CN112593179A - 一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法。本发明按照下述步骤进行：第一：采用超音速火焰喷涂工艺，将低熔点Ni基合金粉末喷射到导辊表面，形成一层致密的涂层；第二：采用氧乙炔火焰喷枪对经第一步超音速火焰喷涂工艺喷涂后的导辊进行加热；第三：采用激光光束对经第一和第二步骤后的导辊表面涂层进行扫描照射，激光扫描功率为2.5～4KW,扫描速度为200～400mm/min。调节到刚好使表面涂层完全熔化。本发明能大幅提高导辊的使用寿命。其使用寿命是镀硬铬工艺和等离子喷涂工艺的2‑3倍；与离子注入和气相沉积工艺寿命相当，但制造成本却只有其1/3。

Description

一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法
技术领域
本发明涉及锂电池涂布机领域，更具体的说，是涉及一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法。
背景技术
锂电池涂布机工作时通过涂布机的涂布装置把浆料均匀涂敷在铜箔或者铝箔上。涂布机的工作流程：将成卷的基材，如：铝箔、铜箔等，涂上一层特定功能的涂料等，经烘干后收卷。导辊是电池涂布机的主要部件，使用导辊完成对极片的辊压，可以提高电池的储能等各项指标。涂布过程中，对导辊的技术要求很高，要求辊面的同轴度≤0.005mm，表面粗糙度达到Ra0.05。由于电池极片表面存在特殊的酸性介质，导辊的磨损和腐蚀都相当严重。最早多采用耐热不锈钢材料制造，能部分解决工件的防腐问题，但磨损问题不能解决，因此使用寿命很低。
采用普通钢辊表面镀硬铬工艺，虽然提高了表面的硬度，使用寿命有一定的提高，但仍不理想。采用高能等离子设备对工件表面喷涂陶瓷材料，大幅提高了表面的耐磨性，解决了工件的磨损问题，耐蚀性能也有了一定的提高。但是由于喷涂层存在一定的空隙率(2％-3％)，使用一段时间后，工作时的腐蚀介质会逐步侵入到基体，工件的表面会出现许多微小的麻点，表面粗糙度就达不到要求了，耐腐蚀性不能满足要求，寿命一般只有几个月。
采用真空离子注入工艺和气相沉积工艺在导辊表面生成一层类金刚石涂层，能显著提高导辊的耐磨性和耐蚀性，能够满足使用要求。但这两种工艺有一个共同的特点，就是需要大型的真空炉设备和炉内调节装置，工艺费用很高。
目前提高导辊表面耐磨性和耐蚀性的主要方法有镀硬铬、等离子喷涂或超音速喷涂陶瓷材料、真空离子注入和气相沉积等。镀硬铬方法能显著提高导辊表面的耐磨性，但耐蚀性不能满足要求；等离子和超音速喷涂陶瓷材料耐磨性耐蚀性都得到了很大提高，但由于喷涂层存在一定的孔隙率，长时间使用后，酸性介质会通过这些空隙侵蚀基体，影响了导辊的使用寿命。真空离子注入和气相沉积工艺虽然能够解决导辊的磨损和腐蚀问题，但需要大型的真空炉设备，制造成本很高。
发明内容
本发明的目的是，克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法。
本发明一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法，按照下述步骤进行：
第一步骤：采用超音速火焰喷涂工艺，将低熔点Ni基合金粉末喷射到导辊表面，形成一层致密的涂层；超音速火焰喷涂(简称HVOF)是利用可燃气体在氧气助燃下释放的化学能为热源；
第二步骤：采用氧乙炔火焰喷枪对经第一步超音速火焰喷涂工艺喷涂后的导辊进行加热，氧乙炔火焰喷枪是利用氧气和乙炔气体燃烧产生的热能对工件进行加热的一种装置；
第三步骤：采用激光光束对经第一和第二步骤后的导辊表面涂层进行扫描照射，激光扫描功率为2.5～4KW,扫描速度为200～400mm/min。调节到刚好使表面涂层完全熔化。
