CN109536869A - 一种金属陶瓷网纹辊及其制备方法 - Google Patents

一种金属陶瓷网纹辊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属陶瓷网纹辊及其制备方法，涉及网纹辊的生产技术领域。该方法包括：采用超音速火焰喷涂方法在空心的金属辊面上制备出足够厚的金属陶瓷涂层；将金属陶瓷涂层进行机械磨削加工和精密抛光得到陶瓷辊工件；利用脉冲模式的固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的网孔结构；对网孔结构进行抛光和清洗。该方法采用韧性更高的金属陶瓷替代氧化物陶瓷，制备得到的金属陶瓷网纹辊能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，同时金属陶瓷网纹辊与陶瓷网纹辊的生产流程复杂程度相近，但金属陶瓷网纹辊具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。

Description

一种金属陶瓷网纹辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及网纹辊生产技术领域，且特别涉及一种金属陶瓷网纹辊及其制备方法。
背景技术
网纹辊，又称“油墨计量辊”，是柔版印刷机、辊式涂布机的核心部件，它负责向印版上均匀地传递一定量的油墨。
网纹辊的结构特征是表面均匀分布着具有特定形状的微小凹孔，其又称作“着墨孔”，正是这些着墨孔在印刷中起着储墨、匀墨和定量传墨的作用。
网纹辊可按其表面材料不同而分类，主要有金属网纹辊和陶瓷网纹辊两种，网纹辊的加工工艺包括辊体预加工、网纹加工和后处理三个基本工艺过程；金属网纹辊的网纹加工是针对金属材料的辊面(铜、铝、钢等)采用机械滚花、电脉冲熔化或者化学腐蚀的方式形成规则分布的微小凹孔；陶瓷网纹辊的网孔加工是在辊体表面上的氧化物陶瓷(Cr2O3为主)涂层上用激光雕刻的方式来完成的，氧化物陶瓷(Cr2O3为主)一般是采用等离子喷涂的方法形成的，等离子喷涂的氧化物涂层与金属相比具有硬度高、耐腐蚀的优点，同时激光雕刻形成的网孔具有载墨量均匀稳定、使用过程中油墨释放能力优良的优点，因此陶瓷网纹辊在高品质的柔性版印刷和辊式涂布上胶领域应用具有非常好的应用前景。
中国专利CN200610132429.1“一种低线数大载墨量陶瓷网纹辊的制造方法”公开了一种低线数大载墨量陶瓷网纹辊的制造方法，其主要的工作内容是针对等离子喷涂的陶瓷厚涂层采用工艺优化提高涂层质量，并采用表面涂覆CO2激光吸收物质和组合雕刻的方法制备低线数、深网孔的大载墨量网孔，扩大了激光雕刻陶瓷网纹辊的线数和使用范围。
中国公开专利CN201010123371.0“一种柔印陶瓷网纹辊的制备方法”公开了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，指出离子喷涂方法制造的陶瓷网纹辊的不足之处是陶瓷脆硬抗冲击性能差、涂层与基体结合力低、涂层孔隙率高导致耐腐蚀性能差，因此提出了采用微弧氧化的方法在铝合金辊体上生产氧化铝陶瓷，再采用激光雕刻的方法生产600lpi的网纹辊，但其方法的局限性在于仅仅能对铝合金进行处理，对其他金属的辊体无法处理，局限性非常大。
中国申请专利03118333.6“一种陶瓷网纹辊的生产和修复方法”公开了一种陶瓷网纹辊的生产和修复方法，其为了改善等离子喷涂涂层的缺陷而引入激光重熔陶瓷涂层工艺，期望减少涂层孔隙率和改善结合，其主体工艺还是采用等离子喷涂工艺，由于激光熔覆工艺的引进导致涂层制作工艺更加复杂和不可控制，明显增加了企业成本，降低了陶瓷网纹辊产品的竞争力。
因此，为了进一步提升激光雕刻陶瓷网纹辊的使用寿命，必须在涂层材料及制造工艺上有所突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属陶瓷网纹辊的制备方法，该制备方法采用韧性更高的金属陶瓷替代氧化物陶瓷，是一种以金属陶瓷为主要结构来激光雕刻陶瓷网纹辊制造工艺，制备得到的金属陶瓷网纹辊能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，同时金属陶瓷网纹辊与陶瓷网纹辊的生产流程复杂程度相近，但金属陶瓷网纹辊具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
本发明的另一目的在于提供一种金属陶瓷网纹辊，其通过上述的方法制备得到。其能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种金属陶瓷网纹辊的制备方法，其包括：
采用超音速火焰喷涂方法在空心的金属辊面上制备出足够厚的金属陶瓷涂层；
将金属陶瓷涂层进行机械磨削加工和精密抛光得到陶瓷辊工件；
利用脉冲模式的固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的网孔结构；
对网孔结构进行抛光和清洗。
本发明提出一种金属网纹辊，其通过上述的金属陶瓷网纹辊的制备方法制备得到。
本发明实施例的金属陶瓷网纹辊及其制备方法的有益效果是：
本发明的实施例提供的金属陶瓷网纹辊的制备方法包括采用超音速火焰喷涂方法在空心的金属辊面上制备出足够厚的金属陶瓷涂层；将金属陶瓷涂层进行机械磨削加工和精密抛光得到陶瓷辊工件；利用脉冲模式的固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的网孔结构；对网孔结构进行抛光和清洗。该方法采用韧性更高的金属陶瓷替代氧化物陶瓷，是一种以金属陶瓷为主要结构来激光雕刻陶瓷网纹辊制造工艺，制备得到的金属陶瓷网纹辊能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，同时金属陶瓷网纹辊与陶瓷网纹辊的生产流程复杂程度相近，但金属陶瓷网纹辊具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
本发明的实施例提供的金属陶瓷网纹辊，其通过上述的方法制备得到。其能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层与网孔结构的横截面示意图；
图2为本发明实施例提供的超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层与网孔结构的表面示意图；
图3为本发明实施例1提供的激光雕刻WC-14Co的微观组织图；
