CN110205579A - 一种等离子喷涂复卷辊及其制备方法 - Google Patents

一种等离子喷涂复卷辊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子喷涂复卷辊的制备方法，包括如下步骤：(1)清除复卷辊表面的油污，并对复卷辊非喷涂面用胶带或工装进行保护；(2)在经步骤(1)处理过的复卷辊表面进行喷砂处理，使复卷辊表面粗化均匀、无光泽；(3)在经步骤(2)处理过的复卷辊表面进行等离子喷涂，从而在复卷辊表面喷涂上均匀连续的涂层，使涂层均匀性在±0.01mm内，辊面跳动小于0.02mm，涂层表面粗糙度值Ra16‑30μm。本发明所述涂层综合性能好(结合强度大于25MPa，硬度HV0.3大于900)，既能满足复卷辊的使用要求，又能提高复卷辊数倍的使用寿命，显著降低复卷辊的使用成本，便于组织规模生产。

Description

一种等离子喷涂复卷辊及其制备方法
技术领域
本发明属于表面工程等离子热喷涂技术领域，具体涉及一种等离子喷涂复卷辊及其制备方法。
背景技术
复卷辊作为造纸机械中复卷机的重要配件，起着引纸和导纸的作用，通常复卷辊使用的辊体材质大多数为合金钢，辊体表面的形状通过机械加工或电雕成形，然而，复卷辊的腐蚀、磨损、粗糙度下降等缺陷问题是制约纸品质量的主要因素。对于复卷辊现有材质存在的问题，目前已有热喷涂技术应用在复卷辊上，在辊体上喷涂一些陶瓷氧化物或镍铬合金，使复卷辊的使用寿命有所提高。
随着时代的进步，造纸机械的发展突飞猛进，新技术、新装备的不断涌现，相随之下，复卷机也取得了同步发展，由于复卷机是造纸机械运行速度最快的机械设备，车速最高可以达到3000m/min，这对复卷辊的耐磨性、耐腐蚀性和导纸性能的要求越来越高。在辊体表面喷涂一层陶瓷氧化物，虽然能够提高复卷辊的耐磨性、耐腐蚀性，但是涂层表面比较平滑，粗糙度较低，导纸性能不足，很难满足高要求的复卷性能，应用范围受到限制；而在辊体表面喷涂一层镍铬合金，导纸性能要比陶瓷氧化物高一些，但耐磨性和防腐性要比陶瓷氧化物低一些，使用寿命没有陶瓷氧化物长。由此可见，热喷涂陶瓷氧化物或镍铬合金在复卷辊上的应用，相对合金钢，虽然能够使复卷辊的综合性能有所改善，但都没有达到理想的效果。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种等离子喷涂复卷辊及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种等离子喷涂复卷辊的制备方法，包括如下步骤：
(1)清除复卷辊表面的油污，并对复卷辊非喷涂面用胶带或工装进行保护；
(2)在经步骤(1)处理过的复卷辊表面进行喷砂处理，使复卷辊表面粗化均匀、无光泽；
(3)在经步骤(2)处理过的复卷辊表面进行等离子喷涂，从而在复卷辊表面喷涂上均匀连续的涂层，使涂层均匀性在±0.01mm内，辊面跳动小于0.02mm，涂层表面粗糙度值Ra16-30μm。
优选地，所述步骤(1)中，对复卷辊的表面采用超声波除油处理。
优选地，所述步骤(2)中，在对复卷辊表面进行喷砂处理前，先对复卷辊喷砂面进行预热，消除辊体表面的水分和湿气，防止喷砂后辊体表面腐蚀生锈，当复卷辊喷砂面温度为40℃以上时，开始喷砂；所述步骤(3)中，在对复卷辊表面进行等离子喷涂前，先用喷枪对复卷辊表面进行预热，提高涂层与基体接触时的界面温度，减少基体与涂层材料的膨胀差异造成的涂层应力，避免涂层开裂，提高涂层与基体的结合强度，当复卷辊喷涂面温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂。
优选地，所述步骤(2)中，喷砂处理的工艺参数为：24#棕刚玉，喷砂压力0.3-0.7MPa，喷砂距离300-500mm，转台转速30-80转/分钟，喷枪移动速度为4-12mm/s。
本申请通过调整不同的喷砂距离、喷砂压力、转速和走枪速度使复卷辊喷涂面粗化均匀、无光泽，以获得需要的粗糙度值，更加便于后续的喷涂工艺，更加有利于喷涂出综合性能优异的涂层，从而可以提高复卷辊数倍的使用寿命。
优选地，所述步骤(3)中，在进行等离子喷涂前，先将复卷辊在卧式转台上夹紧，以便于匀速而平稳地转动复卷辊。
