CN111201340B - 纺织机械工具部件和用于制造纺织工具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在纺织机械中进行纺织加工的纺织机械工具部件(11)及其制造方法。该纺织机械工具部件(11)具有由芯材料制成的工具芯(16),其至少部分地涂覆有耐磨涂层。耐磨涂层(17)被施加到具有第一微结构(19)的芯表面(18)。第一微结构(19)优选地使用电化学蚀刻产生在芯表面(18)中。优选地,施加到其上的耐磨涂层(17)通过使用电化学沉积直接施加到芯表面(18)的具有第一微结构(19)的至少一部分,并且具有至多20μm的层厚。

Description

纺织机械工具部件和用于制造纺织工具的方法
技术领域
本发明涉及一种纺织机械工具部件,其包括纺织工具,例如机械编织针、机械经编织针、机械缝纫针、机械刺针、机械簇绒针;或者纺织机械的系统部件,例如沉降片、控制部件、联接部件,以及导纱系统或凸轮、针筒和编织机械拨盘。这种纺织机械工具部件可以例如设置成以便在加工纱线或线时与所述纱线或线接触。为此,纺织机械工具部件可以具有如下工作步骤,在该工作步骤中,该纺织机械工具部件与纱线或多根线相接触,并且它们可以具有保持部段,该纺织机械工具部件通过该保持部段被保持、存储或移动。
背景技术
这种纺织机械工具部件在纺织机械运行时承受很大的应力。例如,如果加工所谓的研磨纱线或线,则纺织机械工具部件可能经受严重磨损。在纺织机械的操作期间,纺织机械工具部件也可以通过相对于彼此滑动而移动,这也会导致磨损。为了提高纺织机械的使用寿命和效率,纺织机械工具部件的这种磨损应该保持尽可能最小。为此,纺织机械工具部件的至少部分设置有耐磨涂层。
从EP1988200A1已知一种具有用于减少磨损的铬涂层的纺织机械工具部件。
DE4491289T1描述了一种使用由碳钢制成的表面的湿镀和干镀来涂覆纺织机械工具部件的方法。为了降低碳钢的表面的粗糙度,首先抛光碳钢的表面,然后施加耐磨涂层。
DE2502284A1描述了一种沉积铬涂层的方法。首先使用湿喷砂用玻璃粉末来预处理待施加铬涂层到其上的芯材料,然后施加铬涂层。
从EP0565070A1已知一种用于涂层的电沉积的方法,其中在电沉积期间,电变量具有初始脉冲和后续脉冲,以便首先使用初始脉冲获得沉积材料的晶核形成,然后使用后续脉冲在初始晶核上引起沉积材料的进一步生长。
US6,478,943B1公开了一种电化学沉积的方法,在该方法中,通过调节脉冲电流在沉积期间产生结构化表面。
TOPOCROM有限公司的所谓"TOPOCROM"方法产生具有凸起的、球段形表面区域的结构化表面。
为了增加针的硬度,DE19936082A1建议在表面涂覆之前和之后对针进行喷丸处理。
在根据WO2009/035444A1的方法中,在通过电化学蚀刻进行表面涂覆期间,再次去除先前电化学施加的纳米晶涂层的一部分,以便获得期望的表面结构。
由DE19635736C2已知的方法规定,首先对纺织机械工具部件进行脱脂,去除氧化层,然后对纺织机械工具部件进行涂覆。使用等离子体支持的化学沉积进行涂覆,在此期间通过射频辐射、借助直流电压或脉冲直流电压、或甚至以其它频率来激发等离子体气氛。
DE102011119335B3建议为编织机械的导向通道提供不平坦的表面,以便在导向通道的表面上可以形成润滑剂储器和相应的润滑剂膜。
从实践中还已知所谓的"DURALLOY"涂层,其实现为具有凸球段形段形凸起的珍珠结构。可以将附加涂层(例如,诸如银涂层)施加到该"DURALLOY"涂层上。
发明内容
仍然需要使用尽可能简单的方法来优化纺织机械工具部件的表面。因此,本发明的目的是提供一种具有改进的表面特性的纺织机械工具部件,该纺织机械工具部件具有长的使用寿命并且可以被经济地制造。
