CN113699478A - 一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查；(2)对轧辊表面进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理；(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成碳化钨涂层；(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其是一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法。
背景技术
随着科学研究和工业应用的深入和发展，表面工程技术一般分为表面涂镀技术、表面扩渗技术和表面处理技术三个领域。表面涂镀技术是将液态涂料涂敷在材料表面，或者将镀料原子沉积在材料表面，从而获得晶体结构、化学成分和性能有别于基体材料的涂层或镀层，此类技术有涂装、堆焊、热喷涂、电镀、化学镀和气相沉积等；表面扩渗技术是将原子渗入(或离子注入)基体材料的表面，改变基体表面的化学成分，从而达到改变其性能，它主要包括化学热处理、阳极氧化、表面合金化和离子注入等；表面处理技术是通过加热或机械处理，在不改变材料表层化学成分的情况下，使其结构发生变化，从而改变其性能，常用的表面处理技术包括表面淬火、激光重熔和喷丸等。
在近20年来，火焰喷涂技术作为一种新的表面防护和表面强化工艺，已成为金属表面工程领域中一个十分活跃的分支。火焰喷涂是一种以气体燃料或液体燃料在氧气或空气助燃形成具有一定喷射速度的燃烧火焰作为热源，将金属或非金属等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，并在高速气流的推动下形成雾流，以高速喷射到经过预处理的基体表面上，喷射的微小熔融颗粒撞击在基体上时，产生塑性变形，成为片状叠加沉积，形成涂层的工艺方法。根据燃烧火焰的性质，火焰喷涂技术可以分为普通火焰喷涂技术、超音速火焰喷涂技术和爆炸喷涂技术；根据喷涂材料的形态，火焰喷涂技术又可以分为粉末火焰喷涂技术、线材火焰喷涂技术和棒材火焰喷涂技术。
目前，锂电池极片一般采用对辊机连续辊压压实，在此过程中，两面涂敷颗粒涂层的极片被送入两辊的间隙中，在轧辊线载荷作用下涂层被压实，极片各部必须均匀一致，厚度差在几微米以内，因此要求轧辊必须具备极高的硬度、极高的硬度均匀性、较高的抵抗外物挤压变形的能力。现有技术中，国内外的锂电池生产厂家辊压线速度通常以每分钟几米到每分钟几十米的速度发展，轧制力50-200吨之间，因此对轧辊的要求越来越高。虽然，现有锻打合金钢轧辊硬度可以达到HRC62以上，但是锂电池的正极材料和负极材料在烘干中单个组成颗粒非常硬，由于轧制力大，轧辊长时间连续工作后，辊面产生疲劳层，特别是正极极片通过涂层颗粒的持续挤压，会在辊面上留下轻微的压痕，轧辊表面质量不断下降，一般使用25-30天左右会比较严重，当压痕严重到一定程度时影响极片质量必须换辊，以避免影响电池极片表面；同时，一些极片材料会和合金钢中一些成分形成电化学腐蚀也加快了辊面质量的下降。然而，由于换辊磨削极为复杂，更换、磨修精度要求高，时间浪费大，维修费用较高，而且轧辊修磨5-12次后，轧辊表面的硬化层被去除，从而导致轧辊报废。因此，在锂电池生产行业，如何有效提高轧辊表面的耐磨性以及使用寿命成为迫在眉睫需要攻克的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的情况，提供一种设计合理，工艺简单，能够有效提高轧辊表面耐磨性以及使用寿命的在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.82-0.95MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.8-1.2微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.1-0.5毫米的碳化钨涂层；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度小于或者等于0.05微米。
作为优选，步骤(5)中精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.1-0.3毫米。
作为优选，步骤(5)中精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值小于或者等于0.02毫米。
作为优选，步骤(4)中碳化钨涂层的孔隙率小于或者等于0.5％。
作为优选，步骤(4)中各气体通过多孔陶瓷片以0.85-0.92MPa的压力输入燃烧室。
作为优选，步骤(4)中碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加铬和/或镍经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成。
作为优选，所述碳化钨粉末中钨占总重量的64-81％，碳占总重量的8-14％，钴占总重量的7-12％，铬占总重量的0-12％，镍占总重量的0-4％。
作为优选，步骤(4)中碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍或者镍铬合金进行混合研磨而成。
作为优选，所述碳化钨粉末中碳化钨占总重量的88-91％，镍或者镍铬合金占总重量的0-4％，钴铬占总重量的5-12％。
作为优选，步骤(2)中所述的除油除杂净化为采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗轧辊表面3-5遍进行油脂去除。
作为优选，步骤(1)中对锂电池生产用轧辊表面还可以进行光学显微镜取样观察、扫描电镜取样观察、表面粗糙度检测中的一种或多种。
本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)相比HVOF，本发明火焰温度低，速度高，碳化钨粒子脱碳少；
(2)火焰速度极快，焰流速度为7倍音速以上，由于速度快，粉末粒子携带强大的动能打击在轧辊表面，使得涂层致密度极高，孔隙率小；在粒子打击在轧辊表面的瞬间，动能几乎全部转化为热能，能够使得粒子再一次获得加热机会，部分补偿了焰流温度，粒子高速飞行使得涂层结合机理更偏重于机械锚固结合，显著提高涂层与轧辊表面结合强度；
(3)本发明采用粗磨毛化处理替代传统喷砂处理，不仅使得轧辊表面获得一定的清洁度，而且能够更好的控制表面粗糙度，使其机械性能得到改善，增加了涂层附着力，提高了涂层防腐性，延长了涂层的耐久性；
(4)碳化钨的含量对涂层的组织结构、孔隙率和硬度产生重要影响，但随着碳化钨含量的增高，材料流失由基体塑性变形为主转变为碳化钨硬质相的脆性断裂为主，本发明通过严格控制高韧性镍或镍铬合金的添加比例，使其能够对碳化钨起支撑保护作用，弥散分布的硬质相提高涂层与基体结合强度，改善了涂层的耐磨性和耐腐性能。
(5)除化学成份对涂层性能有重要影响外，粉末的粒度大小极大程度的影响到喷涂稳定性，因此本发明严格控制碳化钨粉末的粒径为0.8-1.2微米。
本发明能够显著提高轧辊表面硬度、耐磨损能力和耐高温性能，涂层含氧量接近真空喷涂，涂层致密化程度高，韧性好，防护寿命长；喷涂后外观表面均匀、光滑，具有优良的防脱落性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明在锂电池生产用轧辊表面制备的碳化钨涂层金相图像；
图2为本发明在锂电池生产用轧辊表面制备的碳化钨涂层显微硬度杯突试验图像；
