CN114178148A - 一种轮胎钢丝押出线槽板及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轮胎钢丝押出线槽板及其制备方法，包括相对布置的A板和B板，A板的板面上设置有A半圆形导槽，B板的板面上设置有B半圆形导槽，A、B半圆形导槽组成轮胎钢丝的圆形导送通道，圆形导送通道的壁面为涂层结构组成，所述的涂层结构包括沿A方向依次布置的自润滑涂层和复合涂层，所述的A方向为圆形导送通道的中部指向侧壁的方向，所述的自润滑涂层为PTFE膜层或DLC膜层，所述的复合涂层的组成包括n种金属元素和m种非金属元素，所述的金属元素包括Cr、Al、Zr、Ni，所述的非金属元素包括C、N、O、Si，3≤n+m≤6，n≥2。本发明通过采用涂层结构构成圆形导送通道的侧壁，显著提升轮胎钢丝押出线槽板的使用寿命，使用寿命可达9天以上。

Description

一种轮胎钢丝押出线槽板及其制造工艺
技术领域
本发明涉及橡胶轮胎生产领域，具体涉及一种轮胎钢丝押出线槽板及其制造工艺。
背景技术
轮胎钢丝是指镶在橡胶轮胎边缘的钢丝，称胎圈用钢丝或轮胎边缘钢丝，钢丝帘线子午胎具有寿命长、行驶速度快、耐穿刺、弹性好、安全舒适、节约燃料等特点。钢丝帘线作为轮胎的骨架材料，钢丝在轮胎里起增强、增固作用。一般指用于制造汽车、摩托车、拖拉机及飞机等轮胎外胎边缘钢丝束的钢丝，产品的直径为0.96、1.0、1.3、1.4和1.65mm，直径1mm的是主要产品。轮胎钢丝一般采用高碳优质碳素结构钢制造，硬度可达55HRC以上。钢丝押出线槽板为橡胶轮胎制造设备关键配件之一，其作用是使多组钢丝整齐排列，钢丝快速通过槽板导孔后涂覆橡胶，而后安装在轮胎内。钢丝押出线槽板的材质一般为合金钢制作（如W6、M35高速钢，Cr12MoV高温淬火+高温回火钢），硬度通常在60HRC以上，即便槽板硬度比钢丝硬，由于钢丝与槽板导孔长时间的高速摩擦导致槽板磨损严重，很快因尺寸超差失效，现有技术通常3天即需要更换。
因此，有必要提高押出线槽板的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮胎钢丝押出线槽板，其可以用于解决上述技术问题。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：包括相对布置的A板和B板，A板的板面上设置有A半圆形导槽，B板的板面上设置有B半圆形导槽，A、B半圆形导槽组成轮胎钢丝的圆形导送通道，圆形导送通道的壁面为涂层结构组成，所述的涂层结构包括沿A方向依次布置的自润滑涂层和复合涂层，所述的A方向为圆形导送通道的中部指向侧壁的方向，所述的自润滑涂层为PTFE膜层或DLC膜层，所述的复合涂层的组成包括n种金属元素和m种非金属元素，所述的金属元素包括Cr、Al、Zr、Ni，所述的非金属元素包括C、N、O、Si，3≤n+m≤6，n≥2。
优选操作为：涂层结构还包括打底膜层，复合涂层、打底层沿A方向依次布置，所述的打底层由一种金属元素组成。涂层结构还包括过渡层，过渡层位于复合涂层和打底层之间，所述的过渡层由一种金属元素和一种非金属元素组成。所述复合涂层组成为AlCrN、AlZrN、AlCrZrN、AlCrNiN、AlCrZrSiN、AlCrZrSiCN中的一者或几者组成。自润滑涂层的厚度为0.6-1.0μm。自润滑涂层的厚度为3-8μm，过渡层的厚度为0.5-1μm，打底层的厚度为100-200nm。自润滑涂层采用纯离子真空镀膜、等离子增强化学气相沉积、热丝CVD 沉积、喷涂法中的一种制取得到；复合涂层采用纯离子真空镀膜、电弧离子镀、PVD沉积法中的一者制取得到。
本发明还提供了一种轮胎钢丝押出线槽板制造工艺，包括如下操作：
S10、将预处理后的工件置于镀膜腔体内，将镀膜腔体经过300℃加热除气后，充入Ar气，在A、B板上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，控制气体压力0.8Pa，时间20分钟，工件为A、B板；
S21、将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入Ar气，调整真空度为1.0-2.0Pa，工件偏压降至80V，开启由一种金属元素组成的纯金属靶进行镀膜，控制靶材功率1-4KW，时间5-10min，制得打底层；
