DE60101582T2

DE60101582T2 - Beschichtigungsklinge und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE60101582T2
Application number: DE60101582T
Authority: DE
Inventors: Ibrahim Adamou Brah; Silvano Freti
Original assignee: BTG Eclepens SA
Current assignee: BTG Eclepens SA
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: DE20121226U1; EP1301653B1; KR20030045065A; ATE256764T1; AU2001291589A1; BR0114539A; ES2210188T3; US20020182437A1; WO2002031220A1; CN1468323A; EP1197584A1; CA2425052A1; EP1301653A1; DE60101582D1; PL360788A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Streichrackel sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Streichrackel.
Die Streichrackel, die in der Papierindustrie zur Herstellung von gestrichenem Papier verwendet werden, haben im Allgemeinen die Form einer Klinge aus Federstahl, d.h. aus vergütetem Stahl, mit einer Breite von 5 bis 12 cm, mit einer Dicke von 0,2 bis 1 mm, mit geraden oder abgeschrägten Rändern, deren Länge mehrere Meter erreichen kann. Sie sind im Allgemeinen in einer Streichrackelhalterung montiert und dazu bestimmt, die regelmäßige und konstante Ablagerung einer "Streichmasse" auf einem zu streichenden Papier zu sichern, wobei der funktionelle Bereich der Streichrackel, nämlich der in Kontakt mit der Streichmasse befindliche Bereich, der zum Beispiel einen abgeschrägten Rand umfasst, der Oberfläche des vorbeilaufenden Papierbandes gegenüberliegend angeordnet ist. Die abreibenden Eigenschaften der Bestandteile der Streichmasse führen zu einem Verschleiß der Streichrackel, so dass sich das Strichgewicht mit der Zeit ändert und die Ablagerung unregelmäßig wird, was es schwierig macht, eine konstante Papierqualität aufrechtzuerhalten. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Stahlrackel bewegt sich der Größenordnung von 4 bis 8 Stunden. Dies führt zu zahlreichen Stillständen der Maschine zum Auswechseln der Streichrackel und senkt den Betriebsertrag erheblich.
Um die Lebensdauer der Streichrackel zu verlängern, ist vorgeschlagen worden, Streichrackel aus weichem Stahl am funktionellen Teil der Streichrackel, d.h. in dem Bereich, in dem er mit der Streichmasse in Berührung kommt, mit einem harten Überzug zu versehen. Das US-Patent 4,660,599 beschreibt eine Streichrackel, dessen funktioneller Teil mit Hilfe einer thermischen Spritztechnik mit einem Überzug aus Keramik, zum Beispiel Aluminiumoxid oder Titandioxid, beschichtet wird. Der Überzug wird durch aufeinanderfolgendes Aufspritzen mehrerer Schichten von Partikeln auf den funktionellen Teil eines Streichrackel-Bandes gebildet, das anschließend in Streichrackel geteilt wird.
Das Patent GB 978,988 beschreibt eine Krepprackel mit einem Überzug aus Keramikpartikeln, der durch die "flame plating"-Technik gebildet wird, wobei Keramikpartikel auf eine Kante eines Stahlbands aufgebracht werden, die nach dem Zerteilen des Bands in Streichrackel zum funktionellen Teil der Streichrackel wird.
Das Dokument GB 1,298,609 beschreibt ebenfalls eine Krepprackel aus Stahl, der in der Nähe seiner funktionellen Kante ein Keramikband umfasst, das in einer Längsrille durch die "flame-spraying"-Technik aufgebracht wird.
Das Dokument WO 86/07309 beschreibt eine Streichrackel, auf dessen funktionellen Bereich mittels der "flame spraying"-Technik ein Überzug aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung aufgetragen wird.
Das Dokument JP 05-192629 beschreibt eine Streichrackel, die durch chemische Abscheidung mit einer Nickel-Phosphor-Grundschicht (Ni-P) versehen wird und dann mit einem harten Überzug aus Titancarbid (TiC) beschichtet wird.
Die obengenannten Streichrackeln haben eine deutlich längere Lebenszeit als die unbeschichteten Stahlrackeln, die etwa 20 Stunden erreichen kann. Die Prüfung der Papiere, die mit Hilfe von keramikbeschichteten Streichrackeln gestrichen wurden, zeigt jedoch Strichfehler, insbesondere Mikro-Streifen, was bei Papieren von hoher Qualität nicht akzeptiert wird.
