CN111363997A - 一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于表面工程高能超音速热喷涂技术领域，具体涉及一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法。本发明采用高能超音速喷涂技术，在超音速送粉系统中接入惰性气体，利用随粉末一起流入的高压惰性气体在超音速喷涂系统燃烧室中加热膨胀，直接驱动碳化钨粉末颗粒成为高速高能粒子，高速高能粒子直接嵌入辊基体,辊体喷涂前无需进行喷砂粗化，高能粉末粒子在辊体表面形成碳化钨涂层，该碳化钨涂层具有高硬度、超低孔隙率、低表面粗糙度和低磨削余量的特点，薄膜在辊面流延冷却过程中析出物不易粘附，辊体工作表面摩擦系数在长期使用中保持恒定不变，能够显著提高辊面的耐磨性和辊的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于表面工程高能超音速热喷涂技术领域，具体涉及一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法。
背景技术
流延薄膜(Cast film)是通过熔体流涎骤冷生产的一种无拉伸、非定向的平挤薄膜，与吹膜相比，其特点是生产速度快、产量高、薄膜透明度高、光泽性好、厚度均匀性良好，各向性能平衡性优异。同时，由于是平挤薄膜，后续工序如印刷、复合等极为方便，流延膜经过表面处理后可用于复合、彩印、镀铝等方面，被广泛用于纺织、食品、日用品、农药和医药包装等领域。在世界包装材料市场上，流延膜的生产呈持续上升的态势，到2016年，北美流延膜市场需求达400万吨，欧洲市场需求达300万吨，年增长率在7-10％。我国流延薄膜生产起步于上世纪八十年代，经过三十余年的发展，目前在包装行业已经成为具有相当生产能力和生产水平的朝阳产业，但仍远远低于发达国家。
流延机主要包括挤出系统、冷却系统、导膜系统、收卷机、边料回收系统、电脑控制系统等。流延机主冷辊作为挤出生产的重要设备，主要用于冷却固化挤塑薄膜，采用专用冷却水控制的循环系统，辊面长度与T型磨头长度相当，挤塑薄膜在流延机主冷辊辊面固化冷却转移，对产品质量起到了关键性的作用。
随着时代的进步，包装机械的的发展突飞猛进，新技术、新装备不断涌现，相随之下，流延机也取得了同步发展，因此对流延机主冷辊的耐磨性、表面摩擦力的恒定性、与流延析出物的粘附性能提出了越来越高的要求，然而现有的流延机主冷辊筒由于多采用电镀铬或常规超音速喷涂技术，电镀铬导热效率低、硬度低，耐磨性差；而普通的超音速火焰喷涂技术喷涂的碳化钨涂层由于粉末粒子能量不高，喷涂后的涂层孔隙率一般在0.6％-1％之间，涂层不够致密，容易粘附流延析出物影响薄膜质量；如果在粉末中添加大颗粒球形粉末冲击夯实涂层来降低涂层孔隙率，一方面喷涂过程中起夯实作用的大颗粒粉末被反弹无法沉积到辊基体表面形成涂层，造成粉末的浪费影响喷涂的经济性，同时由于粉末粒子能量并没有提高，喷涂后的涂层孔隙率仍然会有0.4％-0.5％，依然会由于涂层不够致密容易粘附流延析出物影响薄膜质量，并且无论何种常规超音速喷涂，由于喷涂粉末粒子能量并没有提高，喷涂前都必须对基体表面采用喷砂粗化，涂层才能获得足够的结合强度，而喷砂粗化一方面会带来流延机主冷辊辊体表面应力的变化，导致辊筒变形量增大，另一方面由于喷砂粗化后会形成较粗的表面粗糙度，这二者都会带来喷涂后磨削余量的大幅增加，造成需喷涂涂层厚度的大幅增加，影响流延机主冷辊的喷涂经济性。
因此无论镀铬还是普通超音速火焰喷涂或者在超音速火焰喷涂中添加大颗粒球形粉末冲击夯实涂层的方法，都难以满足流延设备越来越高的要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题的存在，提供一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，包括以下步骤：