图3为本发明在锂电池生产用轧辊表面制备的碳化钨涂层显微硬度测试图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些例子。以下所述仅为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1-3之一所示，本发明在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.82-0.95MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.8-1.2微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.1-0.5毫米的碳化钨涂层；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度小于或者等于0.05微米。
作为优选，步骤(5)中精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.1-0.3毫米。
作为优选，步骤(5)中精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值小于或者等于0.02毫米。
作为优选，步骤(4)中碳化钨涂层的孔隙率小于或者等于0.5％。
作为优选，步骤(4)中各气体通过多孔陶瓷片以0.85-0.92MPa的压力输入燃烧室。
作为一种实施方式，步骤(4)中所述的碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加铬和/或镍经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成。
作为优选，所述碳化钨粉末中钨占总重量的64-81％，碳占总重量的8-14％，钴占总重量的7-12％，铬占总重量的0-12％，镍占总重量的0-4％。
作为另一种实施方式，步骤(4)中碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍或者镍铬合金进行混合研磨而成。
作为优选，所述碳化钨粉末中碳化钨占总重量的88-91％，镍或者镍铬合金占总重量的0-4％，钴铬占总重量的5-12％。
作为优选，所述碳化钨粉末是由包括但不限于欧瑞康美科公司生产的WC-10Co4Cr、北京矿冶研究总院生产的WC-10Co4Cr、临沂鑫亿源焊接材料有限公司生产的WC-10Co4Cr、清河县球冠焊接材料有限公司生产的WC-10Co4Cr、自贡长城硬面材料有限公司生产的WC-10Co4Cr以及南宫市锐腾合金制品有限公司生产的WC-10Co4Cr中的两种以上复配形成复合粉末后，按比例添加镍或者镍铬合金进行混合研磨而成。
作为优选，步骤(2)中所述的除油除杂净化为采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗轧辊表面3-5遍进行油脂去除。
作为优选，步骤(1)中所述的检查手段包括但不限于肉眼观察、光学显微镜取样观察、扫描电镜取样观察、表面粗糙度检测中的一种或多种。
本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)相比HVOF，本发明火焰温度低，碳化钨粒子脱碳少；
(2)火焰速度极快，焰流速度为7倍音速以上，由于速度快，粉末粒子携带强大的动能打击在轧辊表面，使得涂层致密度极高，孔隙率小；在粒子打击在轧辊表面的瞬间，动能几乎全部转化为热能，能够使得粒子再一次获得加热机会，部分补偿了焰流温度，粒子高速飞行使得涂层结合机理更偏重于机械锚固结合，显著提高涂层与轧辊表面结合强度；
(3)本发明采用粗磨毛化处理替代传统喷砂处理，不仅使得轧辊表面获得一定的清洁度，而且能够更好的控制表面粗糙度，使其机械性能得到改善，增加了涂层附着力，提高了涂层防腐性，延长了涂层的耐久性；
(4)碳化钨的含量对涂层的组织结构、孔隙率和硬度产生重要影响，但随着碳化钨含量的增高，材料流失由基体塑性变形为主转变为碳化钨硬质相的脆性断裂为主，本发明通过严格控制高韧性镍或镍铬合金的添加比例，使其能够对碳化钨起支撑保护作用，弥散分布的硬质相提高涂层与基体结合强度，改善了涂层的耐磨性和耐腐性能。
(5)除化学成份对涂层性能有重要影响外，粉末的粒度大小极大程度的影响到喷涂稳定性，因此本发明严格控制碳化钨粉末的粒径为0.8-1.2微米。
在锂电池生产行业，锂电池生产用轧辊通常采用锻打的合金钢制备，辊面硬度HRC60-63，一般连续使用30天或30-45万米需要重新磨修，磨修5-7次轧辊基体报废。
实施例1
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗3遍进行除油除杂净化后， 采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理， 得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.82MPa的压力输入燃烧室， 经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰， 采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.8-0.9微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面， 迅速冷却凝固， 形成厚度为0.3毫米的碳化钨涂层；
其中，
所述碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加铬经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成；
所述碳化钨粉末中钨占总重量的64％， 碳占总重量的14％， 钴占总重量的12％，铬占总重量的10％。
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.02微米， 或精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.02毫米。
该实施例经检测得出， 碳化钨涂层的孔隙率为0.5％， 精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.2毫米， 轧辊两端的径向圆跳动量小于2微米。
实施例2
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法， 其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗3遍进行除油除杂净化后， 采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理， 得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.85MPa的压力输入燃烧室， 经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰， 采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.8-0.9微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.3毫米的碳化钨涂层；
其中，
所述碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍进行混合研磨而成；
所述碳化钨粉末中碳化钨占总重量的88％，镍占总重量的0％，钴铬占总重量的12％；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.02微米，或精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.02毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.5％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.2毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于2微米。
实施例3