优选地，所述步骤(3)中，所述涂层包括底层涂层和面层涂层两层，所述底层涂层粘附于复卷辊的基体上面，所述面层涂层覆盖于底层涂层上面，所述底层涂层为镍铬合金涂层，该涂层能在基体表面上形成具有一定粘结强度、粗糙、活性高的涂层，具有良好的耐热，抗高温氧化和耐腐蚀性能，可以明显改善工作涂层的结合性能和内应力分布状况，起到粘结和过渡层的作用。所述面层涂层为镍包碳化钨复合涂层，该涂层与底层涂层粘结性能良好，涂层致密、硬度高，具有优良的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能。
更优选地，在进行等离子喷涂时：所述底层涂层的粉末粒度为-200～+500目，涂层厚度为0.04-0.08mm；所述面层涂层的粉末为粒度为-100～+400目、-30～+150目两种粉末中的至少一种，根据粗糙度的要求，单独或按比例混合使用，涂层厚度为0.10-0.20mm。
优选地，所述等离子喷涂的压道为3-6mm，转速为100-250转/分钟，喷枪的移动速度为8-16mm/s。
优选地，所述底层涂层的等离子喷涂工艺参数为：氩气流量：50-60L/min，氢气流量：5-8L/min，电流：500-600A，电压：67-72V，载气流量：3-6slpm，喷涂距离：110-130mm，送粉量：30-50g。
优选地，所述面层涂层的等离子喷涂工艺参数为：氩气流量：35-45L/min，氢气流量：8-12L/min，电流：600-680A，电压：73-78V，载气流量：3-6slpm，喷涂距离：110-130mm，送粉量：30-50g。
发明人经过大量探索发现，上述喷涂工艺参数可以更好的满足涂层性能的要求，能有效改善复卷辊的综合性能，从而更好的提高复卷辊数倍的使用寿命。
优选地，所述步骤(3)中，在等离子喷涂过程中，为了防止辊体热变形产生跳动，如果喷涂面表面温度超过90℃，则停止喷涂并进行冷却，当喷涂面表面温度降至50-70℃时，再继续进行等离子喷涂，直至喷涂的涂层厚度达到要求。
同时，本发明还提供一种所述制备方法制备得到的等离子喷涂复卷辊。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)涂层综合性能好(结合强度大于25MPa，硬度HV0.3大于900)，既能满足复卷辊的使用要求，又能提高复卷辊数倍的使用寿命，显著降低复卷辊的使用成本；
(2)属批量非单件生产，便于组织规模生产。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明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实施例的一部分，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。
实施例1
本发明所述等离子喷涂复卷辊的一种实施例，本实施例所述等离子喷涂复卷辊通过以下方法制备所得：
采用GTV DELTA-2000等离子喷涂设备，在直径为长度2900mm的合金钢复卷辊上喷涂镍铬合金和镍包碳化钨复合涂层，要求喷后涂层粗糙度值在Ra18-22μm之内。
一、由于复卷辊的结构所致，用一般的方法很难清除表面和内壁的油污，用超声波加热水槽对复卷辊进行除油处理，能够彻底清除辊体的油污；
二、用专用胶带和工装对复卷辊的非喷涂面进行喷砂保护，确保喷砂过程中保护非喷涂面；
三、将复卷辊装夹紧喷砂专用的卧式转台上，对喷涂面进行预热，预热温度达到40℃以上时即可；
四、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为0.4-0.45MPa，喷砂距离为350-400mm，转台转速：45-50转/分钟，走枪速度：7-8mm/s，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀、无光泽，喷后粗糙度值为Ra5-7μm；
五、把零件在卧式转台上夹紧，以便于匀速而平稳地转动工件；
六、选择粉末的粒度和比例，其中，镍铬合金粉末选用Ni20Cr牌号，粉末粒度选用-300/+400目，镍包碳化钨复合粉末选用Ni60-35WC牌号，粉末粒度选用-140/+325目和-50/+100目，两种粒度的粉末按1:2比例混合使用；
七、选择和设置喷涂工艺参数，其中，压道为4mm，转速为180转/分钟，喷枪的移动速度为12mm/s；喷涂底层Ni20Cr粉末选择的工艺参数：氩气流量：55±3L/min，氢气流量：7±1L/min，电流：550±5A，电压：70±2V，载气流量：4±1slpm，喷涂距离：120±3mm，送粉量：40±5g；喷涂面层Ni60-35WC粉末选择的工艺参数:氩气流量：40±3L/min，氢气流量：9±1L/min，电流：650±5A,电压：76±2V，载气流量：4±1slpm，喷涂距离：120±3mm，送粉量：45±5g；