S1、检查辊基体，确保无孔洞、夹杂缺陷后进行清洗；清洗可采用常用的有机溶剂清除辊表面的油污，并对流延机主冷辊非喷涂面用白铁皮或工装进行保护；
S2、采用高能超音速火焰喷涂技术，在喷涂前不对辊面进行喷砂处理，在超音速喷涂系统的送粉器中，接入惰性气体驱动碳化钨粉末颗粒成为高速高能粒子，在辊体表面喷涂上碳化钨涂层；本操作在超音速喷涂系统的送粉器中，接入高压大流量惰性气体，利用随粉末一起流入的大流量高压惰性气体在超音速喷涂系统燃烧室中加热膨胀，直接驱动碳化钨粉末颗粒成为高速高能粒子，从而在表面喷涂上均匀连续的超低孔隙率碳化钨涂层。
S3、将步骤S2中形成的碳化钨涂层磨削至合适尺寸，再进行抛光、喷砂雾化处理，使其涂层表面粗糙度Ra达到0.1-0.12μm。
磨削可在表面使用粒度170-200#金刚石砂轮磨削；抛光采用180#棕刚玉或白钢玉砂。
作为一种优选的技术方案，步骤S2中采用空气助燃，在辊基体表面喷涂碳化钨涂层；其中，惰性气体压力范围为8-10MPa，添加量为400-600L/min，空气压力范围为1.0-1.2MPa，丙烯压力范围为0.8-0.9MPa，喷涂距离为175-200mm。
作为一种优选的技术方案，喷涂用碳化钨粉末粒度范围为5-38μm，送粉量范围为150±10g/min，工件基体温度小于120℃，喷涂时辊基体表面线速度为120-150m/min，喷涂的走枪压道为2-3mm/r。
作为一种优选的技术方案，步骤S2中采用氧气助燃，在辊基体表面喷涂碳化钨涂层；其中，惰性气体压力范围为8-10MPa，添加量为400-600L/min，氧气流量为1200-1500L/min，煤油流量为40-45L/min，喷涂距离为300-350mm。
作为一种优选的技术方案，喷涂用碳化钨粉末粒度范围为15-45μm，送粉量范围150±10g/min，工件基体温度小于120℃，喷涂时辊基体表面线速度120-150m/min，喷涂的走枪压道为2-3mm/r。
发明人经过大量探索发现，上述喷涂工艺参数可以更好地满足涂层性能要求，能有效提高流延机主冷辊的综合性能，从而更好地提高流延机主冷辊数倍的使用寿命。根据上述加工工艺参数得出的碳化钨涂层孔隙率小于0.1％，极低的孔隙率，涂层致密性高，使得薄膜在辊面流延冷却过程中析出物不易粘附，显著提高了薄膜的生产质量。
作为一种优选的技术方案，喷涂后碳化钨涂层厚度为0.17±0.01mm。
作为一种优选的技术方案，步骤S2中涂层均匀性在±0.02毫米内，辊面跳动小于0.05毫米，涂层表面粗糙度Ra为1.6-2.0μm。
作为一种优选的技术方案，步骤S2中，喷涂前，先使用高能超音速焰流对辊面进行预热，当辊体预热温度达到40℃时进行喷涂。
作为一种优选的技术方案，步骤S3中，磨削至涂层厚度为0.08-0.12毫米，涂层表面粗糙度Ra为0.6-0.8μm，抛光至表面粗糙度达到0.06μm；抛光后进行喷砂雾化处理，喷砂后碳化钨涂层辊面粗糙度Ra为0.1-0.12μm。
作为一种优选的技术方案，步骤S1中辊基体为流延机主冷辊。
作为本发明的具体的技术方案，具体地说，如果在所述步骤S1中发现主冷辊辊面有直径小于0.8毫米微孔洞，可以采用冷镶方式进行修补：先用尖样冲在微孔出打出直径0.5-0.6毫米样冲眼，使用直径1毫米钻头用手电钻在样冲眼处向辊体钻入8-10毫米深，形成一直径1毫米深度8-10毫米的直孔，剪一截直径1毫米长度12毫米的钢丝插入直孔内，将钢丝凸出辊面部分用小铁锤敲打夯实，用锉刀沿辊面圆弧修锉夯实后的钢丝凸出部分大致与辊面平齐，再用140#油石加20#机油润滑沿辊面圆弧修正至与辊面平齐，指尖触摸感觉不到突起，最后用320#砂纸抛光至与辊面一致粗糙度，以保证基体辊面的致密性，同时避免热补焊造成辊面变形。