S22、保持上述操作条件不变，向真空腔体内充入N2气，控制压力1.5-2.5Pa，靶材功率为1-4KW，时间10-20min，制备过镀层；
S23、保持上述状态不变的情况下，控制Ar气、N2气、HMDSN气总压力2-2.5Pa，关闭步骤S21中的纯金属靶，开启由n种金属元素组成的复合靶材进行镀膜，控制靶材功率为2-4KW，时间80-240min，厚度3-8μm，制备复合涂层；
S24、关闭步骤S23中复合靶材，将真空腔体内温度降至200±20℃，充入Ar气，调整气压1.0-2.0Pa,开启聚四氟乙烯靶或石墨靶，控制靶材功率为1KW，时间20-40分钟，制备自润滑涂层。
本发明提供的上述技术方案，其通过采用涂层结构构成圆形导送通道的侧壁，显著提升轮胎钢丝押出线槽板的使用寿命，使用寿命可达9天以上。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2为涂层结构示意图；
附图标号和部件对应关系如下：
01-自润滑涂层、02-复合涂层、03-过渡层、04-打底层、10-A板、11-A半圆导槽、20-B板、21-B半圆导槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。如在本文中所使用，术语“平行”和“垂直”不限于其严格的几何定义，而是包括对于机加工或人类误差合理和不一致性的容限。
图1为轮胎钢丝押出线槽板的结构示意图，包括A板10和B板20，其中A板10为条状长方体结构， A板10包括主体、两组A半圆导槽11、楔形坡、定位孔，B板20与A板10具有对称的结构，同样B板20也设置两组B半圆导槽21。A、B板合并组装形成两组圆形导送通道，钢丝从圆形导送通道中穿过，整齐排列后进行后续的处理，最终固定在轮胎内。
为了提高轮胎钢丝押出线槽板的使用寿命，A、B板上的A、B半圆导槽21面上镀有超硬厚涂层和自润滑涂层01，复合涂层02种类可以是三元至六元多层复合涂层02，自润滑涂层01为聚四氟乙烯或类金刚石涂层的一种。图2为A、B半圆导槽21表面涂层结构剖面图，涂层由打底层04、过渡层03、复合涂层02、自润滑涂层01组成，上述涂层结构制备方法具体如下：
对工件（A、B板）表面进行喷砂、清洁、烘干等预处理，然后装夹并安装于真空腔体内；
将真空腔体经过300℃加热除气后，充入纯度99.999%的Ar，在工件上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，气体压力0.8Pa，时间20分钟。
将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入纯度为 99.999%的Ar，真空度为1.0-2.0Pa,工件偏压降至80V，开启磁控溅射Cr，Al，Zr，Ni靶材中的一种，单靶功率1-4KW，时间5-10分钟，制备厚度为100-200nm的打底层04。
保持上述状态不变的情况下，向真空罐内充入N2，控制总压力1.5-2.5Pa，单靶功率为1-4KW，时间10-20分钟，形成二元金属的氮化物，过渡层03厚度为0.5-1μm。
复合涂层02可以是Cr，Al，Zr，Ni等金属靶元素中的两种或多种与C、N、O、Si等非金属元素的复合。保持上述状态不变的情况下，控制Ar气、N2气、HMDSN气总压力2-2.5Pa，关闭前述纯金属靶，开启二元或三元复合靶（AlCr，AlZr，AlCrNi，AlCrZr等），单靶功率为2-4KW，时间80-240分钟，厚度3-8μm，形成AlCrN、AlZrN、AlCrZrN、AlCrNiN、AlCrZrSiN、AlCrZrSiCN等三元至六元复合涂层02。
自润滑涂层01为聚四氟乙烯PTFE膜或类金刚石DLC膜。关闭前述复合靶材，温度降至200±20℃，充入纯度99.999%的Ar，气压1.0-2.0Pa,开启聚四氟乙烯靶或石墨靶，分别可以制备PTFE膜或DLC膜，单靶功率均为1KW，时间20-40分钟，制备厚度0.6-1.0μm的自润滑涂层01。