图4为本发明实施例1提供的激光雕刻WC-14Co的四边形网孔结构图；
图5为本发明实施例2提供的激光雕刻WC-10Co4Cr的微观组织图；
图6为本发明实施例2提供的激光雕刻WC-10Co4Cr的六边形网孔结构；
图7为本发明实施例3激光雕刻Cr3C2-NiCr的微观组织图；
图8为本发明实施例2提供的激光雕刻Cr3C2-NiCr的个性化沟槽网孔结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的金属陶瓷网纹辊及其制备方法进行具体说明。
一种金属陶瓷网纹辊的制备方法，其包括：
采用超音速火焰喷涂方法在空心的金属辊面上制备出足够厚的金属陶瓷涂层；
将金属陶瓷涂层进行机械磨削加工和精密抛光得到陶瓷辊工件；
利用脉冲模式的固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的网孔结构；
对网孔结构进行抛光和清洗。
详细地，金属陶瓷由于含有金属成分(主要为Co、Ni、NiCr等)因此比氧化物陶瓷具有更高的韧性，具有更低的摩擦系数和更高的耐磨性能而得到广泛的应用，广泛地用于切削工具、拉拔模、冲模、增锅和核反应堆材料，尤其以WC为基和钴为粘结剂的陶瓷合金具有很好耐磨性和高强度的组合性质而得到广泛应用。该制备方法采用韧性更高的金属陶瓷替代氧化物陶瓷，是一种以金属陶瓷为主要结构来激光雕刻陶瓷网纹辊制造工艺，制备得到的金属陶瓷网纹辊能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，同时金属陶瓷网纹辊与陶瓷网纹辊的生产流程复杂程度相近，但金属陶瓷网纹辊具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
同时，还需要说明的是，利用脉冲激光雕刻金属陶瓷涂层技术，将超音速火焰喷涂制备的金属陶瓷涂层直接雕刻出复杂的表面网孔结构，替代了氧化物陶瓷，解决脆性高、结合力低、孔隙率高、摩擦系数大、耐磨性不足的问题，方便实用，可靠性高。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，在喷涂金属陶瓷涂层之前，还包括：
将空心辊表面精密磨光后，采用火烤或丙酮擦拭除油，并喷砂粗化。通过火烤或丙酮擦拭后的空心辊的表面的杂质可得到有效地去除。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，喷砂粗化采用棕/白刚玉，粒度50-150μm，压缩空气压力为0.4-0.6Mpa。当然，在本发明的其他实施例中，喷砂粗化的参数还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，利用脉冲模式的固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的网孔结构，具体包括：
选取具有脉冲模式的固体激光器，以及合适大小与焦距的聚焦镜，其中聚焦镜的直径为1.5～2.5英寸，焦距为20～50mm，改变聚焦镜到辊面的距离来调整光斑的大小，采用改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在金属陶瓷涂层表面雕刻出均匀的网孔结构。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，采用超音速火焰喷涂方法进行喷涂所选用的粉末包括金属成分和陶瓷成分。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，金属成分为金属Co基或金属Ni基或其一种或两种的合金粉末。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，陶瓷成分包括碳化物或氮化物。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，金属成分含量为wt5～18％，陶瓷成分的含量wt82～95％。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，陶瓷成分中的陶瓷相粒度1-2μm，金属成分与陶瓷成分中的金属与陶瓷相复合制粉造粒度范围为5～50μm，可以是规则或不规则形状，流动性尚好，适合于载气式送粉器输送。
一种金属网纹辊，其通过上述的金属陶瓷网纹辊的制备方法制备得到。其能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
采用5～50μm的金属陶瓷粉末，将辊面(Φ100×500mm)打磨除锈、丙酮擦拭除油、喷砂粗化，利用超音速火焰喷涂方法将金属陶瓷粉末熔化后喷涂到辊面上形成金属陶瓷涂层，金属陶瓷涂层结合力超过70Mpa、孔隙率低于1％、与金属的摩擦系数低于0.3，具有极高的耐摩擦磨损性能。
实施例1
称取5000克WC-14Co粉末，加入到送粉器中，采用超音速火焰喷涂工艺喷涂0.3mm厚度涂层，加工到0.2mm后，选取1.5英寸大小的聚焦镜，焦距为30mm，雕刻出1000lpi的四边形网孔。网孔结构的横截面以及表面示意图如图1以及图2所示，图1的上部分为金属陶瓷涂层，具有网孔结构，下部分为金属机体。激光雕刻WC-14Co的微观组织和四边形网孔结构如图3和图4所示。
实施例2
称取5000克WC-10Co4Cr粉末，加入送粉器中，采用超音速火焰喷涂工艺喷涂0.4mm厚度涂层，加工到0.3mm后，选取2.0英寸大小的聚焦镜，焦距为40mm，雕刻出300lpi的六边形网孔。其激光雕刻WC-10Co4Cr的微观组织和六边形网孔结构如图5和图6所示。
实施例3
称取5000克CrC-NiCr粉末，加入送粉器中，加入到送粉槽中，采用超音速火焰喷涂工艺喷涂0.5mm厚度涂层，加工到0.4mm后，选取2.5英寸大小的聚焦镜，焦距为50mm，雕刻出100lpi的个性化网孔。其激光雕刻Cr3C2-NiCr的微观组织和个性化沟槽网孔结构如图7和图8所示。
综上所述，本发明实施例的金属陶瓷网纹辊的制备方法采用韧性更高的金属陶瓷替代氧化物陶瓷，是一种以金属陶瓷为主要结构来激光雕刻陶瓷网纹辊制造工艺，制备得到的金属陶瓷网纹辊能够满足柔版印刷和辊式涂布的要求，同时金属陶瓷网纹辊与陶瓷网纹辊的生产流程复杂程度相近，但金属陶瓷网纹辊具有更高的韧性和耐磨性，以及更长的使用寿命。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

