CN111660207A - 粉末接触构件及粉末接触构件的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供粉末接触构件及粉末接触构件的表面处理方法，即使在与表面接触的粉末不仅是单个颗粒的形式而且是层的形式时，所述粉末接触构件也能够防止粉末的粘附，并且所述粉末接触构件具有高的流动性。本发明的粉末接触构件具有与粉末接触的表面并且在所述表面上进行表面处理，所述粉末接触构件的特征在于，所述表面的算术平均峰曲率Spc(1/mm)为150～400，所述表面的峰密度Spd(个/mm²)为10000～180000，所述表面的均方根梯度Sdq为0.05～0.30，并且所述表面的算术平均高度Sa(μm)为0.02～3.00。

Description

粉末接触构件及粉末接触构件的表面处理方法

技术领域

本发明涉及粉末接触构件(例如，料斗等)及粉末接触构件的表面处理方法，该粉末接触构件用于在处理粉末的供应、输送或测量的装置或设备中与粉末接触的部分，并且该粉末接触构件具有通过表面处理来防止粉末粘附并且粉末流动性得到改善的表面。

背景技术

粉末通常易于粘附到构件的与粉末接触的表面并在该表面上累积，从而引起了各种问题。例如，在反复供应储存在料斗中的预定量的粉末的情况下，当粉末粘附到料斗的表面并累积时，会出现如下的问题：粉末的流速变得不稳定，并且不能反复供应预定量的粉末。

为了应对上述问题，提出了用于解决由于上述的粉末粘附和累积而引起的问题的各种发明。

例如，日本专利第4064438号公开了一种涉及用于粉末处理设备的钢构件的发明，该钢构件通过在与粉末接触的钢表面上设置预定的突起和凹陷来增强使粉末从钢表面剥离并滑落的能力，从而防止粉末的粘附。具体地，公开了如下的用于粉末处理设备的钢构件：该钢构件具有与粉末接触的表面，该粉末包括平均粒径或平均外径为20μm以下的颗粒或颗粒聚集体。此外，在与粉末接触的表面上，形成有预定的突起和凹陷。突起和凹陷的间距小于构成粉末的颗粒或颗粒聚集体的平均粒径或平均外径，突起和凹陷的间距在1μm以下的范围内，并且突起和凹陷的高度与突起和凹陷的间距之间的比例为0.0005以上，使得颗粒或颗粒聚集体能够与突起进行点接触。

此外，日本专利申请公开第2015-189030号公开了一种涉及粉末粘附防止构件的发明，该粉末粘附防止构件即使在粉末的粒径小的情况下也能防止粉末的粘附。具体地，描述了一种具有如下结构的粉末粘附防止构件：其中，基体的至少一个表面具有微小的突起结构，该突起结构包括微小的突起组，在该突起组中，多个微小突起被紧密地设置，并且各个微小突起由具有树脂成分的硬化材料形成，相邻的微小突起之间的距离的平均值为500nm以下，当假定微小突起被与微小突起的深度方向正交的水平面切割时，形成微小突起的材料部分在水平截面中的截面面积占有率随着从微小突起的顶部接近微小突起的最深部分而逐渐地连续增加，并且当用半角法测量时，微小的突起结构一侧的表面上的纯水的静态接触角为60°以下。此外，关于待处理的粉末的粒径，公开2015-189030描述了粉末粘附防止构件适合用于粒径为0.1μm至30μm的粉末。

此外，日本专利申请公开第2017-119902号公开了一种涉及粉末粘附防止钛构件的发明，该粉末粘附防止钛构件能够在保持与粉末接触的表面的强度的同时防止粉末粘附。具体地，描述了一种包括表面层部分的粉末粘附防止钛构件，该表面层部分由氮化物、碳化物和碳氮化物中的任一者形成，而且该表面层部分具有比内部部分的硬度更高的硬度且具有与粉末接触的不平坦表面。该不平坦表面的算术平均粗糙度Ra为0.4μm以上且2.0μm以下，并且表面层部分的维氏硬度为400以上。此外，关于待处理的粉末，公开2017-119902在示例中描述了中位直径为1.5μm的银颗粒、中位直径为2.5μm的镍颗粒、中位直径为23μm的粉末涂料和中位直径为8μm的氧化铝。