本发明采用复合涂层与自润滑涂层结合的方式来提高轮胎钢丝押出线槽板的使用寿命。轮胎钢丝一般采用高碳优质碳素结构钢制造，硬度可达55HRC以上。A、B板的材质一般为合金钢制作（如W6、M35高速钢，Cr12MoV高温淬火+高温回火钢），硬度通常在60HRC以上。理论上，A、B板的硬度超过钢丝本身的硬度，应该不易磨损。然而，通过实际应用发现，钢丝与A、B半圆导槽发生局部高速摩擦，A、B半圆导槽表面温度瞬间聚集，材料发生软化而急剧磨损，微观下A、B板的损坏机理表现为粘着磨损。
因此，本发明制备的涂层结构有如下优点：
高硬度：本发明涂层采用磁控溅射技术制备Cr，Al，Zr，Ni等金属氮（氧）化物的复合涂层，硬度可达HV2900以上，接近金刚石硬度的30%，以钢丝押出线槽板硬度为HRC60.1为参考，其对应可比硬度为HV700，槽板镀有复合涂层其表面硬度显著提升，可以降低磨损。
耐高温、耐腐蚀：本发明选用Cr，Al，Zr，Ni等元素，形成的二元或多元复合涂层具备良好的耐高温、耐腐蚀性能。
厚涂层：本发明制备的涂层较厚（＞5μm），对于没有冲击环境的单纯摩擦磨损工况，在尺寸公差满足的前提下，厚涂层有助于提高耐磨性能。
多层结构：多层结构有助于涂层内部应力的释放，可以提高涂层间的结合力。
多元复合：多元复合结构可以细化涂层晶粒，使涂层具备综合的力学性能。
复合涂层+自润滑涂层结构：本发明使用复合涂层+自润滑涂层结构，即使用复合涂层为支撑达到耐磨的效果，自润滑涂层在表层实现减磨的效果，待磨损到一定程度，表层自润滑层失效后复合涂层作为主功能层可以保护工件，延长寿命。
另外，本发明的复合涂层还可以采用电弧离子镀、蒸发镀等PVD沉积法、表层自润滑涂层还可以使用等离子增强化学气相沉积（PECVD）方法、热丝CVD 沉积方法、喷涂法等。
实施例1
对工件（A、B板）表面进行喷砂、清洁、烘干等预处理，然后装夹并安装于真空腔体内；
将真空腔体经过300℃加热除气后，充入纯度99.999%的Ar，在工件上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，气体压力0.8Pa，时间20分钟。
将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入纯度为 99.999%的Ar，真空度为1.0Pa,工件偏压降至80V，开启磁控溅射Cr靶，单靶功率1KW，时间5分钟，制备厚度为100nm的打底层。
保持上述状态不变的情况下，向真空罐内充入N2，控制总压力1.5Pa，单靶功率为1KW，时间10分钟，形成二元金属的氮化物，过渡层厚度为0.5μm。
保持上述状态不变的情况下，控制Ar气和N2气总压力2Pa，关闭前述纯金属靶，开启二元AlCr复合靶，单靶功率为2KW，时间80分钟，厚度3μm，形成AlCrN三元复合涂层。
自润滑涂层为聚四氟乙烯PTFE膜或类金刚石DLC膜。关闭前述复合靶材，温度降至180℃，充入纯度99.999%的Ar，气压1.0Pa,开启聚四氟乙烯靶，制备PTFE膜，单靶功率均为1KW，时间20分钟，制备厚度0.6μm的自润滑涂层。
实施例2
对工件（A、B板）表面进行喷砂、清洁、烘干等预处理，然后装夹并安装于真空腔体内；
将真空腔体经过300℃加热除气后，充入纯度99.999%的Ar，在工件上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，气体压力0.8Pa，时间20分钟。
将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入纯度为 99.999%的Ar，真空度为1.5Pa,工件偏压降至80V，开启磁控溅射Al靶，单靶功率2KW，时间7分钟，制备厚度为120nm的打底层。
保持上述状态不变的情况下，向真空罐内充入N2，控制总压力2.0Pa，单靶功率为2KW，时间12分钟，形成二元金属的氮化物，过渡层厚度为0.7μm。
保持上述状态不变的情况下，控制Ar气和N2气总压力2.2Pa，关闭前述纯金属靶，开启二元AlZr复合靶，单靶功率为2.5KW，时间120分钟，厚度4.2μm，形成AlZrN三元复合涂层。