Es sind auch durch elektrolytische Abscheidung verchromte Streichrackeln bekannt. Das Dokument JP 03-064595 beschreibt eine Streichrackel, der mit einer Grundschicht aus Nickel versehen ist, die mit einem durch elektrolytische Abscheidung erzielten Chromüberzug bedeckt ist. Diese Streichrackel erzeugen ebenfalls gestrichene Papiere, die auf die Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung zurückzuführende Strichfehler aufweisen, die nur durch einen Vorgang der Endbearbeitung der Streichrackel nach dem Verchromen vermieden werden können, der ihre Gestehungskosten erhöht.
Das Dokument EP 1 020 542 betrifft die Verwendung von Abscheidungslösungen, die Salze von quaternärem Ammonium enthalten, wobei eine chemische Koabscheidung von Nickel-Phosphor und von Schmierpartikeln (z.B. PTFE) durchgeführt wird, um Kompositfilme mit einer Dicke von 1 bis 30 μm und von gleichmäßigem Aussehen zu bilden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Streichrackel zu schaffen, die eine lange Lebensdauer aufweist und keine Strichfehler verursacht, wie sie mit den obengenannten beschichteten Streichrackeln festgestellt werden.
Diese Ziele werden durch eine Streichrackel erreicht, der auf dem funktionellen Teil der Streichrackel einen Überzug mit einer Dicke von 30 bis 500 μm trägt, der eine Matrix auf Nickelbasis und harte Partikel umfasst, die aus einem Material mit einer Härte ≥ 8 (auf der Mohs-Skala) bestehen und die in der Matrix dispergiert sind. Eine derartige Streichrackel wird durch ein Herstellungsverfahren hergestellt, umfassend einen Schritt der chemischen Koabscheidung eines Überzugs mit einer Dicke von 30 bis 500 μm, der eine derartige Matrix auf Nickelbasis und derartige harte Partikel umfasst, am funktionellen Teil einer Streichrackel-Bandes aus Stahl und einen späteren Schritt des Auseinanderschneidens des beschichteten Streichrackel-Bandes in Streichrackel.
Die harten Partikel können Partikel aus Diamant, aus Carbiden oder aus Keramiken sein.
Das Streichrackel-Band kann in ein Bad getaucht werden, das mindestens ein Nickelsalz, ein Reduktionsmittel von Ni⁺⁺ und in Suspension befindliche harte Partikel umfasst, die gleichzeitig mit einer Matrix koabgeschieden werden, deren Hauptbestandteil Nickel ist. Die chemische Koabscheidung, auch "electroless"-Abscheidung genannt, gewährleistet eine bemerkenswerte Regelmäßigkeit der Ablagerung ohne Verdickungen insbesondere an den Kanten der Streichrackel. Die erzielte Strichqualität ist ausgezeichnet, ähnlich derjenigen, die mit einer neuen Streichrackel aus weichem Stahl erzielt wird, und das Papier weist keine Mikro-Streifen auf. Andererseits ist durch die harten Partikel den Verschleiß des Überzugs stark reduziert, und die Stabilität der Eigenschaften des Strichs im Verlauf der Zeit ist deutlich erhöht: Die Lebensdauer der Streichrackel ist nahe derjenigen einer Streichrackel mit einem zur Gänze aus Keramik bestehenden Überzug.
Die Partikel des Überzugs werden vorzugsweise unter Partikeln gewählt, die durch das Ablagerungsbad benetzbar sind, gegenüber dessen chemischen Bestandteilen inaktiv sind und deren Oberfläche nicht katalytisch ist (d.h. nicht zur Ablagerung von Ni fähig ist). Der Durchmesser der harten Partikel liegt zwischen 0,5 und 10 μm.
Um die Reibung Streichrackel/Streichmasse/Papier zu verringern, kann man darüber hinaus in der Matrix auf Nickel-Basis Partikel eines festen Schmiermittels, zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), koabscheiden, die zu den harten Partikeln gemischt werden. Dazu setzt man PTFE-Partikeln zu, die sich in dem Bad in Suspension befinden. Der Anteil der Partikel im Überzug variiert vorzugsweise zwischen 5 und 40 Vol.%, wobei dieser Anteil der Anwendung entsprechend gewählt wird.
