CN107699842B - 一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法 - Google Patents

一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法 Download PDF

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Abstract

一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，针对无溶剂复合机用的涂布辊需要高耐磨性、低孔隙率、低摩擦系数的要求，采取在烧结或团聚的镍基碳化钨、钴基碳化钨或钴铬基碳化钨等喷涂粉末中加入重量比5‑50%、粒径30‑100μm的球形WC颗粒的方法，在喷涂中高速WC球形颗粒不会沉积在涂层中而是反弹，在反弹后的击打作用下，使涂层更加致密，孔隙率低，使用中涂覆胶不容易粘附，易清洗，转移率高；同时通过球形碳化钨颗粒反复的击打，增加涂层内粒子和粒子之间的结合力，使在高速磨损时粒子不容易剥落，提高耐磨性和辊的使用寿命。采用本发明方法制备的无溶剂复合机计量、传胶、涂布辊辊孔隙率小于0.4%，表面光洁度高（Ra＜0.08μm）、耐磨损、转移率高，使用寿命提高5倍以上。

Description

一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法
技术领域
本发明涉及一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，特别是一种无溶剂复合机涂布机构的计量辊、传胶辊、涂胶辊用高致密碳化钨涂层的超音速火焰喷涂的方法。
背景技术
当前，国际软包装最重要的三大环保技术为：无溶剂复合技术、柔性版印刷和共挤出复合，而其中以无溶剂复合技术最为环保。目前无溶剂复合技术在欧美市场已占据相当重要的地位，占新增复合机设备的80%～90%。在我国，无溶剂复合技术始于20世纪90年代中后期，近年发展稍快，但远远低于发达国家。随着国内复合包装企业对无溶剂复合新技术的认识和掌握，这种新型复合工艺有明显加速发展的趋势。
无溶剂复合是相对干法溶剂型复合而言的，是采用无溶剂类胶粘剂及专用复合设备使薄膜状基材(塑料薄膜或纸张、Al箔等)相互贴合，然后经过胶粘剂的化学熟化反应熟化处理后，使各层基材粘接一起的复合方式。无溶剂复合与溶剂型干法复合都采用胶粘剂制取复合薄膜。两类工艺的不同之处在于无溶剂复合的胶粘剂中不含有任何溶剂，因此两层基材在贴合前不需要像溶剂干法复合工艺那样于烘道中排除溶剂，避免污染环境，有利于清洁化生产。无溶剂复合机的典型构造包括：两个放卷装置、一个收卷装置和无溶剂胶粘剂涂布复合装置。涂胶单元是无溶剂复合机的中心部分，胶粘剂在此混合、加热、计量和涂布；涂胶头一般为四辊或五辊设计，分别为存胶辊、计量辊、(浮动辊)、传胶辊与涂胶辊。在辊与辊之间有准确计算的角度，以确保上胶量的精确和恒定。由于复合技术的不断提速，最高线速度高达500m/min，且涂覆量少，自润滑小，辊与辊之间相对速度快，磨损快，对辊的要求越来越高，特别是传胶辊，由于其同时接触计量辊和涂胶辊，并通过三者的速度差实现传胶和上胶量的控制，要求其耐磨、表面光滑、孔隙率小。
目前传胶辊、涂布辊多采用电镀铬或者氧化铬涂层。电镀铬比较致密、孔隙率小，上胶量少，表面光洁度Ra0.02μm，但不耐磨；氧化铬涂层比电镀铬耐磨，但孔隙率一般为2-3%，上胶量大，残余胶留在孔隙内，难清洗干净，残留胶会导致辊面有凹凸高点，复合速度快时，会引起上胶量和涂布均匀性的变化出现空白引起白点、气泡，降低产品质量,尤其在复合铝箔时，凹凸高点造成铝箔表面不平整，针孔尺寸大、数量增多，使铝箔的阻隔性能降低，无法满足使用要求。
碳化钨涂层具有孔隙率低（＜1%）、硬度高（＞1100Hv）等特点，但常规的超音速火焰喷涂仍有0.7-1%的孔隙率，而且高速运转时粒子和粒子间的结合力不够也会产生磨损，无法满足无溶剂复合机涂布机构的这种要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题的存在，提供一种可有效提高无溶剂复合机涂布机构的计量辊、传胶辊、涂布辊使用寿命的无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，包括以下步骤：
（1）对辊基体进行检查，确保辊基体没有孔洞和夹杂的缺陷；
（2）对检查辊基体合格的进行除油、喷砂处理，喷砂压力为0.2-0.5MPa，喷砂选用12-45#刚玉砂；
（3）采用超音速火焰设备在辊基体表面喷涂碳化钨涂层，其中在辊基体表面喷涂碳化钨涂层的方法包括以下步骤：