日本专利申请公开第2017-128101号公开了一种涉及粉末粘附防止构件的发明，该粉末粘附防止构件能够在保持与粉末接触的表面的强度的同时防止粉末粘附。具体地，描述了一种包括如下膜的粉末粘附防止构件：该膜以镍为主要成分(可以进一步包含磷、硼、钨、钼和钴中的至少一者)，并且该膜具有与粉末接触的不平坦表面。该不平坦表面的算术平均粗糙度Ra为0.2μm以上且1.6μm以下，并且所述膜的维氏硬度为400以上。需要注意，公开2017-128101描述了所述膜可以包含显示出耐磨性的无机细颗粒或显示出润滑性的细颗粒，并且关于待处理的粉末，在示例中还描述了中位直径为1.5μm的银颗粒、中位直径为22.3μm的铜颗粒、中位直径为0.3μm的PTFE颗粒和中位直径为8μm的氧化铝颗粒。

然而，上述相关技术中描述的发明具有以下问题。

首先，专利4064438中描述的发明具有不能应用于尺寸大于20μm的粉末的问题。例如，食用面粉的尺寸约为30μm至40μm。

此外，公开2015-189030中描述的发明具有无机颗粒不是待处理的目标颗粒的问题。

公开2017-119902中描述的发明能够应用于由钛制成的构件，但是该发明具有不能应用于由SUS(不锈钢)制成的构件的问题，SUS通常用作粉末处理设备的材料。

公开2017-128101中描述的发明具有膜可能剥离并变成异物的问题。

此外，在专利4064438、公开2015-189030、公开2017-119902和公开2017-128101描述的各个发明中，与粉末接触的表面的形状是通过使用二维指数(二维粗糙度参数)确定的，所述二维指数表示与该表面正交的截面的不平坦状态。

当以Kotaro Iida等人的“通过冲击分离法测量颗粒与基板之间的粘附力.基板材料的表面粗糙度和类型的影响”(Measurement of the Adhesive Force betweenParticles and a Substrate by Means of the Impact Separation Method.Effect ofthe Surface Roughness and Type of Material of the Substrate)(Chem.Pharm.Bull.41(9)1621-1625(1993)https://www.jstage.jst.go.jp/article/cpb1958/41/9/41_9_1621/_pdf/-char/en)作为示例时，据报道，当算术平均粗糙度Ra(二维粗糙度参数)增大时，具有一定程度的粗糙度的平坦表面与单个颗粒之间的粘附力会急剧降低，并且随着Ra从特定数值增大，粘附力会逐渐降低。

同样在本发明中，与粉末接触的表面需要一定程度以上的二维粗糙度，因此，在将粉末视为单个颗粒的情况下，上述的各个现有技术具有降低粘附的效果。

然而，作为发明人进行的详尽研究的结果，已经发现，在实际处理粉末的位置处，粉末在粉末不是单个颗粒的形式而是层(颗粒层)的形式的状态下在料斗或溜槽上流动，因此，需要考虑颗粒层与接触表面(平坦表面)之间的表面接触，并且在考虑表面接触的情况下，现有论文和上述相关技术中通常使用的诸如线粗糙度参数(JISB0601)之类的二维指数(二维粗糙度参数)是不适当的。

发明内容

本发明要解决的技术问题

鉴于上述问题，作为稍后描述的详尽研究和研发的结果，通过将注意力集中在与粉末接触的表面的三维粗糙度参数(质地，换句话说，内在质量)上来做出本发明，并且本发明的目的是提供粉末接触构件及粉末接触构件的表面处理方法，即使在与表面接触的粉末不仅是单个颗粒的形式而且是层(颗粒层)的形式时，该粉末接触构件也能防止粉末粘附，并且该粉末接触构件具有高的流动性。

解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的粉末接触构件具有与粉末接触的表面，并且在所述表面上进行表面处理，所述粉末接触构件的特征在于，所述表面的算术平均峰曲率Spc(1/mm)为150～400，所述表面的峰密度Spd(个/mm²)为10000～180000，所述表面的均方根梯度Sdq为0.05～0.30，并且所述表面的算术平均高度Sa(μm)为0.02～3.00。