该目的通过使用具有专利权利要求1的特征的纺织机械工具部件以及使用具有专利权利要求12的特征的制造方法来实现。专利权利要求9提供了该纺织机械工具部件的创新用途。
该纺织机械工具部件具有工具芯,该工具芯包括芯材料。芯材料尤其是金属材料或金属合金,例如诸如钢合金。芯材料具有芯表面。在该芯表面的至少一个部段中存在微结构。微结构具有彼此连接的凹陷和凸起。当观察芯表面时,凹陷实现为与参考平面相比以凹入的方式凹进,而凸起与该参考平面相比以凸起的方式突起。凹陷和/或凸起的直径可以是例如最大50-60μm。凹陷的最小值和紧邻的凸起的最大值之间的距离优选地最大为40-60μm且至少为10-20μm。
耐磨涂层直接施加到芯表面的设有微结构的至少一个部分上。在芯表面和耐磨涂层之间没有中间涂层。所施加的耐磨涂层具有最大20μm、和优选地最大10μm、或更优选地最大7μm的层厚。由于芯表面的微结构,耐磨涂层也具有微结构,其中凹陷和凸起的尺寸特别地小于芯表面的微结构的尺寸。
由于在芯表面上的微结构的形状和直接施加具有最大20μm的层厚的耐磨涂层,因此在那里也实现了微结构。耐磨涂层的微结构的凹陷和凸起的尺寸取决于芯表面的微结构的凹陷和凸起的尺寸。因此,耐磨涂层的表面或外表面可以使用适当的尺寸来限定。这样,可以在耐磨涂层的表面上设定非常特别期望的微结构,特别是如果芯材料的微结构是使用电化学蚀刻产生的。此外,由于芯表面的微结构化,在耐磨涂层和芯材料之间产生良好的粘合结合,即使在耐磨涂层中形成细裂纹,该结合也保持耐磨涂层在芯材料上的良好粘合,并且使耐磨涂层的剥落最小化。
耐磨涂层的表面结构适合于不同的纺织应用和所使用的特殊纱线或线。通常,表面结构导致纱线或线之间的接触表面减小。例如,对于眼针,当使用弹性纱线或线时,在眼针上的磨损方面是特别有利的。由于减小的接触长度,在弹性纱线或线中产生较少的张力,该张力增加了对眼针的磨损,但也可能导致对纱线或线本身的损坏。
此外,由于非常薄的涂层,线或纱线导向工具的几何形状不会受到显著影响。例如,当制毡针上有非常小的凹口(百分之几毫米)时,在线传输期间,这种薄涂层对凹口没有任何影响。然而,由于涂层的结构和接触表面的相关减小,针和线受到的应力较小。由于当存在这样小的形成结构时,不能在所有位置(凹口)独立地控制涂层生长,薄涂层甚至更有利,因为局部不同的涂层生长的效果在较薄涂层中不太重要。在金银丝纺织工具中,由于所需的最小层厚,已知的结构涂层是不适合的。在眼针的情况下,孔中的倒圆小于大约100μm,这将仍然导致较厚涂层(大于20μm)的膨胀。在针眼和缝纫针的开槽边缘处,状况是类似的。
优选的是,耐磨涂层的层厚基本上恒定,并且在具有1mm2(优选地,1mm×1mm)面积的观察表面内变化最大1μm和/或最大10%。
耐磨涂层的层厚为至少1μm。该最小层厚可在边缘区域减小,在该边缘区域中,耐磨涂层过渡到工具芯的未涂覆部分中。在该边缘区域之外的每个点处获得最小层厚。
在一个优选的示例性实施例中,耐磨涂层由铬涂层、优选地硬铬涂层形成。耐磨涂层也可以由DLC涂层或碳化物涂层或氮化物涂层形成。其它可用的硬质材料涂层,例如氧化氮化碳或氧氮化硬质材料涂层,也可以有利地用于耐磨涂层。将由不同材料制成的耐磨涂层施加到工具芯的不同部分也可以是有利的。
在一个优选的实施例中,耐磨涂层的微结构具有凸起(峰)和/或凹陷(谷),它们各自在其最大值或最小值的区域中具有其近似球段形的轮廓。此外,优选的是,贯穿微结构的截面具有恒定的曲线,该曲线的一阶导数(斜率)在每个点处同样是恒定的。在该实施例中,凸起的球面段形轮廓的平均半径也可大于或小于凹陷的球面段形轮廓的平均半径。
纺织机械工具部件可以优选地在弹性纱线的加工期间用于纺织机械中,例如用于泳衣中。弹性纱线的细度优选在约20旦(22分特)至40旦(44分特)的范围内。这种纱线非常细。例如,细度为22分特的弹性纱线的直径是大约0.04mm。