Claims (10)

1.一种金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于，其包括：
采用超音速火焰喷涂方法在空心的金属辊面上制备出足够厚的金属陶瓷涂层；
将所述金属陶瓷涂层进行机械磨削加工和精密抛光得到陶瓷辊工件；
利用脉冲模式的固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在所述陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的网孔结构；
对所述网孔结构进行抛光和清洗。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于，在喷涂所述金属陶瓷涂层之前，还包括：
将空心辊表面精密磨光后，采用火烤或丙酮擦拭除油，并喷砂粗化。
3.根据权利要求2所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于：
喷砂粗化采用棕/白刚玉，粒度50-150μm，压缩空气压力为0.4-0.6Mpa。
4.根据权利要求1所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于，利用脉冲模式的所述固体激光器，通过改变激光能量和多次重复打击的方式调整所述网孔的深度，在所述陶瓷辊工件的表面雕刻出均匀的所述网孔结构，具体包括：
选取具有脉冲模式的固体激光器，以及合适大小与焦距的聚焦镜，其中聚焦镜的直径为1.5～2.5英寸，焦距为20～50mm，改变聚焦镜到辊面的距离来调整光斑的大小，采用改变激光能量和多次重复打击的方式调整网孔的深度，在金属陶瓷涂层表面雕刻出均匀的网孔结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于：
采用超音速火焰喷涂方法进行喷涂所选用的粉末包括金属成分和陶瓷成分。
6.根据权利要求5所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于：
所述金属成分为金属Co基或金属Ni基或其一种或两种的合金粉末。
7.根据权利要求5所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于：
所述陶瓷成分包括碳化物或氮化物。
8.根据权利要求5所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于：
所述金属成分含量为wt5～18％，所述陶瓷成分的含量wt82～95％。
9.根据权利要求5所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法，其特征在于：
所述陶瓷成分中的陶瓷相粒度1-2μm，所述金属成分与所述陶瓷成分中的金属与陶瓷相复合制粉造粒度范围为5～50μm。
10.一种金属网纹辊，其特征在于：
所述金属网纹辊通过权利要求1至9中任一项所述的金属陶瓷网纹辊的制备方法制备得到。
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