所述粉末接触构件可以由钢材料或陶瓷材料形成。

优选地，所述表面处理是喷砂工艺，然而，也可以是手工抛光(hand polishing)、研磨(lapping)、磨光(buffing)、CMP、激光加工、蚀刻和切割中的任一者。

根据本发明的具有与粉末接触的表面的粉末接触构件的表面处理方法包括：

对所述表面进行表面处理，使得所述表面的算术平均峰曲率Spc(1/mm)为150～400，所述表面的峰密度Spd(个/mm²)为10000～180000，所述表面的均方根梯度Sdq为0.05～0.30，并且所述表面的算术平均高度Sa(μm)为0.02～3.00。

在本发明的所述方法中，所述表面处理优选为喷砂工艺。

优选地，所述喷砂工艺中使用的磨料是：通过将磨粒分散到弹性材料中而获得的弹性磨料；或者通过将所述磨粒粘附到由所述弹性材料形成的芯部的表面而获得的弹性磨料。

可替代地，所述喷砂工艺中使用的磨料可以是金属基磨料或陶瓷基磨料。

所述喷砂工艺中使用的所述磨料的粒度优选为#30～#20000。

优选地，所述喷砂工艺中使用的所述磨料在喷射压力为0.01～0.5MPa且喷射距离为50～150mm的情况下被喷射。

除了所述喷砂工艺之外，所述表面处理还可以是手工抛光、研磨、磨光、CMP、激光加工、蚀刻和切割中的任一者。

本发明的效果

上述的本发明的粉末接触构件包括具有预定的三维粗糙度参数的表面(质地)，由此粉末接触构件的优点在于，不仅在表面上的粉末是单个颗粒形式的情况下，而且在粉末是颗粒层形式(层形式)的情况下，都能够有效地防止粘附，改善表面上的流动性，并且针对粉末接触构件的粉末的粒度范围能够广泛地应用。

此外，通过使用现有手段，能够执行用于形成具有本发明中定义的三维粗糙度参数的表面(质地)的表面处理，并且可以在短时间内容易地进行处理。

此外，本发明的优点在于，本发明能够应用于粉末接触构件，而与粉末接触构件的材料或形状无关，并且本发明甚至还能够应用于现有产品(粉末接触构件)(仅需要通过表面处理形成具有本发明中定义的三维粗糙度参数的表面)。

此外，本发明的优点在于，不需要在表面上形成膜，即，不需要重新形成可能会引起异物混合的物质。

具体实施方式

在下文中，将描述本发明的实施方式。

本发明通过对粉末接触构件的与粉末接触的表面进行表面处理来形成稍后描述的具有预定的三维粗糙度参数的表面(质地)，以防止粉末的粘附。

本发明的粉末接触构件没有特别地限制，只要粉末接触构件用于在处理粉末的供应、输送和测量的装置或设备中与粉末接触的部分(例如，料斗或溜槽)即可。此外，粉末接触构件可以由例如金属或陶瓷形成。

金属的示例包括不锈钢、钛合金、铝合金、镍基合金和各种铁合金，并且陶瓷的示例包括氧化锆、氧化铝、碳化硅、石英和玻璃。

此外，如上所述，为了提高防止粉末粘附到粉末接触构件上的效果，本发明人集中研究了与粉末接触的表面的三维粗糙度参数，并进行了详尽研究。基于由此获得的知识，已经发现，在粉末接触构件的表面(质地)上，与以颗粒层形式(层形式)存在的粉末的接触点的数量少，并且颗粒层的流动可以通过在颗粒层与所述表面之间设置空气层能够存在的空间而得到改善。

此外，然而，已经发现，当颗粒层和平坦表面彼此接触的点的曲率高或尖锐时，颗粒层容易卡在该点的尖端上，因此需要一定程度的圆度(曲率)。此外，已经发现，当表面(质地)上的峰的梯度陡峭时，摩擦阻力趋于增加，因此该梯度需要一定程度的柔和度。此外，然而，已经发现，当梯度非常适度或过于适度时，在颗粒层与表面(质地表面)之间无法存在空气层，因此该梯度需要具有特定范围内的值。