纺织机械工具部件,特别是根据前文中的描述的纺织机械工具部件,可以使用具有以下步骤的方法来制造:
首先,由芯材料以期望的形状制造工具芯。然后,在芯表面的至少一个部分上产生微结构。然后将最大层厚为20μm的耐磨涂层直接施加到芯表面的具有微结构的一部分上。
微结构优选使用电化学蚀刻方法产生,尤其这样实现:将工具芯浸入浴中并形成阳极,而浴的溶液(例如,铬酸溶液或另一无机或有机酸或碱)为阴极,使得芯材料从工具芯释放并迁移到浴中。优选地,在芯表面上产生微结构之后立即尤其使用电化学沉积来产生耐磨涂层。在已经产生微结构之后,工具芯可以浸入到浴(特别是,铬浴)中而没有任何中间步骤(例如干燥)并且用作阴极,使得铬沉积在芯表面上。可以说,两种电化学方法"湿对湿"地进行。优选地,这两个方法步骤使用两个不同的浴装置。
微结构也可使用喷丸或其它化学和/或物理和/或机械方法来产生。
附图说明
纺织机械工具及其制造方法的附加有利实施例由从属专利权利要求、说明书和附图得出。在下文将使用附图详细地解释本发明的优选实施例:
图1示出了由眼针形成的纺织机械工具部件的示例的侧视图;
图2是根据图1中的剖面线II-II的图1的眼针的局部截面图;
图3是图2中的子区域III的示意图,并且以高度简化的截面图示出了工具芯和施加到其上的耐磨涂层的一部分;
图4提供了图1的眼针的透视摄影局部图,并示出了具有微结构的耐磨涂层;
图5示出了图4的眼针的耐磨涂层的子区域IV;以及
图6是用于制造纺织机械工具部件、例如根据图1-5的眼针的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1是形成纺织机械工具部件11的眼针10的示意性侧视图。另一种针,例如诸如机械编织针、机械缝纫针、机械刺针或机械簇绒针,也可以形成纺织机械工具部件以取代眼针10。纺织机械工具部件也可以由纺织机械的系统部件形成,而不是由针形成,系统部件例如是沉降片、导纱系统部件或控制或联接部件。纺织机械工具部件特别是如下工具部件或系统部件,其附接到纺织机械并且存在于用于处理线或纱线的纺织机械中并且例如在操作期间可以与纱线或者线接触。
根据该示例的眼针10具有工作部段12,其中眼针10具有用于引导线或纱线的眼13。借助于保持部段14,眼针被附接到持针器15上,所述保持部段14在工作部段12处连接到眼13上。通常,具有对齐的眼13的多个眼针10布置在这种持针器15中。
其它纺织机械部件或纺织工具也具有工作部段12和保持部段14。例如,机械缝纫针或机械刺针具有带针尖的工作部段,并在针杆区域中具有保持部段,借助于该保持部段将针保持在机械中。机械编织针具有带针钩的工作部段,并在与其一定间隔处具有保持部段,该保持部段具有脚部或类似物,例如通过该脚部或类似物,该机械编织针可在编织机械的导向通道中移动。沉降片或其它系统部件可具有工作部段和保持部段,该工作部段与纱线接触,通过该保持部段,该部件被支承或固定或被引起移动。
图2示出了根据贯穿眼13的剖面线II-II(参见图1)的局部剖视图。可以看出,眼针10至少在工作部段12中具有由芯材料制成的工具芯16,并且具有由不同于芯材料的材料制成并且直接施加到工具芯16的耐磨涂层17。芯材料优选地由金属或金属合金形成并且包括例如钢合金。在该示例性实施例中,耐磨涂层17由硬铬涂层形成。它替代性地可以是DLC涂层、碳化物涂层或氮化物涂层。
耐磨涂层17例如仅施加在眼针10或纺织机械工具部件11的工作部段12中。其它区域例如保持部段14则不被耐磨涂层17覆盖。根据特定纺织机械工具部件的精确功能,仅将耐磨涂层17设置在经受磨损的部段上可能就足够了。然而,也可以用耐磨涂层17涂覆整个纺织机械工具部件11。