采用本发明的工艺方法，在锂电池涂布机导辊表面熔覆一层低熔点Ni基合金粉末涂层，激光熔覆层的硬度为Hv900—Hv1000，激光熔覆层的厚度为1.0mm—1.1mm。该涂层具有很好的耐磨性和耐蚀性，能大幅提高导辊的使用寿命。其使用寿命是镀硬铬工艺和等离子喷涂工艺的2-3倍；与离子注入和气相沉积工艺寿命相当，但制造成本却只有其1/3。
具体实施方式
激光熔覆工艺是近些年来应用较广的一项技术，激光熔覆是指在激光束照射下，被选择的涂层材料以不同的添料方式在被熔覆基体表面上快速熔化、凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等工艺相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等特点，因此被广泛应用。
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种表面改性新技术。利用激光将基体表面上的合金粉末熔化，同时使基体表层发生微熔，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体形成冶金结合的表面涂层，能显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。
激光熔覆按熔覆材料的制备方式分类基本上可已分为两大类，即同步式激光熔覆和预置式激光熔覆。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。
预置式激光熔覆工艺的优点是：首先按照设计要求将合金粉末喷涂或涂覆到导棍的表面，然后再进行激光熔覆。在激光熔覆时可以使熔覆速度提高，减少工件的变形并降低工件的残余内应力，有效控制涂层的厚度和均匀性。
本发明采用预置式激光熔覆工艺，在锂电池导辊表面制备一层耐磨耐蚀涂层。主要有三个工艺步骤。
第一步骤采用超音速火焰喷涂工艺，将低熔点Ni基合金粉末喷射到导辊表面，形成一层致密的涂层。超音速火焰喷涂(简称HVOF)是利用可燃气体在氧气助燃下释放的化学能为热源。燃气在特殊结构的喷涂枪中形成的超音速焰流使喷涂粉末以熔融状态高速撞击到工件表面并制备出涂层。之所以选择超音速火焰喷涂工艺，是因为该工艺能有效的使用动能并控制热输出，得到的涂层致密性好、空隙率小、涂层和基体的结合强度高。
超音速火焰喷涂工艺得到的涂层虽然致密性好，孔隙率低，但是仍然有大约2％-3％的孔隙率，正是由于有这些空隙的存在，不能满足涂布机导辊的耐蚀性要求，因此需要对涂层进行再处理，去除空隙得到完全致密的涂层。
第二步骤采用氧乙炔火焰喷枪对经第一步超音速火焰喷涂工艺喷涂后的导辊进行加热。氧乙炔火焰喷枪是利用氧气和乙炔气体燃烧产生的热能对工件进行加热的一种装置。加热的目的就是提高整个导辊的温度，即能提高第三步激光的扫描速度，又能避免由于激光加热速度和冷却速度过快而使涂层产生裂纹。第二步应该紧接着第一步进行，因为经第一步喷涂后，导辊已经吸收了一定的热能，温度特别是表面温度已经升高，紧接着进行第二步预热能够避免导辊的温度下降，即能节约能源又能减少预热时间。
第三步骤采用激光光束对经第一和第二步骤后的导辊表面涂层进行扫描照射，激光功率和扫描速度调节到刚好使表面涂层完全熔化为好。第三步要在第二步完成后迅速进行，避免间隔时间过长导辊的温度下降而产生裂纹。

Claims (1)

1.一种提高锂电池涂布机导辊表面耐磨性和耐蚀性的方法，其特征是，按照下述步骤进行：
第一步骤：采用超音速火焰喷涂工艺，将低熔点Ni基合金粉末喷射到导辊表面，形成一层致密的涂层；超音速火焰喷涂(简称HVOF)是利用可燃气体在氧气助燃下释放的化学能为热源；
第二步骤：采用氧乙炔火焰喷枪对经第一步超音速火焰喷涂工艺喷涂后的导辊进行加热，氧乙炔火焰喷枪是利用氧气和乙炔气体燃烧产生的热能对工件进行加热的一种装置；
第三步骤：采用激光光束对经第一和第二步骤后的导辊表面涂层进行扫描照射，激光扫描功率为2.5～4KW,扫描速度为200～400mm/min，调节到刚好使表面涂层完全熔化。
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