八、在对工件喷涂前，先对工件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
九、在热喷涂过程中监测温度，如果表面温度超过90℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到50-70℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂；
十、喷涂后，检验复卷辊的粗糙度值为Ra18-19μm，辊面跳动为0.015mm,经测试样品结合力达到27MPa，显微硬度为Hv0.3 925，涂层厚度为0.19-0.20mm,涂层均匀性在±0.01mm内。
十一、该产品已连续使用26个月，涂层外观正常，没有腐蚀现象，继续使用中，导纸性能良好，目前使用寿命提高3倍左右，使用成本节约了一半多。
实施例2
本发明所述等离子喷涂复卷辊的一种实施例，本实施例所述等离子喷涂复卷辊通过以下方法制备所得：
采用GTV DELTA-2000等离子喷涂设备，在直径为长度3140mm的合金钢复卷辊上喷涂镍铬合金和镍包碳化钨复合涂层，要求喷后涂层粗糙度值在Ra18-22μm之内。
一、由于复卷辊的结构所致，用一般的方法很难清除表面和内壁的油污，用超声波加热水槽对复卷辊进行除油处理，能够彻底清除辊体的油污；
二、用专用胶带和工装对复卷辊的非喷涂面进行喷砂保护，确保喷砂过程中保护非喷涂面；
三、将复卷辊装夹紧喷砂专用的卧式转台上，对喷涂面进行预热，预热温度达到40℃以上时即可；
四、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为0.4-0.45MPa，喷砂距离为350-400mm,转台转速：45-50转/分钟，走枪速度：7-8mm/s，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀、无光泽,喷后粗糙度值为Ra5-7μm；
五、把零件在卧式转台上夹紧，以便于匀速而平稳地转动工件；
六、选择粉末的粒度和比例，其中，镍铬合金粉末选用Ni20Cr牌号，粉末粒度选用-300/+400目，镍包碳化钨复合粉末选用Ni60-35WC牌号，粉末粒度选用-140/+325目和-50/+100目，两种粒度的粉末按1:2比例混合使用；
七、选择和设置喷涂工艺参数，其中，压道为4mm,转速为180转/分钟，喷枪的移动速度为12mm/s。喷涂底层Ni20Cr粉末选择的工艺参数：氩气流量：55±3L/min,氢气流量：7±1L/min，电流：550±5A,电压：70±2V，载气流量：4±1slpm,喷涂距离：120±3mm，送粉量：40±5g；喷涂面层Ni60-35WC粉末选择的工艺参数:氩气流量：40±3L/min,氢气流量：9±1L/min，电流：650±5A,电压：76±2V，载气流量：4±1slpm,喷涂距离：120±3mm，送粉量：45±5g；
八、在对工件喷涂前，先对工件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
九、在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过90℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到50-70℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂；
十、喷涂后，经检验复卷辊的粗糙度值为Ra19-20μm，辊面跳动：0.01mm,测试样品的结合力达到27MPa，显微硬度为Hv0.3 932，涂层厚度为0.18-0.19mm,涂层均匀性在±0.01mm内。
十一、该产品已连续使用23个月，涂层外观正常，没有腐蚀现象，继续使用中，导纸性能良好，目前使用寿命提高2倍多，使用成本节约将近一半。
实施例3
本发明所述等离子喷涂复卷辊的一种实施例，本实施例所述等离子喷涂复卷辊通过以下方法制备所得：
采用GTV DELTA-2000等离子喷涂设备，在直径为长度3140mm的合金钢复卷辊上喷涂镍铬合金和镍包碳化钨复合涂层，要求喷后涂层粗糙度值在Ra25-28μm之内。
一、由于复卷辊的结构所致，用一般的方法很难清除表面和内壁的油污，用超声波加热水槽对复卷辊进行除油处理，能够彻底清除辊体的油污；
二、用专用胶带和工装对复卷辊的非喷涂面进行喷砂保护，确保喷砂过程中保护非喷涂面；