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗4遍进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.9MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.9-1.0微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.4毫米的碳化钨涂层；
其中，
所述碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加镍经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成；
所述碳化钨粉末中钨占总重量的81％，碳占总重量的8％，钴占总重量的7％，镍占总重量的4％。
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.01微米，和精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.02毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.4％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.3毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于3微米。
实施例4
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗4遍进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.91MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.9-1.0微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.4毫米的碳化钨涂层；
其中，所述碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍进行混合研磨而成；
所述碳化钨粉末中碳化钨占总重量的91％，镍占总重量的4％，钴铬占总重量的5％；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.01微米，和精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.02毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.4％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.3毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于3微米。
实施例5
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗5遍进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.92MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为1.0-1.1微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.5毫米的碳化钨涂层；
其中，所述碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加铬和镍经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成；
所述碳化钨粉末中钨占总重量的72％，碳占总重量的11％，钴占总重量的12％，铬占总重量的3％，镍占总重量的2％。
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.01微米，或精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.01毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.3％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.3毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于1微米。
实施例6
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗5遍进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.95MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为1.0-1.1微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.5毫米的碳化钨涂层；
其中，所述碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍铬合金进行混合研磨而成；
所述碳化钨粉末中碳化钨占总重量的90％，镍占总重量的2％，铬占总重量的1％，钴铬占总重量的7％；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.01微米，或精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.01毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.3％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.3毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于1微米。
实施例7
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗5遍进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.93MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为1.1-1.2微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.5毫米的碳化钨涂层；
其中，所述碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加铬和镍经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成；
所述碳化钨粉末中钨占总重量的75％，碳占总重量的10％，钴占总重量的8％，铬占总重量的3％，镍占总重量的4％。
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.02微米，或精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.01毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.3％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.3毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于2微米。
实施例8
一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗5遍进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.94MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为1.1-1.2微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.5毫米的碳化钨涂层；
