需的网线，得到激光雕刻陶瓷网纹辊成品。
最后对激光雕刻陶瓷网纹辊成品进行测试，Cr2O3涂层与辊基体1结合强度达到60MPa，显微硬度达Hv1260，陶瓷涂层3孔隙率达1.2%,网孔雕刻精度达到1500线/英寸。
本发明提供的激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的陶瓷涂层与辊基体结合效果好、硬度高、耐磨损耐腐蚀，藉以体现使用寿命长和印刷精度高，激光雕刻陶瓷网纹辊具有使用寿命长和印刷精度高的优点；该激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法能保障陶瓷涂层的致密度高、易于激光雕刻、涂层厚度均匀且光洁度理想，提供的制备方法工艺步骤少，制备条件不苛刻，不仅可以保障所述陶瓷网纹辊的技术效果，而且适合于工业化批量生产。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊，其特征在于，包括辊基体、过渡层和工作层，所述过渡层为金属结合底层，所述工作层为陶瓷涂层；所述过渡层固定在所述辊基体辊面上，所述陶瓷涂层固定在所述过渡层上。
2.根据权利要求1所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊，其特征在于，所述过渡层的厚度为0.05-0.15mm，其材料为FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrAlY、MCrAlY、NiAl或者NiCr。
3.根据权利要求2所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊，其特征在于，所述陶瓷涂层的厚度为0.2-0.5mm，其材料为Cr2O3或10-20wt%的Al2O3和80-90wt%的Cr2O3两者的混合物。
4.一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，包括以下步骤：
第一步：清洗，将辊基体投入清洗装置中清洗，得到清洁处理的辊基体；
第二步：表面预处理，用喷砂装置对辊基体的外表面喷砂，使辊基体的外表面形成粗糙面，得到待喷涂的辊基体；
第三步：喷涂结合底层，用等离子体喷涂装置将FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrAlY、NiAl或者NiCr喷涂到待喷涂的辊基体的外表面上，所述的等离子体喷涂装置所用的等离子气体为氩气和氢气，控制等离子体喷涂装置的电流、控制氩气和氢气的流量和送粉量以及控制喷枪的喷嘴与工件的距离，得到辊基体的外表面喷涂了结合底层的待喷涂陶瓷工作层的网纹辊半成品；
第四步：喷涂陶瓷工作层，用等离子体喷涂装置将Cr2O3或者10-20wt%的Al2O3和80-90wt%的Cr2O3两者的混合物喷涂到待喷涂陶瓷工作层的辊基体的外表面喷涂了结合底层的外表面上，所述的等离子体喷涂装置所用的等离子气体为氩气和氢气，控制等离子体喷涂装置的电流、控制氩气和氢气的流量和送粉量以及控制喷枪的喷嘴与工作层的距离，得到辊基体的外表面喷涂了结合底层再喷涂了陶瓷工作层的待磨削加工的陶瓷网纹辊半成品；
第五步：磨削加工，用粗磨砂轮先对陶瓷介电体绝缘涂层的表面粗磨，再用抛光砂带进行抛光，得到外表面的陶瓷工作层的厚度为0.2-0.5mm的陶瓷网纹辊半成品;
第六步：激光雕刻加工，用激光雕刻机在光滑的陶瓷工作层上雕刻所需的网线，得到激光雕刻陶瓷网纹辊成品。
5.根据权利要求4所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，其特征在于，在第一步骤中所述的清洗装置为超声波清洗机，清洗剂为无水乙醇。
6.根据权利要求4所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，其特征在于，在第二步骤中所述的喷砂所用的喷砂材料为20#白刚玉砂。
7.根据权利要求4所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，其特征在于，在三步骤中所述的控制等离子体喷涂装置的电流是将电流控制为320-400A，所述的控制氩气和氢气的流量是将氩气和氢气的流量分别控制为150-200L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是将送粉量控制为15-50g/min，所述的控制喷枪的喷嘴与工件的距离是将距离控制为15-25cm。
8.根据权利要求4所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，其特征在于，在第四步骤中所述的控制等离子体喷涂装置的电流是将电流控制为350-450A，所述的控制氩气和氢气的流量是将氩气和氢气的流量分别控制为100-150L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是将送粉量控制为15-50g/min，所述的控制喷枪的喷嘴与工件的距离是将距离控制为10-20cm。
9.根据权利要求4所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，其特征在于，在第五步骤中所述的粗磨砂轮为800目金刚石砂轮，而所述的细磨砂带为3M抛光带。
10.根据权利要求4所述的一种激光雕刻陶瓷涂层网纹辊的制备方法，其特征在于，在第六步骤中所述的激光雕刻机为YAG激光雕刻器。
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