另外，对于主冷辊非喷涂面的工装保护可以有多种方式，在保证主冷辊强度的基础上，任何避免主冷辊非喷涂面粘附涂料的方法，都能作为本发明中工装保护的形式，具体做法可以是在将流延机主冷辊安装到喷涂转台时在装夹卡盘处安装拨叉与卡盘一起带动辊体旋转，在尾座顶尖处安装承载托轮承托流延机主冷辊尾座顶尖处轴颈，使用弹性尾座顶尖或在尾座顶尖处留出0.2-0.5毫米热延展量。在装夹卡盘处安装拨叉与卡盘一起带动辊体旋转，以增大转台作用在流延机主冷辊上的扭矩；在尾座顶尖处安装承载托轮承托流延机主冷辊尾座顶尖处轴颈，以减小尾座顶尖上的承载，便于匀速而平稳地转动流延机主冷辊；使用弹性尾座顶尖或在尾座顶尖处留出0.2-0.5毫米热延展量以确保流延机主冷辊受热膨胀后不会因两端受压变形。
作为本发明的设计要点，所述步骤S2中，采用了往超音速送粉系统接入高压大流量气体的形式，利用随粉末一起流入的高压大流量气体在超音速喷涂系统燃烧室中加热膨胀，直接驱动碳化钨粉末颗粒成为高速高能粒子，该技术具有粉末动能和能量密度大的显著优点，使得碳化钨涂层呈现致密、未熔颗粒少、孔隙率低、结合强度高、加工性能好的特性。当然，所述气体应当使用不容易发生化学反应的惰性气体，例如氩气氮气等气体，以保证碳化钨涂层的纯净度与稳定性。从采购成本和获取途径来分析，氮气作为一种大气中普遍存在的惰性气体，是本发明中促成高压送粉的理想材料。
主冷辊喷涂后使用粒度170-200#浓度100％的树脂结合金刚石砂轮磨削超低孔隙率碳化钨涂层至涂层厚度0.08-0.12毫米，涂层表面粗糙度Ra0.6-0.8μm，磨削砂轮线速度40-60m/sec，工件线速度0.8-1.2m/sec，砂轮每次进给量0.003-0.008mm，工件磨削移动速度1.5-3mm/sec，以保证辊面磨削的均匀性，避免出现震纹螺旋纹等磨削缺陷。
流延机主冷辊表面超低孔隙率碳化钨涂层磨削后逐级使用60μm/45μm/30μm/15μm/9μm/6μm金刚石砂带对辊面超低孔隙率碳化钨涂层进行抛光，直至表面粗糙度达到Ra0.06μm，以确保每一道抛光后更细的抛光切削痕迹能够完全覆盖上一道切削痕迹，保证最终表面粗糙度的均匀性。
流延机主冷辊表面超低孔隙率碳化钨涂层抛光后使用180#棕刚玉或白钢玉砂对超低孔隙率碳化钨涂层主冷辊表面进行喷砂雾化处理，喷砂压力0.3-0.5MPa，砂粒流量100-180g/sec，喷砂后超低孔隙率碳化钨涂层辊表面粗糙度Ra0.1-0.12μm，确保所有喷砂砂粒都会被反弹不会嵌入辊体涂层表面造成工作界面的污染，Ra0.1-1.2细而均匀的表面粗糙度能够保证薄膜在辊面流延冷却过程中可以获得足够的摩擦力，同时超低孔隙率的碳化钨涂层让析出物不易粘附在辊面。
作为本发明的进一步优选方案，在对流延机用超低孔隙率碳化钨涂层主冷辊喷涂前，先使用高能超音速焰流对辊面进行预热，当辊体预热温度达到40℃时直接开始进行超低孔隙率碳化钨涂层的喷涂，在喷涂前不对辊面进行喷砂处理，采用高能超音速喷涂技术使碳化钨粉末颗粒高速冲击嵌入辊基体在辊表面形成低粗糙度的碳化钨涂层。
对辊面提前进行预热，有助于消除辊体表面的水分和湿气，提高高能超音速喷涂超低孔隙率碳化钨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，避免基体受应力变形，避免涂层开裂，提高涂层与基体的结合强度。
在喷涂前不对辊面进行喷砂处理，采用高能超音速喷涂技术使碳化钨粉末颗粒高速冲击嵌入辊基体在辊表面形成低粗糙度的碳化钨涂层，能够避免因喷砂粗化表面造成的辊面变形，降低喷涂后涂层的表面粗糙度，减少磨削用量，提高流延机主冷辊高能超音速喷涂超低孔隙率碳化钨涂层的经济性。
采用高能超音速喷涂技术喷涂超低孔隙率碳化钨涂层，该涂层能在辊基体表面形成高结合强度、高硬度、超低孔隙率、低表面粗糙度和低磨削余量的超低孔隙率碳化钨涂层，具有高的耐磨性能，极低的孔隙率，能够确保工作表面摩擦系数在长期使用中保持恒定不变，薄膜在辊面流延冷却过程中析出物不易粘附。