Vor dem Eintauchen in das chemische Bad kann das Streichrackel-Band einer Vorbereitung unterzogen werden, die eine Reinigung und/oder eine Entfettung und/oder ein Bürsten und/oder ein Elektropolieren und/oder eine anodische Behandlung umfasst.
Anstatt das gesamte Streichrackel-Band zu beschichten, kann man sich damit begnügen, den Teil in der Nähe eines seitlichen Rands zu beschichten, der zum funktionellen Teil der Streichrackel wird, indem man die Oberflächen, die nicht beschichtet werden sollen, maskiert. Dazu und um das Volumen eines Koabscheidungsbades möglichst klein zu halten, kann man das Streichrackel-Band auf einen Träger aufrollen, vorzugsweise auf ein Trägerrad, wobei eine spiralförmige Wicklung gebildet wird, wobei die Windungen dieser Wicklung durch ein dazwischenliegendes Band voneinander getrennt sind, das aus einem gegenüber den Bestandteilen des Bades inaktiven Material besteht und dessen Oberfläche nicht katalytisch ist, so dass sich das Nickel nicht darauf ablagert. Vorzugsweise wird der Träger während des Koabscheidungsprozesses in eine langsame regulierende Bewegung versetzt, indem zum Beispiel das Rad langsam um seine Achse gedreht wird, um die Regelmäßigkeit der Abscheidung und die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Partikel in der Matrix zu verbessern. Wenn man nur den funktionellen Teil beschichtet, spart man nicht nur Reagenzien, sondern man vermeidet auch, die elastischen Eigenschaften des Stahlbandes in seiner Gesamtheit zu verändern. Ein auf seiner gesamten Oberfläche beschichtetes Band könnte für bestimmte Anwendungen ein zu großes Querbiegemoment aufweisen.
Nach dem Schritt der Koabscheidung kann das Streichrackel-Band bzw. können die auseinandergeschnittenen Streichrackel einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die physikalischen Eigenschaften des Überzugs zu verändern, insbesondere um seine Härte zu erhöhen. Diese Behandlung wird vorzugsweise zwischen 290°C und 650°C ausgeführt.
Hingegen benötigt das Band angesichts der Regelmäßigkeit des durch chemische Koablagerung erzeugten Überzugs keine zusätzliche mechanische Oberflächenverbesserungsbehandlung wie ein Polieren, ein Schleifen usw.
Andere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der durch dieses Verfahren erzeugten Streichrackel werden dem Fachmann durch die folgende genaue Beschreibung ersichtlich, in der auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei:
1a und 1b schematisch und im Schnitt ein Streichrackel-Band, das mit einem dazwischenliegenden Band auf einem Trägerrad aufgerollt ist, bzw. eine vergrößerte Detailansicht desselben zeigen;
2 eine schematische Ansicht des Streichrackel-Bandes auf seinem Trägerrad zeigt, das in ein Bad zur chemischen Koabscheidung getaucht ist;
3a und 3b eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines Abschnitts einer beschichteten Streichrackel sind;
4a und 4b zwei Mikrofotografien einer beschichteten Streichrackel mit 100-facher bzw. 200-facher Vergrößerung sind;
5 die Leistungen von drei Arten von Streichrackeln im Vergleich zeigt;
6a und 6b Mikrofotografien einer erfindungsgemäßen Streichrackel bzw. einer verchromten Streichrackel mit 500-facher Vergrößerung (das Vergleichsmaß stellt 5 μm dar) sind, die in einem Papierproduktionstest verschlissen wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der kontrollierten Reduktion von Ni⁺⁺ auf einer katalytischen Oberfläche durch ein Reduktionsmittel ohne elektrischen Strom und somit ohne elektrolytische Reaktion, wobei die Reaktionsenergie durch die Wärme des Bades geliefert wird. Das Reduktionsmittel ist vorzugsweise ein Hypophosphit, ein Aminoboran oder ein Borhydrid, so dass die chemische Reaktion zur Abscheidung einer Ni-P- oder Ni-B-Matrix führt. Diese Technik der Abscheidung von Nickel-Überzügen ist an sich bekannt, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Ein Bad wird gebildet aus:

– einer Nickel-Quelle. Es handelt sich im Allgemeinen um ein Nickelsalz, insbesondere um Nickelchlorid oder -sulfat;
– einem Reduktionsmittel von Ni⁺⁺; die am häufigsten verwendeten Reduktionsmittel sind Alkali-Hypophosphite wie Natriumhypophosphit, Aminoborane, insbesondere N-Dimethylboran (DMBA) oder N-Diethylboran (DEAB), oder Alkali-Borhydride wie Natriumborhydrid;
– einem Zusatzstoff, um die Abscheidung von Ni besser zu kontrollieren und sie auf die Oberfläche zu beschränken, die zur Beschichtung bestimmt ist, oft katalytische Oberfläche genannt; verwenden kann man insbesondere Zitronensäure oder Glycolsäure;
– einen Puffer zur Kontrolle des pH-Werts, wie Acetat-, Propionat- oder Succinatpufter;
– optional einen Reaktionsbeschleuniger, wie Succinsäure; oder
– einen Inhibitor zur Begrenzung der Reaktionsgeschwindigkeit, zum Beispiel ein Molybdat oder eine Schwefelverbindung wie Thioharnstoft.

Die chemischen Mechanismen in den Bädern auf Hypophosphitbasis können auf nicht erschöpfende Weise durch die folgenden Reaktionen zusammengefasst werden: (H2PO2)– + H2O → H+ + (HPO3)2– + 2H (1) Ni2+ + 2H → Ni + 2H+ (2) (H2PO2)– + N → H2O + OH– + P (3) (H2PO2)– + H2O → H+ + (HPO3)2– + H2 (4)
Was die Reaktionsprodukte betrifft, so ist insbesondere folgendes festzustellen:

– die Bildung von H⁺, was zu einer fortschreitenden Absenkung des pH-Werts des Bades und der Abscheidungsgeschwindigkeit führt und den P-Gehalt der Ablagerung erhöht. Um die Abscheidungsgeschwindigkeit und den P-Gehalt zu kontrollieren, verwendet man einerseits Puffer wie die obengenannten, andererseits kann man nach periodischer Titration des Bades den pH-Wert der Lösung während des gesamten Abscheidungsschrittes anpassen;
– die Bildung von (HPO₃)^2–: Seine Ansammlung führt zur Koabscheidung von Orthophosphiten mit Ni und P, was eine poröse Ablagerung mit vielen inneren Spannungen ergibt. Der Zusatz von Zitronensäure erhöht die Löslichkeit von (HPO₃)^2– und verhindert seine Ablagerung.

In den Bädern auf Hypophosphitbasis muss die Temperatur zwischen 80°C und 95°C gehalten werden. 5 kg Natriumhypophosphit sind im Durchschnitt notwendig, um 1 kg Ni zu reduzieren.
In den Bädern auf Aminoboranbasis kann man mit geringeren Temperaturen in der Größenordnung von 60°C bis 75°C und mit pH-Werten zwischen 5 und 9 arbeiten. Die Absenkung des pH-Werts auf Grund der Ablagerungsreaktion ist geringer als im Fall von Hypophosphitbädern und erfordert weniger Korrektur. Die Ansammlung des Reaktions-Nebenprodukts (BO₂)^– hat wenig Auswirkung auf den Prozess der Abscheidung von Ni-B.
In den Bädern auf Borhydridbasis hingegen muss der pH-Wert ständig neu angepasst und über 12 gehalten werden, zum Beispiel mit Hilfe eines Alkali-Hydroxids, um die Zersetzung des Reagens zu vermeiden. Die Borhydride sind die stärksten Reduktionsmittel von Nickel: 0,6 kg genügen, um 1 kg Nickel zu reduzieren.
Beispiele für Bäder
Beispiel 1:

Ni-Chlorid (45 g/l)
Na-Hypophosphit (11 g/l)
Ammoniumchlorid (50 g/l)
Na-Citrat (100 g/l)
Bei pH = 8,5–10 und Temperatur = 90°C–95°C liegt die Abscheidungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 μm/h.

Beispiel 2:

Ni-Sulfat (21 g/l)
Na-Hypophosphit (24 g/l)
Milchsäure (28 g/l)
Propionsäure (2,2 g/l)
Bei pH = 4–6 und Temperatur = 88°C–95°C liegt die Abscheidungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 25 μm/h.

Beispiel 3:

Ni-Chlorid (30 g/l)
DEAB (3 g/l)
Isopropanol (50 g/l)
Na-Citrat (10 g/l)
Na-Succinat (20 g/l)
Bei pH = 5–7 und Temperatur = 65°C beträgt die Abscheidungsgeschwindigkeit 7–12 μm/h.

Beispiel 4:

Ni-Chlorid (30 g/l)
DMAB (3–4,8 g/l)
K-Acetat (18–37 g/l)
Bei pH = 5,5 und Temperatur = 70°C liegt die Abscheidungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 7 bis 12 μm/h.

Beispiel 5:

Ni-Chlorid (21 g/l)
Na-Borhydrid (0,4 g/l)
Na-Hydroxid (90 g/l)
1,2-Diaminoethan (90 g/l)
Thalliumsulfat (0,4 g/l)
Bei pH = 12,5–13 und Temperatur = 90°C–95°C erreicht die Abscheidungsgeschwindigkeit 25–30 μm/h.