a、对于超音速火焰喷涂HVAF在辊基体表面喷涂碳化钨涂层采用空气加氢气H2作为助燃气体的方法，此时氢气H2添加量为20-50L/min,空气压力范围0.5-0.6MPa，丙烯压力范围0.4-0.6 MPa，送粉量范围100±30g/min，工件喷涂温度＜120℃，碳化钨涂层厚度0.2±0.05mm，喷涂时辊基体的表面线速度60-100m/min，其中还包括在喷涂粉末中添加重量比5-50%、粒径30-100μm的球形WC颗粒的方法，以增加涂层结合力及致密性；
b、对于超音速火焰喷涂HVOF在辊基体表面喷涂碳化钨涂层采用氧气加氢气H2作为助燃气体的方法，此时氢气H2添加量为20-50L/min,氧气流量800-900L/min，煤油流量22-28L/min，氮气压力范围0.9-1.0 MPa，送粉量范围100±30g/min，工件喷涂温度＜120℃，碳化钨涂层厚度0.2±0.05mm，喷涂时辊的表面线速度达到60-100m/min，其中还包括在喷涂粉末中添加重量比5-50%、粒径30-100μm的球形WC颗粒的方法，以增加涂层结合力及致密性；
（4）喷涂完成后，用金刚石砂轮磨修抛光后涂层厚度0.15±0.1mm，表面粗糙度达到Ra0.8微米以下，其他尺寸如辊面直径、长度，轴位直径、长度，动平衡等满足图纸要求。
优选地，上述碳化钨涂层孔隙率小于0.4%。
优选地，上述碳化钨涂层为镍基碳化钨、钴基碳化钨或钴铬基碳化钨，其中碳化钨硬质相重量比占总重量75-92%，镍、钴、钴铬作为金属粘接相占总重量的8-25%。
本发明所述的无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，由于采取在烧结或团聚的镍基碳化钨、钴基碳化钨或钴铬基碳化钨等喷涂粉末中加入重量比5-50%、粒径30-100μm的球形WC球的方法，在喷涂中高速WC球形颗粒不会沉积在涂层中而是反弹，在反弹后的击打作用下，使涂层更加致密，孔隙率低至0.4%以下，所制备的WC涂层辊显微硬度高（＞1200Hv）、韧性好、致密（孔隙率＜0.4%）、结合力好（＞75MPa），摩擦磨损量是电镀铬和氧化铬涂层的1/5-1/7。采用本发明方法制备的辊表面孔隙率低，而氧化铬涂层孔隙率一般为2-3%，孔隙率低，在使用中涂覆胶不容易粘附，易清洗，不会在辊面形成凹凸高点，复合速度快时，不会引起上胶量和涂布均匀性的变化出现空白引起白点、气泡，使产品质量降低，尤其在复合铝箔时，针孔尺寸、数量减少，且复合速度快，由原来的200m/min提高到500m/min；电镀铬致密、孔隙率小，但不耐磨，本发明通过球形碳化钨颗粒反复的击打，增加碳化钨涂层内粒子和粒子之间的结合力，使在高速磨损时粒子不容易剥落，提高了辊的耐磨性和使用寿命，使用寿命比电镀铬和氧化铬涂层辊提高5倍以上。
具体实施方式
本发明所述的无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，包括以下步骤：
（1）对辊基体进行检查，确保辊基体没有孔洞和夹杂的缺陷；
（2）对检查辊基体合格的进行除油、喷砂处理，喷砂压力为0.2-0.5MPa，喷砂选用12-45#刚玉砂；
（3）采用超音速火焰设备在辊基体表面喷涂碳化钨涂层，其中在辊基体表面喷涂碳化钨涂层的方法包括以下步骤：
a、对于超音速火焰喷涂HVAF在辊基体表面喷涂碳化钨涂层采用空气加氢气H2作为助燃气体的方法，此时氢气H2添加量为20-50L/min,空气压力范围0.5-0.6MPa，丙烯压力范围0.4-0.6 MPa，送粉量范围100±30g/min，工件喷涂温度＜120℃，碳化钨涂层厚度0.2±0.05mm，喷涂时辊基体的表面线速度60-100m/min；
b、对于超音速火焰喷涂HVOF在辊基体表面喷涂碳化钨涂层采用氧气加氢气H2作为助燃气体的方法，此时氢气H2添加量为20-50L/min,氧气流量800-900L/min，煤油流量22-28L/min，氮气压力范围0.9-1.0 MPa，送粉量范围100±30g/min，工件喷涂温度＜120℃，碳化钨涂层厚度0.2±0.05mm，喷涂时辊的表面线速度达到60-100m/min；
（4）喷涂完成后，用金刚石砂轮磨修抛光后涂层厚度0.15±0.1mm，表面粗糙度达到Ra0.8微米以下，其他尺寸如辊面直径、长度，轴位直径、长度，动平衡等满足图纸要求。
优选地，上述在辊基体表面喷涂碳化钨涂层的方法还包括在喷涂粉末中添加重量比5-50%、粒径30-100μm的球形WC颗粒的方法，增加涂层结合力及致密性。
优选地，上述碳化钨涂层孔隙率小于0.4%。
优选地，上述碳化钨涂层为镍基碳化钨、钴基碳化钨或钴铬基碳化钨，其中碳化钨硬质相重量比占总重量75-92%，镍、钴、钴铬作为金属粘接相占总重量的8-25%。