作为基于上述知识的详尽研究的结果，已经发现，与粉末接触的表面(质地)具有预定的三维粗糙度参数，即，从防止粉末粘附的观点出发，优选地，表面的算术平均峰曲率Spc为150～400，表面的峰密度Spd为10000～180000，表面的均方根梯度Sdq为0.05～0.30，并且表面的算术平均高度Sa为0.02～3.00。

需要注意，算术平均峰曲率Spc(单位：1/mm)是表示表面上的各峰的主曲率的平均值的参数(即，将目标表面上的微小突起和凹陷的状态评估为各峰的曲率的平均值)，并且算术平均峰曲率Spc在ISO25178中被定义。

峰密度Spd是表示每单位面积的峰数量的参数，并在ISO25178中被定义。当Spd(单位：个/mm²)的值大时，通常暗示着与另一个物体的接触点的数量大。

均方根梯度Sdq是根据限定区域中所有点处的梯度的均方根而计算的参数(即，对应于通过将粗糙度曲线上的均方根梯度Rdq应用于表面而获得的参数)，并且均方根梯度Sdq在ISO25178中被定义。

算术平均高度Sa(单位：μm)是表示表面的各个点与平均表面之间的高度差的绝对值的平均值的参数(即，对应于通过将粗糙度曲线的算术平均高度Ra应用于表面而获得的参数)，并且算术平均高度Sa在ISO25178中被定义。

上述单位与本说明书中描述的三维粗糙度参数的单位相同。

接下来，将描述用于形成上述本发明的表面(质地)的表面处理方法。需要注意，在本发明中，可以使用各种表面处理方法。

首先，本发明中使用的表面处理的示例包括喷砂工艺。

在喷砂工艺中，通过使用下述的一种或多种磨料来形成上述本发明的具有预定的三维粗糙度参数的表面(质地)。

可以使用各种磨料作为喷砂工艺中使用的磨料，例如，适当地使用金属基磨料、陶瓷基磨料和弹性磨料。

具体地，金属基磨料的材料示例包括钢、高速钢、不锈钢和铁铬硼，并且陶瓷基磨料的材料示例包括氧化铝、氧化锆、锆石、碳化硅和玻璃。

弹性磨料包括：通过将磨粒分散到诸如橡胶或弹性体[株式会社不二制作所制造的“SIRIUS”(注册商标)]之类的弹性主体(基体材料)中而获得的弹性磨料；或者通过使弹性主体的表面带有磨粒而获得的弹性磨料[株式会社不二制作所制造的“SIRIUS Z”(注册商标)]。需要注意，通过使弹性主体的表面带有磨粒而获得的弹性磨料也可以是通过将磨粒粘附并固定到具有自粘性的弹性主体的表面而获得的弹性磨料。可替代地，通过使弹性主体的表面带有磨粒而获得的弹性磨料还可以是通过在将粘合剂涂到弹性主体的表面上之后，将磨粒粘附并固定到弹性主体的表面而获得的弹性磨料。

此外，作为上述的通过将磨粒分散到弹性主体(基体材料)中而获得的弹性磨料，可以使用下列磨料：例如，通过将10～90wt％的磨粒混合并分散到90～10wt％的用作弹性主体的基体材料中而获得的弹性磨料；通过将70wt％以上的磨粒混合到基体材料中而获得的弹性磨料；以及通过将诸如染料或颜料之类的着色材料进一步添加并混合到上述的各弹性磨料中而获得的弹性磨料，或者除了着色材料之外，通过将荧光着色剂和/或芳香剂及抗菌剂添加并混合到上述的各弹性磨料中而获得的弹性磨料。