三、将复卷辊装夹紧喷砂专用的卧式转台上，对喷涂面进行预热，预热温度达到40℃以上时即可；
四、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为0.5-0.6MPa，喷砂距离为300-350mm,转台转速：40-45转/分钟，走枪速度：6-7mm/s，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀、无光泽,喷后粗糙度值为Ra8-10μm；
五、把零件在卧式转台上夹紧，以便于匀速而平稳地转动工件；
六、选择粉末的粒度和比例，其中，镍铬合金粉末选用Ni20Cr牌号，粉末粒度选用-300/+400目，镍包碳化钨复合粉末选用Ni60-35WC牌号，粉末粒度-50/+100目；
七、选择和设置喷涂工艺参数，其中，压道为4mm，转速为150转/分钟，喷枪的移动速度为10mm/s。喷涂底层Ni20Cr粉末选择的工艺参数：氩气流量：55±3L/min，氢气流量：7±1L/min，电流：550±5A，电压：70±2V，载气流量：4±1slpm，喷涂距离：120±3mm，送粉量：40±5g；喷涂面层Ni60-35WC粉末选择的工艺参数:氩气流量：40±3L/min，氢气流量：9±1L/min，电流：650±5A,电压：76±2V，载气流量：4±1slpm，喷涂距离：120±3mm，送粉量：45±5g；
八、在对工件喷涂前，先对工件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
九、在热喷涂过程中监测温度，如果表面温度超过90℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到50-70℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂；
十、喷涂后，经检验复卷辊的粗糙度值为Ra26-27μm，辊面跳动：0.015mm,测试样品的结合力达到26MPa，显微硬度为Hv0.3 918，涂层厚度为0.22-0.23mm,涂层均匀性在±0.01mm内。
十一、该产品已连续使用24个月，涂层外观正常，没有腐蚀现象，继续使用中，导纸性能良好，目前使用寿命提高2倍多，使用成本节约了一半左右。
实施例4
本发明所述等离子喷涂复卷辊的一种实施例，本实施例所述等离子喷涂复卷辊通过以下方法制备所得：
采用GTV DELTA-2000等离子喷涂设备，在直径为长度3200mm的合金钢复卷辊上喷涂镍铬合金和镍包碳化钨复合涂层，要求喷后涂层粗糙度值在Ra25-28μm之内。
一、由于复卷辊的结构所致，用一般的方法很难清除表面和内壁的油污，用超声波加热水槽对复卷辊进行除油处理，能够彻底清除辊体的油污；
二、用专用胶带和工装对复卷辊的非喷涂面进行喷砂保护，确保喷砂过程中保护非喷涂面；
三、将复卷辊装夹紧喷砂专用的卧式转台上，对喷涂面进行预热，预热温度达到40℃以上时即可；
四、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为0.5-0.6MPa，喷砂距离为300-350mm，转台转速：40-45转/分钟，走枪速度：6-7mm/s，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀、无光泽,喷后粗糙度值为Ra8-10μm；
五、把零件在卧式转台上夹紧，以便于匀速而平稳地转动工件；
六、选择粉末的粒度和比例，其中，镍铬合金粉末选用Ni20Cr牌号，粉末粒度选用-300/+400目，镍包碳化钨复合粉末选用Ni60-35WC牌号，粉末粒度-50/+100目；
七、选择和设置喷涂工艺参数，其中，压道为4mm，转速为150转/分钟，喷枪的移动速度为10mm/s。喷涂底层Ni20Cr粉末选择的工艺参数：氩气流量：55±3L/min，氢气流量：7±1L/min，电流：550±5A，电压：70±2V，载气流量：4±1slpm，喷涂距离：120±3mm，送粉量：40±5g；喷涂面层Ni60-35WC粉末选择的工艺参数:氩气流量：40±3L/min，氢气流量：9±1L/min，电流：650±5A,电压：76±2V，载气流量：4±1slpm，喷涂距离：120±3mm，送粉量：45±5g；
八、在对工件喷涂前，先对工件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