自润滑涂层为聚四氟乙烯PTFE膜或类金刚石DLC膜。关闭前述复合靶材，温度降至195℃，充入纯度99.999%的Ar，气压1.5Pa,开启聚四氟乙烯靶，制备PTFE膜，单靶功率均为1KW，时间30分钟，制备厚度0.8μm的自润滑涂层。
实施例3
对工件（A、B板）表面进行喷砂、清洁、烘干等预处理，然后装夹并安装于真空腔体内；
将真空腔体经过300℃加热除气后，充入纯度99.999%的Ar，在工件上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，气体压力0.8Pa，时间20分钟。
将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入纯度为 99.999%的Ar，真空度为1.5Pa,工件偏压降至80V，开启磁控溅射Zr靶，单靶功率3KW，时间8分钟，制备厚度为150nm的打底层。
保持上述状态不变的情况下，向真空罐内充入N2，控制总压力2.0Pa，单靶功率为2KW，时间15分钟，形成二元金属的氮化物，过渡层厚度为0.75μm。
保持上述状态不变的情况下，控制Ar气和N2气总压力2.0Pa，关闭前述纯金属靶，开启三元复合靶AlCrZr，单靶功率为3KW，时间120分钟，厚度3.5μm，形成AlCrZrN四元复合涂层。
自润滑涂层为类金刚石DLC膜。关闭前述复合靶材，温度降至180℃，充入纯度99.999%的Ar，气压1.0Pa,开启石墨靶，制备DLC膜，单靶功率均为1KW，时间40分钟，制备厚度0.9μm的自润滑涂层。
实施例4
对工件（A、B板）表面进行喷砂、清洁、烘干等预处理，然后装夹并安装于真空腔体内；
将真空腔体经过300℃加热除气后，充入纯度99.999%的Ar，在工件上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，气体压力0.8Pa，时间20分钟。
将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入纯度为 99.999%的Ar，真空度为2.0Pa,工件偏压降至80V，开启磁控溅射Ni靶，单靶功率4KW，时间10分钟，制备厚度为200nm的打底层。
保持上述状态不变的情况下，向真空罐内充入N2，控制总压力2.5Pa，单靶功率为4KW，时间20分钟，形成二元金属的氮化物，过渡层厚度为1μm。
保持上述状态不变的情况下，控制Ar气和N2气总压2.5Pa，关闭前述纯金属靶，开启三元复合靶AlCrNi，单靶功率4KW，时间240分钟，厚度8μm，形成AlCrNiN四元复合涂层。
关闭前述复合靶材，温度降至220℃，充入纯度99.999%的Ar，气压2.0Pa,开启石墨靶，制备DLC膜，单靶功率均为1KW，时间40分钟，制备厚度1.0μm的自润滑涂层。
实施例5
对工件（A、B板）表面进行喷砂、清洁、烘干等预处理，然后装夹并安装于真空腔体内；
将真空腔体经过300℃加热除气后，充入纯度99.999%的Ar，在工件上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，气体压力0.8Pa，时间20分钟。
将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入纯度为 99.999%的Ar，真空度为1.0-2.0Pa,工件偏压降至80V，开启磁控溅射Cr靶材中的一，单靶功率2KW，时间10分钟，制备厚度为200nm的打底层。
保持上述状态不变的情况下，向真空罐内充入N2，控制总压力2Pa，单靶功率2KW，时间10-2015分钟，形成二元金属的氮化物，过渡层厚度为0.75μm。
保持上述状态不变的情况下，控制Ar气、N2气、HMDSN气总压力2.5Pa，关闭前述纯金属靶，开启三元复合靶AlCrZr，单靶功率为3KW，时间120分钟，厚度4μm，形成AlCrZrSiCN六元复合涂层。
自润滑涂层为类金刚石DLC膜。关闭前述复合靶材，温度降至180℃，充入纯度99.999%的Ar，气压1.5Pa,开启石墨靶，制备DLC膜，单靶功率均为1KW，时间30-40分钟，制备厚度0.8μm的自润滑涂层。
实施例6