耐磨涂层17直接施加在工具芯16的芯材料上,而没有任何中间涂层。芯材料16的芯表面18在施加有耐磨涂层17的部段中具有第一微结构19。在图3中以高度示意性的描述示出了第一微结构19,其描述了芯材料和耐磨涂层17的放大片断(图2中的区域III)。图3中的描述是高度简化的并且不是按比例的。如可以看到的,第一微结构19通过相邻布置的凹入的第一凹陷20和突出的第一凸起21形成在芯表面18上。凹陷20和/或第一凸起21优选具有球段形的球形轮廓,每个具有半径Ri,其中i表示描述特定半径分配给特定的第一凹陷20或第一凸起21的索引。例如,图3示出了第一凹陷20的第一半径R1和第一凸起21的第二半径R2。
耐磨涂层17被施加到该第一微结构19上。耐磨涂层17的层厚d至少为2μm,最大为20μm。在附加示例性实施例中,耐磨涂层17的层厚d也可以最大为10μm或最大为7μm。
由于耐磨涂层17的该层厚d,该耐磨涂层也实施为在此被称为第二微结构22的微结构。与第一微结构19类似,第二微结构22因此形成彼此连接的第二凹陷22和第二凸起24。与第一微结构19类似,第二凹陷23和第二凸起24各自具有半径为Ri的球段形轮廓,其中在图3中,作为示例,记录了第二凹陷23的第三半径R3,并且记录了第二凸起24的第四半径R5。
在贯穿芯表面18的第一微结构19和耐磨涂层17的第二微结构22的截面图(图3)中看,微结构19、22的截面轮廓线具有恒定的路线。它们的斜率(一阶导数)也优选地在微结构19和22的截面轮廓线的曲线的每个点处恒定。
在根据图3的示意性实施例的变型中,也可以使得特定微结构19和22的仅凹陷20和23或仅凸起21和24具有球段形的形式。第一和第二凹陷20、23的半径和/或第一和第二凸起21、24的半径可以在预定区域内变化,并且可以例如最大为20-30μm和最小为5-10μm。第二凹陷23的最小值与紧邻的第二凸起中的最大值的间隔z优选地最大为40-60μm和最小为10-20μm。
耐磨涂层17的层厚d基本上是恒定的。在具有1mm2表面积的特定表面内,优选在1mm×1mm的正方形表面内,层厚d偏离最大为10%或最大为1μm。层厚d的数字适用于在紧邻耐磨涂层17的边缘26的边缘区域25外侧的整个耐磨涂层17。在该边缘区域25内,层厚d连续地减小到耐磨涂层的边缘26。
图4和图5是耐磨涂层17的第二微结构22的照片。在该示例性实施例中,仅第二凸起24在其最大区域中具有球段形轮廓,而凹陷23没有。
在下文使用图6来描述用于制造纺织机械工具部件11和作为示例的前述眼针10的一种优选方法。
在第一方法步骤S1中,工具芯16由芯材料制成,例如通过模制和/或机械加工芯材料制成。工具芯16获得确定随后的纺织机械工具部件11和例如眼针10的形状的适当形状。
然后,在第二方法步骤S2中,至少在工具芯16的芯表面18的一个部段中,例如使用电化学蚀刻工艺来产生第一微结构19。为此,使用在20℃至60℃温度下每升含50-300 g三氧化铬的铬酸溶液。工具芯16在浴中的停留时间取决于待产生的第一凹陷20和第一凸起21的深度或高度,该停留时间在10秒直至1800秒之间。工具芯16用作阳极(电压的正极),使得芯表面上的芯材料被去除并且迁移到电解溶液中。芯材料的结构的较不溶的组分较不快速地迁移到溶液中。当蚀刻第一微结构19时,例如,可使用20-40A/dm2的电流密度,其中蚀刻持续时间优选为30秒至1200秒。可以使用蚀刻持续时间和电流密度来确定期望的第一微结构19的尺寸。