九、在热喷涂过程中监测温度，如果表面温度超过90℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到50-70℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂；
十、喷涂后，经检验复卷辊的粗糙度值为Ra26-27μm，辊面跳动：0.018mm,测试样品的结合力达到26MPa，显微硬度为Hv0.3 923，涂层厚度为0.20-0.21mm,涂层均匀性在±0.01mm内。
十一、该产品已连续使用16个月，涂层外观正常，没有腐蚀现象，继续使用中，导纸性能良好，目前使用寿命提高1倍多，使用成本节约了三分之一左右。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)清除复卷辊表面的油污，并对复卷辊非喷涂面用胶带或工装进行保护；
(2)在经步骤(1)处理过的复卷辊表面进行喷砂处理，使复卷辊表面粗化均匀、无光泽；
(3)在经步骤(2)处理过的复卷辊表面进行等离子喷涂，从而在复卷辊表面喷涂上均匀连续的涂层，使涂层均匀性在±0.01mm内，辊面跳动小于0.02mm，涂层表面粗糙度值Ra16-30μm。
2.如权利要求1所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在对复卷辊表面进行喷砂处理前，先对复卷辊喷砂面进行预热，当复卷辊喷砂面温度为40℃以上时，开始喷砂；所述步骤(3)中，在对复卷辊表面进行等离子喷涂前，先对复卷辊表面进行预热，当复卷辊喷涂面温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂。
3.如权利要求1或2所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，喷砂处理的工艺参数为：24#棕刚玉，喷砂压力0.3-0.7MPa，喷砂距离300-500mm，转台转速30-80转/分钟，喷枪移动速度为4-12mm/s。
4.如权利要求1所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述涂层包括底层涂层和面层涂层两层，所述底层涂层粘附于复卷辊的基体上面，所述面层涂层覆盖于底层涂层上面，所述底层涂层为镍铬合金涂层，所述面层涂层为镍包碳化钨复合涂层。
5.如权利要求4所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，在进行等离子喷涂时：所述底层涂层的粉末粒度为-200～+500目，涂层厚度为0.04-0.08mm；所述面层涂层的粉末粒度为-100～+400目、-30～+150目两种粉末中的至少一种，涂层厚度为0.10-0.20mm。
6.如权利要求1、4或5所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂的压道为3-6mm，转速为100-250转/分钟，喷枪的移动速度为8-16mm/s。
7.如权利要求4或5所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述底层涂层的等离子喷涂工艺参数为：氩气流量：50-60L/min，氢气流量：5-8L/min，电流：500-600A，电压：67-72V，载气流量：3-6slpm，喷涂距离：110-130mm，送粉量：30-50g。
8.如权利要求4或5所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述面层涂层的等离子喷涂工艺参数为：氩气流量：35-45L/min，氢气流量：8-12L/min，电流：600-680A，电压：73-78V，载气流量：3-6slpm，喷涂距离：110-130mm，送粉量：30-50g。
9.如权利要求1、4或5所述的等离子喷涂复卷辊的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在等离子喷涂过程中，如果喷涂面表面温度超过90℃，则停止喷涂并进行冷却，当喷涂面表面温度降至50-70℃时，再继续进行等离子喷涂，直至喷涂的涂层厚度达到要求。
10.一种由权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的等离子喷涂复卷辊。
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