本发明所述的无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，由于采取在烧结或团聚的镍基碳化钨、钴基碳化钨或钴铬基碳化钨等喷涂粉末中加入重量比5-50%、粒径30-100μm的球形WC球的方法，在喷涂中高速WC球形颗粒不会沉积在涂层中而是反弹，在反弹后的击打作用下，使涂层更加致密，孔隙率低至0.4%以下，所制备的WC涂层显微硬度高（＞1200Hv）、韧性好、致密（孔隙率＜0.4%）、结合力好（＞75MPa），摩擦磨损量是电镀铬和氧化铬涂层的1/5-1/7。采用本发明方法制备的辊表面光洁度高（Ra＜0.08μm），，使用中涂覆胶不容易粘附，易清洗，转移率高；涂布均匀，无白点气泡等缺陷，使用寿命氧化铬辊提高5倍以上。通过球形碳化钨颗粒反复的击打，增加涂层内粒子和粒子之间的结合力，使在高速磨损时粒子不容易剥落，提高耐磨性和辊的使用寿命。
实施例1：
本实施例所述的一种HVAF超音速火焰喷涂实施例中的无溶剂复合机辊直径190mm、长度1450mm，采用45#调质无缝钢管，辊面硬度HRC50左右。
此无溶剂复合机计量辊，辊直径190mm，经常规除油、喷砂后，采用超音速火焰喷涂设备（HVAF）喷涂镍基碳化钨（10%镍90%碳化钨），加入重量比30 %的粒径35-70微米的球形WC颗粒。辊的线速度71.6m/min，工件转速120转/分钟，喷枪横向移动速度10mm/s，喷涂参数：空气 0.56MPa，丙烷0.54MPa， H2流量为30L/min，喷涂10遍。喷涂过程中采用空气冷却方式使辊温度控制在120℃以下，喷涂碳化钨涂层0.23-0.24mm。采用MH-5D型显微硬度计，检测涂层显微硬度为1225HV0.3；采用LEICA DMIRM倒置式金相显微镜及Q550MW
图像分析仪，放大倍数为200×（物镜20×目镜10），对涂层横截面进行金相显微检查，涂层孔隙率为0.3%；采用GP-TS2000M万能试验机，以恒定速率施加载荷，加载速度为0.8-1.2mm/min，测试涂层结合强度大于77Mpa；采用SUGA轮式磨耗试验机测试涂层的磨损量，用精度为0.1 mg的分析天平测量磨损失重，镍基碳化钨涂层磨损量是电镀铬的1/7，是氧化铬涂层的1/5。冷却后用金刚石砂轮磨修和抛光涂层，最终辊表面涂层厚度0.15-0.16mm，采用表面粗糙度仪，测得涂层粗糙度Ra0.03-0.05微米。上机使用6个月后，实际生产120万米，还在正常使用。
实施例2：
本实施例所述的一种HVAF超音速火焰喷涂实施例中的无溶剂复合机辊直径188mm、长度1140mm，采用20#无缝钢管。
此无溶剂复合机涂布辊，辊直径188mm，经常规除油、喷砂后，采用超音速火焰喷涂设备（HVAF）喷涂钴基碳化钨（12%钴88%碳化钨），加入40%的粒径35-70微米的球形WC颗粒。辊的线速度70.8m/min，工件转速120转/分钟，喷枪横向移动速度10mm/s，喷涂参数：空气0.55MPa，丙烷0.48MPa， H2流量为30L/min，喷涂9遍。喷涂过程中辊温度控制在120℃以下。喷涂碳化钨涂层0.23-0.25mm。采用MH-5D型显微硬度计，检测涂层显微硬度为1250HV0.3；采用LEICA DMIRM倒置式金相显微镜及Q550MW图像分析仪，放大倍数为200×（物镜20×目镜10），对涂层横截面进行金相显微检查，涂层孔隙率为0.35%；采用GP-TS2000M万能试验机，以恒定速率施加载荷，加载速度为0.8-1.2mm/min，测试涂层结合强度为79Mpa；采用SUGA轮式磨耗试验机测试涂层的磨损量，用精度为0.1 mg的分析天平测量磨损失重，钴基碳化钨涂层磨损量是电镀铬的1/7，是氧化铬涂层的1/5。冷却后用金刚石砂轮磨修和抛光涂层，最终辊表面涂层厚度0.15-0.16mm，采用表面粗糙度仪，测得涂层粗糙度Ra0.03-0.07微米。上机使用4个月后，实际生产180万米。
实施例3：
本实施例所述的一种HVOF超音速火焰喷涂实施例中的无溶剂复合机传胶辊直径240mm、长度1400mm，采用锻造合金钢制备。
传胶辊辊直径240mm，经常规除油、喷砂后，采用超音速火焰喷涂设备（HVOF）喷涂钴铬基碳化钨（10%钴4%铬86%碳化钨），加入40%的粒径35-70微米的球形WC颗粒。辊的线速度90m/min，工件转速120转/分钟，喷枪横向移动速度10mm/s，喷涂参数：氧气900L/min、煤油26L/min，H2流量为30L/min，喷涂11遍。 喷涂过程中辊温度控制在120℃以下，喷涂碳化钨涂层0.21-0.22mm。采用MH-5D型显微硬度计，检测涂层显微硬度为1320HV0.3；采用LEICADMIRM倒置式金相显微镜及Q550MW图像分析仪，放大倍数为200×（物镜20×目镜10），对涂层横截面进行金相显微检查，涂层孔隙率为0.32%；采用GP-TS2000M万能试验机，以恒定速率施加载荷，加载速度为0.8-1.2mm/min，测试涂层结合强度大于77Mpa；采用SUGA轮式磨耗试验机测试涂层的磨损量，用精度为0.1 mg的分析天平测量磨损失重，钴基碳化钨涂层磨损量是电镀铬的1/7，是氧化铬涂层的1/5。冷却后用金刚石砂轮磨修和抛光涂层，最终辊表面涂层厚度0.14-0.15mm，采用表面粗糙度仪，测得涂层粗糙度Ra0.04-0.07微米。上机使用4个月后，实际生产200万米，还在正常使用。