需要补充说明的是，在主冷辊高能超音速火焰喷涂碳化钨涂层过程中，为了防止流延机主冷辊辊体热变形产生辊面跳动，如果喷涂面表面温度超过90℃，则停止喷涂并进行冷却，当辊体喷涂面表面温度降至50-70℃时，再继续进行高能超音速火焰喷涂，直至喷涂的涂层厚度达到要求。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明在超音速送粉系统中接入高压大流量惰性气体，利用随粉末一起流入的大流量高压惰性气体在超音速喷涂系统燃烧室中加热膨胀，直接驱动碳化钨粉末颗粒成为高速高能粒子，高速高能粒子直接嵌入辊基体,辊体喷涂前无需进行喷砂粗化，高能粉末粒子在辊体表面形成高硬度、超低孔隙率、低表面粗糙度和低磨削余量的超低孔隙率碳化钨涂层，使薄膜在辊面流延冷却过程中析出物不易粘附，辊体工作表面摩擦系数在长期使用中保持恒定不变，提高辊面的耐磨性和辊的使用寿命。
2、采用本发明方法制备的流延机主冷辊，涂层综合性能优异(结合强度大于70MPa，硬度Hv0.3大于1400，孔隙率小于0.1％)，表面光洁度高(Ra<0.06μm)，涂层磨削余量小(总磨削量小于0.08毫米)，流延析出物不易粘连，耐磨损，工作表面摩擦系数长期保持恒定，使用寿命是普通流延机用主冷辊的5倍以上，显著提高流延薄膜生产质量的稳定性和经济性。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、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、完整的描述。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做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
本实施例所述一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法中，流延机主冷辊辊面直径1280mm、长度5500mm、辊体总重量6320Kg，采用厚度12mm的20#钢卷板制辊，内衬导程300mm流道，辊面硬度HB250-280，采用SB250-K7空气助燃高能超音速喷涂系统喷涂辊体表面超低孔隙率碳化钨涂层。
1、对流延机主冷辊基体进行检查，确保辊基体没有孔洞和夹杂等缺陷，使用丙酮清除辊表面的油污，并对流延机主冷辊非喷涂面用白铁皮进行捆扎保护；
2、将拨叉安装在流延机主冷辊装夹轴颈处用3颗M24铜螺丝锁紧后，将流延机主冷辊安装到喷涂转台上夹紧，拨叉拨动柄紧贴卡盘卡爪，以增大转台作用在流延机主冷辊上的扭矩。在流延机主冷辊尾座端安装蒙头，尾座活动顶尖顶紧蒙头顶尖孔，调整蒙头螺丝找正辊面跳动在0.05mm以内后锁紧。安装承载托轮承托流延机主冷辊尾座顶尖处轴颈，以减小尾座顶尖上的承载，便于匀速而平稳地转动流延机主冷辊；后退尾座顶尖留出0.25毫米间隙后锁紧尾座顶尖确保流延机主冷辊受热膨胀后不会因两端受压变形。设置转台转速33rpm。
3、选用WC12Co牌号碳化钨粉末，粉末粒度选用5-38μm，设置喷涂工艺参数，氮气N2压力9.8MPa，流量：550L/min，空气压力：1.1MPa，丙烯压力：0.82MPa，送粉量：156g/min喷涂距离：175mm，走枪速度：100mm/min，压道：3mm。
4、在对流延机主冷辊喷涂前，先使用高能超音速焰流对待喷涂辊面进行预热，预热后测得辊面温度40℃以上时直接启动送粉器送出碳化钨粉末进行热喷涂。
5、在热喷涂过程中监测温度，如果表面温度超过90℃，则停止喷涂并进行冷却，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后停止喷涂，完成流延机主冷辊的本次热喷涂作业。
6、在完成热喷涂的流延机主冷辊两端安装蒙头后吊装到磨床工作台上，磨床两端顶尖顶紧蒙头中心孔后通过调整蒙头螺丝找正流延机主冷辊辊面跳动到0.01mm以内，使用粒度170-200#浓度100％的树脂结合金刚石砂轮磨削超低孔隙率碳化钨涂层至涂层厚度0.12毫米，磨削砂轮线速度60m/sec，工件线速度0.85m/sec，砂轮每次进给量0.005mm，工件磨削移动速度1.6mm/sec，磨削后涂层表面粗糙度Ra0.62μm。完成辊面超低孔隙率碳化钨涂层磨削后将金刚石砂轮更换为白钢玉砂轮，磨削各轴位到图纸要求尺寸。