由于第一微结构是使用蚀刻工艺产生的,因此正好在第二方法步骤S2之后,耐磨涂层17可在第三方法步骤S3中被"湿对湿"地施加。例如,在第二方法步骤S2期间或在第三方法步骤S3期间没有干燥并且没有其它中间步骤。在示例性实施例中,使用电化学沉积,施加硬铬涂层作为耐磨涂层17。将工具芯16的具有第一微结构19的至少一个部段浸入电解浴中,其中工具芯16用作阴极(负极),使得来自浴的材料沉积在具有第一微结构19的芯表面18上。该浴例如包含每升170-270 g三氧化铬、0.5-2.5%重量百分比的硫酸、以及特殊催化剂。该特殊催化剂可以是例如磺酸,并且相对于铬浴的三氧化铬含量来说其浓度可以在1:10-1:20的范围内。浴的温度为50℃至70℃。甲磺酸、二甲磺酸或萘磺酸可以用作磺酸。电流密度例如为15-50A/dm2。选择在电解浴中的停留时间,使得耐磨涂层17具有最大20μm或最大10μm、优选最大7μm的层厚。最小层厚为1μm。在使用电化学沉积来涂覆耐磨涂层17的工艺期间,第二微结构22的形式可受到脉冲电流、电流密度、温度、浴浓度和其它参数的影响。第二微结构22取决于上述涂覆参数,并且还取决于在芯表面18上的第一微结构19的尺寸和实施方式。例如,第二微结构22的凸起和凹陷(峰和谷)可以形成为具有半球形轮廓。
本发明涉及用于在纺织机械中进行纺织加工的纺织机械工具部件11及其制造方法。纺织机械部件工具11具有由芯材料制成的工具芯16,该芯材料至少部分地涂覆有耐磨涂层。耐磨涂层17施加到具有第一微结构19的芯表面18上。第一微结构19优选地使用电化学蚀刻产生在芯表面18中。施加到其上的耐磨涂层17优选地使用电化学沉积至少部分地直接施加到具有第一微结构19的芯表面18上,并且具有最大20μm的层厚。
附图标记列表:
10 眼针
11 纺织机械工具部件
12 工作部段
13 眼
14 保持部段
15 持针器
16 工具芯
17 耐磨涂层
18 芯表面
19 第一微结构
20 第一凹陷
21 第一凸起
22 第二微结构
23 第二凹陷
24 第二凸起
25 边缘区域
26 边缘
d 层厚
Ri 半径
R1 第一半径
R2 第二半径
R3 第三半径
R4 第四半径
S1 第一方法步骤
S2 第二方法步骤
S3 第三方法步骤
z 间隔

Claims (24)

1.一种纺织机械工具部件(11),具有包括芯材料的工具芯(16),
其中,所述工具芯(16)具有至少在一个部段中具有微结构(19)的芯表面(18),
其中,所述芯表面(18)的微结构(19)具有彼此连接的凹陷和凸起,其中,所述凹陷实现为与参考平面相比以凹入的方式凹进,同时凸起与该参考平面相比以凸起的方式突起,其中,凹陷和/或凸起的直径具有至多60μm的量,并且其中,所述凹陷的最小值和紧邻的凸起的最大值之间的距离为至少10μm且至多60μm,
其中具有所述微结构(19)的所述芯表面(18)至少部分地涂覆有耐磨损涂层(17),所述耐磨损涂层具有最大20μm的层厚(d),并且其中所述耐磨损涂层(17)由于所述芯表面(18)的微结构(19)而还具有微结构(22);
具有表面结构的所述耐磨损涂层是所述纺织机械工具部件的外表面;
所述纺织机械工具部件具有用于与纱线或线相接触的工作部段,以及用于将纺织机械工具部件保持在纺织机械中的保持部段。
2.根据权利要求1所述的纺织机械工具部件,其特征在于,所述芯表面(18)的微结构(19)的凹陷和凸起各自具有至少5μm且至多30μm的半径。
3.根据权利要求1或2所述的纺织机械工具部件,
其特征在于,所述耐磨涂层(17)的层厚(d)为至多10μm或至多7μm。
4.根据权利要求1或2所述的纺织机械工具部件,
其特征在于,在1mm2的所考虑表面积内,所述耐磨涂层(17)的层厚(d)变化最大为1μm。
5.根据权利要求1或2所述的纺织机械工具部件,
其特征在于,所述耐磨涂层(17)的层厚(d)为至少2μm。
6.根据权利要求1或2所述的纺织机械工具部件,
其特征在于,所述耐磨涂层(17)是铬涂层或DLC涂层或碳化物涂层或氮化物涂层,和/或所述芯材料由金属材料或金属合金形成。
7.根据权利要求1或2所述的纺织机械工具部件,