采用实施例1～5中制备的轮胎钢丝押出线槽板进行使用，记录使用寿命和磨损情况，实验结果显示，实施例1～5中制备的轮胎钢丝押出线槽板的使用寿命均大于9天。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (10)

1.一种轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：包括相对布置的A板和B板，A板的板面上设置有A半圆形导槽，B板的板面上设置有B半圆形导槽，A、B半圆形导槽组成轮胎钢丝的圆形导送通道，圆形导送通道的壁面为涂层结构组成，所述的涂层结构包括沿A方向依次布置的自润滑涂层和复合涂层，所述的A方向为圆形导送通道的中部指向侧壁的方向，所述的自润滑涂层为PTFE膜层或DLC膜层，所述的复合涂层的组成包括n种金属元素和m种非金属元素，所述的金属元素包括Cr、Al、Zr、Ni，所述的非金属元素包括C、N、O、Si，3≤n+m≤6，n≥2。
2.根据权利要求1所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：涂层结构还包括打底膜层，复合涂层、打底层沿A方向依次布置，所述的打底层由一种金属元素组成。
3.根据权利要求2所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：涂层结构还包括过渡层，过渡层位于复合涂层和打底层之间，所述的过渡层由一种金属元素和一种非金属元素组成。
4.根据权利要求1或2或3所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：所述复合涂层组成为AlCrN、AlZrN、AlCrZrN、AlCrNiN、AlCrZrSiN、AlCrZrSiCN中的一者或几者组成。
5.根据权利要求1或2或3所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：自润滑涂层的厚度为0.6-1.0μm。
6.根据权利要求1或2或3所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：自润滑涂层的厚度为3-8μm。
7.根据权利要求2所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：过渡层的厚度为0.5-1μm。
8.根据权利要求2所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：打底层的厚度为100-200nm。
9.根据权利要求3所述的轮胎钢丝押出线槽板，其特征在于：自润滑涂层采用纯离子真空镀膜、等离子增强化学气相沉积、热丝CVD 沉积、喷涂法中的一种制取得到；复合涂层采用纯离子真空镀膜、电弧离子镀、PVD沉积法中的一者制取得到。
10.一种轮胎钢丝押出线槽板制造工艺，其特征在于，包括如下操作：
S10、将预处理后的工件置于镀膜腔体内，将镀膜腔体经过300℃加热除气后，充入Ar气，在A、B板上加载初始负偏压500V，每5分钟增加50V，打开电子枪装置开始离子清洗，控制气体压力0.8Pa，时间20分钟，工件为A、B板；
S21、将镀膜腔体真空度抽到1.0×10-3Pa，真空腔体内部温度降至240℃，保持通入Ar气，调整真空度为1.0-2.0Pa，工件偏压降至80V，开启由一种金属元素组成的纯金属靶进行镀膜，控制靶材功率1-4KW，时间5-10min，制得打底层；
S22、保持上述操作条件不变，向真空腔体内充入N2气，控制压力1.5-2.5Pa，靶材功率为1-4KW，时间10-20min，制备过镀层；
S23、保持上述状态不变的情况下，控制Ar气、N2气、HMDSN气总压力2-2.5Pa，关闭步骤S21中的纯金属靶，开启由n种金属元素组成的复合靶材进行镀膜，控制靶材功率为2-4KW，时间80-240min，厚度3-8μm，制备复合涂层；
S24、关闭步骤S23中复合靶材，将真空腔体内温度降至200±20℃，充入Ar气，调整气压1.0-2.0Pa,开启聚四氟乙烯靶或石墨靶，控制靶材功率为1KW，时间20-40分钟，制备自润滑涂层。
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