7、卸下完成磨削后的流延机主冷辊夹持端的蒙头，将流延机主冷辊吊装到抛光机床上夹好顶紧，逐级使用60μm/45μm/30μm/15μm/9μm/6μm金刚石砂带对辊面超低孔隙率碳化钨涂层进行抛光，直至表面粗糙度达到Ra0.06μm。
8、将流延机主冷辊安装到喷砂转台上，使用180#棕刚玉砂对超低孔隙率碳化钨涂层主冷辊表面进行喷砂雾化处理，喷砂压力0.35MPa，砂粒流量120g/sec，喷砂后超低孔隙率碳化钨涂层辊表面粗糙度Ra0.1-0.12μm。
9、该产品装机后连续使用16个月，涂层外观正常，测涂层表面粗糙度Ra为0.1-0.114μm，没有流延析出物粘附辊面，目前使用寿命已是原来的1.3倍，在继续使用中。
实施例2
本实施例所述一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法中，流延机主冷辊辊面直径1250mm、长度4650mm、辊体总重量5150Kg,，采用厚度12mm的20#钢卷板制辊，内衬导程300mm流道，辊面硬度HB248-262，采用GTV-K2氧气助燃高能超音速喷涂系统喷涂辊体表面超低孔隙率碳化钨涂层。
1、对流延机主冷辊基体进行检查，确保辊基体没有孔洞和夹杂等缺陷，使用丙酮清除辊表面的油污，并对流延机主冷辊非喷涂面用白铁皮进行捆扎保护；
2、将拨叉安装在流延机主冷辊装夹轴颈处用3颗M24铜螺丝锁紧后，将流延机主冷辊安装到喷涂转台上夹紧，拨叉拨动柄紧贴卡盘卡爪，以增大转台作用在流延机主冷辊上的扭矩。在流延机主冷辊尾座端安装蒙头，尾座活动顶尖顶紧蒙头顶尖孔，调整蒙头螺丝找正辊面跳动在0.05mm以内后锁紧。安装承载托轮承托流延机主冷辊尾座顶尖处轴颈，以减小尾座顶尖上的承载，便于匀速而平稳地转动流延机主冷辊；后退尾座顶尖留出0.20毫米间隙后锁紧尾座顶尖确保流延机主冷辊受热膨胀后不会因两端受压变形。设置转台转速38rpm。
3、选用WC-10Co-4Cr牌号碳化钨粉末，粉末粒度选用15-45μm，设置喷涂工艺参数，氮气N2压力8.2MPa，流量450L/min，氧气流量1450L/min，煤油流量42L/min，送粉量146g/min，喷涂距离350mm，走枪速度：115mm/min，压道：3mm。
4、在对流延机主冷辊喷涂前，先使用高能超音速焰流对待喷涂辊面进行预热，预热后测得辊面温度40℃以上时直接启动送粉器送出碳化钨粉末进行热喷涂。
5、在热喷涂过程中监测温度，如果表面温度超过90℃，则停止喷涂并进行冷却，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后停止喷涂，完成流延机主冷辊的本次热喷涂作业。
6、在完成热喷涂的流延机主冷辊两端安装蒙头后吊装到磨床工作台上，磨床两端顶尖顶紧蒙头中心孔后通过调整蒙头螺丝找正流延机主冷辊辊面跳动到0.01mm以内，使用粒度170-200#浓度100％的树脂结合金刚石砂轮磨削超低孔隙率碳化钨涂层至涂层厚度0.09毫米，磨削砂轮线速度60m/sec，工件线速度0.85m/sec，砂轮每次进给量0.006mm，工件磨削移动速度1.55mm/sec，磨削后涂层表面粗糙度Ra0.65μm。完成辊面超低孔隙率碳化钨涂层磨削后将金刚石砂轮更换为白钢玉砂轮，磨削各轴位到图纸要求尺寸。
7、卸下完成磨削后的流延机主冷辊夹持端的蒙头，将流延机主冷辊吊装到抛光机床上夹好顶紧，逐级使用60μm/45μm/30μm/15μm/9μm/6μm金刚石砂带对辊面超低孔隙率碳化钨涂层进行抛光，直至表面粗糙度达到Ra0.06μm。
8、将流延机主冷辊安装到喷砂转台上，使用180#白钢玉砂对超低孔隙率碳化钨涂层主冷辊表面进行喷砂雾化处理，喷砂压力0.4MPa，砂粒流量150g/sec，喷砂后超低孔隙率碳化钨涂层辊表面粗糙度Ra0.1-0.12μm。
9、该产品装机后连续使用9个月，涂层外观正常，测涂层表面粗糙度Ra为0.1-0.106μm，没有流延析出物粘附辊面，在继续使用中。
实施例3