此外，作为上述的通过使弹性体的表面带有磨粒而获得的弹性磨料，例如可以使用下列弹性磨料：包括芯部和磨粒层的弹性磨料，芯部具有30以下的橡胶硬度且具有预定粒径，并且芯部由具有自粘性的交联聚轮烷化合物制成，磨粒层被形成在芯部的表面上，并且磨粒层具有多个磨粒的砌体结构，所述磨粒具有0.1μm至12μm的平均粒径并且在厚度方向上通过交联聚轮烷化合物彼此接合；芯部的压缩永久变形在5％以下并且1Hz至100kHz(tanδ)的振动吸收特性为0.3以上的弹性磨料；磨粒层的厚度比弹性磨料的短轴的1/4更小的弹性磨料；芯部的橡胶硬度为10以下的弹性磨料；芯部的压缩永久变形在1％以下的弹性磨料；通过使选自聚碳酸酯二醇和丙烯酸酯共聚物之中的一种化合物与聚轮烷交联来获得交联聚轮烷化合物的弹性磨料；通过使用包含异氰酸酯化合物的交联剂使交联聚轮烷化合物交联的弹性磨料；通过使聚乙二醇穿过α-环糊精分子的开口并将金刚烷基团偶联至聚乙二醇的每个末端来获得聚轮烷的弹性磨料；用聚已内酯基团取代α-环糊精分子的羟基基团的一部分的弹性磨料；以及将硅烷偶联剂混合到交联聚轮烷化合物中的弹性磨料。

上述磨料的形状没有特别地限制，并且可以使用球形磨料或具有不规则形状的磨料。关于磨料的尺寸，适合使用尺寸落在#30(500μm至600μm，JIS R 6000-1 2017筛析试验，筛分三级+第四级)至#20000[0.5μm(中位直径D50)：通过激光衍射散射法进行测量(测量设备：麦奇克拜尔公司制造的Microtrac X100)]的范围内的磨料。

此外，在用作本发明的表面处理的喷砂工艺中，适合使用压缩气体式喷砂设备。

通过使用压缩气体(空气、氩气或氮气)的能量，压缩气体式喷砂设备利用喷嘴朝向工件喷射磨料(介质)以进行处理。

压缩气体式喷砂设备的示例包括：吸入式喷砂设备，其利用压缩气体喷射而产生的负压来吸入磨料，并将磨料与压缩空气一起喷射(示例：株式会社不二制作所制造的SFK-2)；重力式喷砂设备，其利用运载磨料的压缩空气喷射从罐中掉落的磨料(示例：株式会社不二制作所制造的SGF-4)；直压式喷砂设备，其中，将压缩空气供应到装有磨料的罐中，通过额外提供的压缩空气的流动来运载由罐中的压缩空气输送的磨料，并且从喷枪中喷出磨料(示例：株式会社不二制作所制造的FDQ-2)；以及鼓风机式喷砂设备，其中，通过鼓风机单元产生直压式压缩气体并喷射直压式压缩气体(示例：株式会社不二制作所制造的LDQ-2)。

关于在使用上述喷砂设备的情况下的喷砂喷射条件，作为示例，喷射压力优选为0.04MPa至0.6MPa，并且喷射距离优选为50mm至150mm。

此外，作为本发明的表面处理，也可以使用除了上述喷砂工艺之外的表面处理方法，并且具有在本发明中定义的三维粗糙度参数的表面形状(质地)可以通过使用例如各种抛光工艺(手工抛光、研磨、磨光和CMP(化学机械抛光))、激光加工、蚀刻和切割而被形成。

实际上，具有在本发明中定义的三维粗糙度参数的表面是通过对与粉末接触的表面进行表面处理而被形成的，并且进行防止粉末粘附到表面的效果的判定试验。判定试验的结果如下所示。

关于试验方法，对用作试验目标的各工件(实施例1至4)进行表面处理，从而形成了本发明的具有预定的三维粗糙度参数的表面，然后观察防止粉末粘附到表面的效果。

需要注意，关于表面处理之后的表面粗糙度的测量方法，在本实施例中，使用形状分析激光显微镜(基恩士公司制造的VK-X250)以1000倍的测量倍率进行测量。随后，使用该激光显微镜提供的分析软件“多文件分析应用程序VK-H1XM”对测量数据进行粗糙度分析。关于分析，首先，使用“图像处理”功能进行基准表面设置(基准表面设置利用最小二乘法从高度数据创建基准表面的高度为零的表面)，然后，在表面粗糙度模式下计算三维粗糙度参数。