其特征在于,所述芯表面(18)的微结构(19)和/或所述耐磨涂层(17)的微结构(22)具有凸起(21,24)和凹陷(20,23),其中所述凸起(21,24)在其最大值的区域中和/或所述凹陷(20,23)在其最小值的区域中具有近似球面段形轮廓。
8.根据权利要求7所述的纺织机械工具部件,
其特征在于,第一或第二凸起(21,24)的球面段形轮廓的半径(R2,R4)大于第一或第二凹陷(20,23)的球面段形轮廓的半径(R1,R3)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的纺织机械工具部件(10)在纺织机械中的用途,其在用于制造或加工具有至少一根弹性纱线的纺织材料的方法期间,所述至少一根弹性纱线与所述纺织机械工具部件(10)接触。
10.根据权利要求9所述的纺织机械工具部件(10)在纺织机械中的用途,
其特征在于,所述至少一根弹性纱线的细度为至少20旦或22分特。
11.根据权利要求9或10所述的纺织机械工具部件(10)在纺织机械中的用途,
其特征在于,所述至少一根弹性纱线的细度为最大40旦或44分特。
12.根据权利要求1所述的纺织机械工具部件,其特征在于,所述凹陷和/或凸起的直径具有至多50μm的量。
13.根据权利要求1所述的纺织机械工具部件,其特征在于,所述凹陷的最小值和紧邻的凸起的最大值之间的距离为至少20μm且至多40μm。
14.根据权利要求2所述的纺织机械工具部件,其特征在于,所述芯表面(18)的微结构(19)的凹陷和凸起各自具有至少10μm且至多20μm的半径。
15.一种用于制造纺织机械工具部件的方法,具有以下步骤:
-由芯材料制造工具芯(16),
-在所述工具芯(16)的芯表面(28)的至少一个部段中产生微结构(19),其中,所述芯表面(18)的微结构(19)具有彼此连接的凹陷和凸起,其中,所述凹陷实现为与参考平面相比以凹入的方式凹进,同时凸起与该参考平面相比以凸起的方式突起,其中,凹陷和/或凸起的直径具有至多60μm的量,并且其中,所述凹陷的最小值和紧邻的凸起的最大值之间的距离为至少10μm且至多60μm,
-用具有最大20μm的层厚(d)的耐磨涂层(17)涂覆所述芯表面(18)的具有所述微结构(19)的至少一部分,使得所述耐磨涂层(17)由于所述芯表面(18)的所述微结构(19)也具有微结构(22)。
16.根据权利要求15所述的方法,
其特征在于,所述微结构(19)是使用电化学蚀刻工艺在所述芯表面(18)中产生的。
17.根据权利要求15或16所述的方法,
其特征在于,在产生所述芯表面(18)的所述微结构(19)之后立即施加所述耐磨涂层(17)。
18.根据权利要求15或16所述的方法,
其特征在于,使用电化学沉积来实现利用所述耐磨涂层(17)的涂覆。
19.根据权利要求16所述的方法,其中,所述电化学蚀刻工艺使用20-40A/dm2的电流密度和30秒至1200秒的蚀刻持续时间。
20.根据权利要求15或16所述的方法,其中,所述工具芯在每升含50-300克三氧化铬的铬酸溶液的浴中被用作阳极。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,所述浴具有20℃至60℃的温度。
22.根据权利要求20所述的方法,其中,所述工具芯在浴中的停留时间在10秒直至1800秒之间,取决于待产生的第一凹陷和第一凸起的深度或高度。
23.根据权利要求15所述的纺织机械工具部件,其特征在于,所述凹陷和/或凸起的直径具有至多50μm的量。
24.根据权利要求15所述的纺织机械工具部件,其特征在于,所述凹陷的最小值和紧邻的凸起的最大值之间的距离为至少20μm且至多40μm。
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