Claims (2)

1.一种无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)对辊基体进行检查，确保辊基体没有孔洞和夹杂的缺陷；
(2)对检查辊基体合格的进行除油、喷砂处理，喷砂压力为0.2-0.5MPa，喷砂选用12-45#刚玉砂；
(3)采用超音速火焰设备在辊基体表面喷涂碳化钨涂层，所述碳化钨涂层孔隙率小于0.4％，其中在辊基体表面喷涂碳化钨涂层的方法包括以下步骤：
a、对于超音速火焰喷涂HVAF在辊基体表面喷涂碳化钨涂层是采用空气加氢气H2作为助燃气体的方法，此时氢气H2添加量为20-50L/min,空气压力范围0.5-0.6MPa，丙烯压力范围0.4-0.6MPa，送粉量范围100±30g/min，工件喷涂温度＜120℃，碳化钨涂层厚度0.2±0.05mm，喷涂时辊基体的表面线速度60-100m/min，其中还包括在喷涂粉末中添加重量比5-50％、粒径30-100μm的球形WC颗粒的方法，以增加涂层结合力及致密性；
b、对于超音速火焰喷涂HVOF在辊基体表面喷涂碳化钨涂层采用氧气加氢气H2作为助燃气体的方法，此时氢气H2添加量为20-50L/min,氧气流量800-900L/min，煤油流量22-28L/min，氮气压力范围0.9-1.0MPa，送粉量范围100±30g/min，工件喷涂温度＜120℃，碳化钨涂层厚度0.2±0.05mm，喷涂时辊的表面线速度达到60-100m/min，其中还包括在喷涂粉末中添加重量比5-50％、粒径30-100μm的球形WC颗粒的方法，以增加涂层结合力及致密性；
(4)喷涂完成后，用金刚石砂轮磨修抛光后涂层厚度0.15±0.1mm，表面粗糙度达到Ra0.8微米以下，辊面直径、长度，轴位直径、长度，动平衡均满足图纸要求。
2.根据权利要求1所述的无溶剂复合机用高致密碳化钨涂层辊制造方法，其特征在于，上述碳化钨涂层为镍基碳化钨、钴基碳化钨或钴铬基碳化钨，其中碳化钨硬质相重量比占总重量75-92％，镍、钴、钴铬作为金属粘接相占总重量的8-25％。
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