本实施例所述一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法中，流延机主冷辊辊面直径1250mm、长度6280mm、辊体总重量7350Kg,，采用厚度12mm的20#钢卷板制辊，内衬导程300mm流道，辊面硬度HB262-275，采用空气助燃高能超音速喷涂系统SB250-K7系统喷涂辊体表面超低孔隙率碳化钨涂层。
1、对流延机主冷辊基体进行检查，确保辊基体没有孔洞和夹杂等缺陷，使用丙酮清除辊表面的油污，并对流延机主冷辊非喷涂面用白铁皮进行捆扎保护；
2、将拨叉安装在流延机主冷辊装夹轴颈处用3颗M24铜螺丝锁紧后，将流延机主冷辊安装到喷涂转台上夹紧，拨叉拨动柄紧贴卡盘卡爪，以增大转台作用在流延机主冷辊上的扭矩。在流延机主冷辊尾座端安装蒙头，尾座活动顶尖顶紧蒙头顶尖孔，调整蒙头螺丝找正辊面跳动在0.05mm以内后锁紧。安装承载托轮承托流延机主冷辊尾座顶尖处轴颈，以减小尾座顶尖上的承载，便于匀速而平稳地转动流延机主冷辊；后退尾座顶尖留出0.30毫米间隙后锁紧尾座顶尖确保流延机主冷辊受热膨胀后不会因两端受压变形。设置转台转速35rpm。
3、选用WC-10Co-4Cr牌号碳化钨粉末，粉末粒度选用5-38μm，设置喷涂工艺参数，氮气N2压力8.8MPa，流量520L/min，空气压力1.1MPa，丙烯压力0.85MPa，送粉量155g/min喷涂距离200mm，走枪速度：105mm/min，压道：3mm。
4、在对流延机主冷辊喷涂前，先使用高能超音速焰流对待喷涂辊面进行预热，预热后测得辊面温度40℃以上时直接启动送粉器送出碳化钨粉末进行热喷涂。
5、在热喷涂过程中监测温度，如果表面温度超过90℃，则停止喷涂并进行冷却，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后停止喷涂，完成流延机主冷辊的本次热喷涂作业。
6、在完成热喷涂的流延机主冷辊两端安装蒙头后吊装到磨床工作台上，磨床两端顶尖顶紧蒙头中心孔后通过调整蒙头螺丝找正流延机主冷辊辊面跳动到0.01mm以内，使用粒度170-200#浓度100％的树脂结合金刚石砂轮磨削超低孔隙率碳化钨涂层至涂层厚度0.10毫米，磨削砂轮线速度60m/sec，工件线速度0.85m/sec，砂轮每次进给量0.006mm，工件磨削移动速度1.5mm/sec，磨削后涂层表面粗糙度Ra0.65μm。完成辊面超低孔隙率碳化钨涂层磨削后将金刚石砂轮更换为白钢玉砂轮，磨削各轴位到图纸要求尺寸。
7、卸下完成磨削后的流延机主冷辊夹持端的蒙头，将流延机主冷辊吊装到抛光机床上夹好顶紧，逐级使用60μm/45μm/30μm/15μm/9μm/6μm金刚石砂带对辊面超低孔隙率碳化钨涂层进行抛光，直至表面粗糙度达到Ra0.06μm。
8、将流延机主冷辊安装到喷砂转台上，使用180#棕刚玉砂对超低孔隙率碳化钨涂层主冷辊表面进行喷砂雾化处理，喷砂压力0.4MPa，砂粒流量150g/sec，喷砂后超低孔隙率碳化钨涂层辊表面粗糙度Ra0.1-0.12μm。
9、该产品装机后连续使用6个月，涂层外观正常，测涂层表面粗糙度Ra为0.115-0.118μm，没有流延析出物粘附辊面，在继续使用中。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1、检查辊基体，确保无孔洞、夹杂缺陷后进行清洗；
S2、采用高能超音速火焰喷涂技术，在喷涂前不对辊面进行喷砂处理，在超音速喷涂系统的送粉器中，接入惰性气体驱动碳化钨粉末颗粒成为高速高能粒子，在辊体表面喷涂上碳化钨涂层；
S3、将步骤S2中形成的碳化钨涂层磨削至合适尺寸，再进行抛光、喷砂雾化处理，使其涂层表面粗糙度Ra达到0.1-0.12μm。
2.根据权利要求1所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，步骤S2中采用空气助燃，在辊基体表面喷涂碳化钨涂层；其中，惰性气体压力范围为8-10MPa，添加量为400-600L/min，空气压力范围为1.0-1.2MPa，丙烯压力范围为0.8-0.9MPa，喷涂距离为175-200mm。