其中，所述碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍铬合金进行混合研磨而成；
所述碳化钨粉末中碳化钨占总重量的91％，钴铬占总重量的6％，镍占总重量的2％，铬占总重量的1％；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度为0.02微米，或精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值为0.01毫米。
该实施例经检测得出，碳化钨涂层的孔隙率为0.3％，精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.3毫米，轧辊两端的径向圆跳动量小于2微米。
采用本发明上述方法在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层后，获得的主要技术参数如表1所示：
表1本发明在轧辊表面制备碳化钨涂层获得的主要技术参数
| 序号 | 项目 | 技术描述 | 参数 |
| 1 | 轧辊主体尺寸(mm) | 根据客户规格 | |
| 2 | 轧辊表面硬度 | HRC | >66 |
| 3 | 轧辊表面粗糙度 | Ra | ＜0.08um |
| 4 | 喷涂材料 | 碳化钨粉末粒径 | 0.8-1.2um |
| 5 | 喷涂材料厚度 | 碳化钨涂层 | 0.3-0.5mm |
| 6 | 喷涂修磨后厚度 | / | 0.2-0.3mm |
| 7 | 涂层结合强度 | / | ≥70Mpa |
| 8 | 涂层显微硬度 | / | ≥1250HV |
| 9 | 处理后配对轧辊外径差异 | / | ≤0.02mm |
| 10 | 轧辊圆跳动 | / | ≤2um |
| 11 | 处理后辊面光洁度 | Ra | ≤0.03um |
| 12 | 处理后轧辊外径 | 两端与中间差异 | ≤0.02mm |
| 13 | 喷涂层孔隙率 | 喷涂层致密性 | ≤0.5％ |
| 14 | 轧辊辊颈跳动 | 两端辊径 | ≤3um |
| 15 | 两端辊径外径差异 | 两端辊径跳动值 | ≤0.02mm |
在锂电池生产用轧辊表面采用本发明上述方法制备的碳化钨涂层，与采用普通电镀工艺制备的碳化钨涂层相比，本发明具有如表2所示优势：
表2采用本发明方法制备碳化钨涂层的优势
目前，采用本发明方法在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层后，轧辊在行业标杆公司已经获得多次验证，采用具有相同主要技术参数的两个轧辊，分别辊压产品1和产品2进行试用：
产品1：材料体系为钴酸锂电池极片，极片类型为间隙涂布，极片宽度为800毫米，极片厚度为108微米。
产品2：材料体系为三元电池极片，极片类型为连续涂布，极片宽度为1100毫米，极片厚度为125微米。
试用结果表明，轧辊表面粗糙度会随着米数增加而增加，当连续涂布265.3万延米或者间隙涂布250.3万延米后，轧辊表面粗糙度增加0.02微米。
以上所述为本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)对锂电池生产用轧辊表面进行肉眼检查以及放大镜检查，确保轧辊表面没有划痕、孔洞或者夹杂；
(2)对轧辊表面进行除油除杂净化后，采用粗抛光机对轧辊表面进行粗磨毛化处理；
(3)采用耐高温胶带以及工装对粗磨毛化后轧辊两端的非喷涂表面进行保护处理，得到待喷涂轧辊；
(4)将液相丙烷作为主燃气体、压缩空气作为助燃气体、氮气作为载气送粉气体，各气体通过多孔陶瓷片以0.82-0.95MPa的压力输入燃烧室，经由火花塞初始点燃进行高压燃烧，产生焰流速度为7倍音速以上的超音速火焰，采用粉末火焰喷涂技术将粒径为0.8-1.2微米的碳化钨粉末喷涂在待喷涂轧辊表面，迅速冷却凝固，形成厚度为0.1-0.5毫米的碳化钨涂层；
(5)采用精细抛光机对已喷涂碳化钨涂层的轧辊表面进行精细抛光处理至表面粗糙度小于或者等于0.05微米。
2.根据权利要求1所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：步骤(5)中精细抛光处理后的碳化钨涂层厚度为0.1-0.3毫米。
3.根据权利要求1所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：步骤(5)中精细抛光处理至轧辊两端辊径跳动值小于或者等于0.02毫米。
4.根据权利要求1所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：步骤(4)中碳化钨涂层的孔隙率小于或者等于0.5％。
5.根据权利要求1所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：步骤(4)中碳化钨粉末是利用真空原位还原碳化反应合成纳米WC-Co复合粉末后，按比例添加铬和/或镍经团聚造粒、脱脂烧结工艺处理而成。
6.根据权利要求5所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：所述的碳化钨粉末中钨占总重量的64-81％，碳占总重量的8-14％，钴占总重量的7-12％，铬占总重量的0-12％，镍占总重量的0-4％。
7.根据权利要求1所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：步骤(4)中碳化钨粉末是由不同牌号的两种以上WC-10Co4Cr复配形成复合粉末后，按比例添加镍或者镍铬合金进行混合研磨而成。
8.根据权利要求7所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：所述的碳化钨粉末中碳化钨占总重量的88-91％，镍或者镍铬合金占总重量的0-4％，钴铬占总重量的5-12％。
9.根据权利要求1所述在锂电池生产用轧辊表面制备碳化钨涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的除油除杂净化为采用丙酮、汽油或者酒精彻底擦洗轧辊表面3-5遍进行油脂去除。
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| CN (1) | CN113699478A (zh) |
Cited By (1)
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| CN113529004A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-22 | 河北苹乐面粉机械集团有限公司 | 一种磨辊表面处理方法 |
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| CN1260246A (zh) * | 1999-12-08 | 2000-07-19 | 江明榆 | 铝合金型材表面涂装方法及专用设备 |
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| CN110029299A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 广东省新材料研究所 | 一种纳米晶碳化钨涂层轧辊及其制备方法 |
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2021
- 2021-08-11 CN CN202110921064.5A patent/CN113699478A/zh active Pending
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