在下面示出的第一个至第四个表格中总结了针对各工件的对工件进行的表面处理的内容、表面的粗糙度参数、用于确定是否防止粉末粘附的粉末类型、以及观察结果(效果)。

实施例1的内容和观察结果

工件	食品生产线用的料斗(材料：SUS304)
		工件尺寸	内径470mm，高度410mm
粉末	面粉
		粒径	37μm
处理方法	喷砂工艺
		粗糙度参数	Sa＝1.5Spc＝180Spd＝27678Sdq＝0.147
效果	减少了对料斗的粘附。

实施例2的内容和观察结果

实施例3的内容和观察结果

实施例4的内容和观察结果

如第一个至第四个表格所示，在通过表面处理形成本发明的具有预定的三维粗糙度参数的表面的工件(粉末接触构件)中，观察到防止粉末粘附的效果。

因此，以下最广义的权利要求并不针对以特定方式构造的机器。相反，所述最广义的权利要求旨在保护该突破性发明的核心或本质。本发明明显是新的且有用的。此外，当整体考虑时，鉴于相关技术，在做出本发明时本发明对于本领域普通技术人员而言并不是显而易见的。

此外，鉴于本发明的革命性，这明显是一项开创性发明。正因如此，根据法律，有权对以下权利要求进行非常广义的解释，以便保护本发明的核心。

因此，可以看出，有效地获得了上述目的和根据前述描述显而易见的目的，并且由于在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述结构进行某些改变，因此前述描述中所包含的或附图中所示的所有事项都应被解释为说明性的而不是限制性的。

还需要理解，以下权利要求旨在涵盖本文中所述的本发明的所有一般和特定特征、以及在语言上可以说落入这些特征之中的本发明的范围的所有陈述。

现在已经描述了本发明。

Claims (13)

1.一种粉末接触构件，其具有与粉末接触的表面，并且在所述表面上进行表面处理，其中

所述表面的算术平均峰曲率Spc(1/mm)为150～400，所述表面的峰密度Spd(个/mm²)为10000～180000，所述表面的均方根梯度Sdq为0.05～0.30，并且所述表面的算术平均高度Sa(μm)为0.02～3.00。

2.根据权利要求1所述的粉末接触构件，其中

所述粉末接触构件由钢材料形成。

3.根据权利要求1所述的粉末接触构件，其中

所述粉末接触构件由陶瓷材料形成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的粉末接触构件，其中

所述表面处理是喷砂工艺。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的粉末接触构件，其中

所述表面处理是手工抛光、研磨、磨光、CMP、激光加工、蚀刻和切割中的任一者。

6.一种粉末接触构件的表面处理方法，所述粉末接触构件具有与粉末接触的表面，所述方法包括：

对所述表面进行表面处理，使得所述表面的算术平均峰曲率Spc(1/mm)为150～400，所述表面的峰密度Spd(个/mm²)为10000～180000，所述表面的均方根梯度Sdq为0.05～0.30，并且所述表面的算术平均高度Sa(μm)为0.02～3.00。

7.根据权利要求6所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述表面处理是喷砂工艺。

8.根据权利要求7所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述喷砂工艺中使用的磨料是：通过将磨粒分散到弹性材料中而获得的弹性磨料；或者通过将所述磨粒粘附到由所述弹性材料形成的芯部的表面而获得的弹性磨料。

9.根据权利要求7所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述喷砂工艺中使用的磨料是金属基磨料或陶瓷基磨料。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述喷砂工艺中使用的所述磨料的粒度为#30～#20000。

11.根据权利要求7～9中任一项所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述喷砂工艺中使用的所述磨料在喷射压力为0.01～0.5MPa且喷射距离为50～150mm的情况下被喷射。

12.根据权利要求10所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述喷砂工艺中使用的所述磨料在喷射压力为0.01～0.5MPa且喷射距离为50～150mm的情况下被喷射。

13.根据权利要求6所述的粉末接触构件的表面处理方法，其中

所述表面处理是手工抛光、研磨、磨光、CMP、激光加工、蚀刻和切割中的任一者。