3.根据权利要求2所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，喷涂用碳化钨粉末粒度范围为5-38μm，送粉量范围为150±10g/min，工件基体温度小于120℃，喷涂时辊基体表面线速度为120-150m/min，喷涂的走枪压道为2-3mm/r。
4.根据权利要求1所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，步骤S2中采用氧气助燃，在辊基体表面喷涂碳化钨涂层；其中，惰性气体压力范围为8-10MPa，添加量为400-600L/min，氧气流量为1200-1500L/min，煤油流量为40-45L/min，喷涂距离为300-350mm。
5.根据权利要求4所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，喷涂用碳化钨粉末粒度范围为15-45μm，送粉量范围150±10g/min，工件基体温度小于120℃，喷涂时辊基体表面线速度120-150m/min，喷涂的走枪压道为2-3mm/r。
6.根据权利要求2或4所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，喷涂后碳化钨涂层厚度为0.17±0.01mm。
7.根据权利要求1所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，
步骤S2中涂层均匀性在±0.02毫米内，辊面跳动小于0.05毫米，涂层表面粗糙度Ra为1.6-2.0μm。
8.根据权利要求1所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，
步骤S2中，喷涂前，先使用高能超音速焰流对辊面进行预热，当辊体预热温度达到40℃时进行喷涂。
9.根据权利要求1所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，步骤S3中，磨削至涂层厚度为0.08-0.12毫米，涂层表面粗糙度Ra为0.6-0.8μm，抛光至表面粗糙度达到0.06μm；抛光后进行喷砂雾化处理，喷砂后碳化钨涂层辊面粗糙度Ra为0.1-0.12μm。
10.根据权利要求1所述利用高能超音速喷涂技术提高辊体使用寿命和使用性能的方法，其特征在于，步骤S1中辊基体为流延机主冷辊。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A method for improving the service life and performance of roller bodies using high-energy supersonic spraying technology Effective date of registration: 20230413 Granted publication date: 20211001 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Foshan branch Pledgor: Guangdong Yueke New Material Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980037949 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Granted publication date: 20211001 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Foshan branch Pledgor: Guangdong Yueke New Material Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980037949 |