Die Betriebsbedingungen der Bäder werden vorzugsweise so eingestellt und auf einem solchen Wert gehalten, dass im Überzug eine Ni-P-Matrix 5–11 Gew.% P enthält bzw. eine Ni-B-Matrix 2–6 Gew.% B enthält.
1a zeigt schematisch ein Streichrackel-Band 1, das mit einem dazwischenliegenden Band 2 aus nicht katalytischem Material auf einem Trägerrad 3 aufgerollt ist. 1b zeigt eine vergrößerte Detailansicht desselben, das bereit für die Behandlung ist. Nur der funktionelle Rand der zukünftigen Streichrackel ragt aus dem aufgewickelten dazwischenliegende Band hervor, typischerweise auf einer Breite von 5 bis 15 mm. Diese Breite kann jedoch kleiner oder größer als diese Werte sein.
Während der gesamten Behandlungsdauer der Koabscheidung dreht sich das Trägerrad 3, um die Regelmäßigkeit der Ablagerung zu erhöhen, wie dies 2 zeigt, jedoch mit ausreichend langsamer Geschwindigkeit, um den Koabscheidungsprozess nicht negativ zu beeinflussen. Das Bad wird auf einer konstanten Temperatur gehalten und ständig gerührt (5), um die Keramikpartikel in Suspension zu halten. Die Keramikpartikel werden unter den Partikeln gewählt, die durch das chemische Bad benetzbar, gegenüber den obengenannten Bestandteilen des Bades inaktiv und im Wesentlichen nicht katalytisch sind, d.h. die Ablagerung der Matrix auf Nickel-Basis findet im Wesentlichen auf der Oberfläche des Streichrackel-Bandes und nicht auf der Oberfläche der in Suspension befindlichen Partikel statt. Partikel aus Aluminiumoxid (Tonerde), Zirkoniumoxid, Chromoxid oder Siliziumcarbid, im Allgemeinen mit einer Härte zwischen 8 und 9,5 (Mohs-Skala), sind verwendbare Keramiken. Man kann auch Partikel aus anderen Carbiden oder aus Diamant verwenden. Die Menge der suspendierten Partikel variiert im Allgemeinen zwischen 5 und 50% des Volumens des Bades. Für Abscheidungen, deren Dicke im Allgemeinen zwischen 30 und 500 μm, insbesondere zwischen 30 und 250 μm beträgt, sind Partikel mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 10 μm geeignet. Der Anteil der Partikel im Bad wird so angepasst, dass ein Partikelanteil im Überzug zwischen 5 und 40% des Volumens des letztgenannten erzielt wird.
Die Mikrofotografien von Teilen des Überzugs von 4a und 4b zeigen, dass die Verteilung der Partikel im Überzug statistisch homogen ist, was zu einer Homogenität der makroskopischen Oberflächeneigenschaften führt und insbesondere zur Folge hat, dass der Verschleiß der Streichrackel nach mehreren Betriebsstunden homogen ist.
Die mikroskopische Untersuchung von Querschnitten einer Streichrackel, wie dies schematisch in 3a dargestellt ist, zeigt ebenfalls, dass die Ablagerung genau der Geometrie der Streichrackel folgt und dass die Dicke der Ablagerung homogen ist. Es gibt keine Verdickung und kein Fehlen einer Ablagerung im Bereich der Ecken der Stahlstreichrackel; die Ablagerung ist im Bereich dieser Ecken abgerundet. Daraus folgt, dass es nicht notwendig ist, die Streichrackel nach der Beschichtung zu bearbeiten, um sein Profil zu verbessern. Ein Poliervorgang kann jedoch durchgeführt werden.
Der durch das Koabscheidungsverfahren beschichtete funktionelle Teil weist eine Hv0.1-Härte zwischen 500 und 700 Einheiten auf. Eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 220°C und 650° nach der Koabscheidung verbessert jedoch die Härte und die Haftung der Ablagerung am Substrat. Die Hv0.1-Härte kann nach einer Wärmebehandlung 1100 Einheiten erreichen und sogar 1300 Einheiten überschreiten (Hv0.1 bedeutet Mikrohärte nach Vickers unter einer Belastung von 0,1 kg).
Eine Ni-P-Ablagerung ist nach der Abscheidung amorph. Eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 220°C und 260°C führt zu einem Beginn einer Phasenumwandlung der NiP-Ablagerung mit Auftreten der Phase Ni₃P.
Eine Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur, gegen 320°C bis 350°C, führt zu einer Kristallisation der Ablagerung, der auf diese Weise seinen amorphen Charakter verliert, und zu seiner Umwandlung in eine zweiphasige Legierung. Das Ni-P-Phasendiagramm zeigt ein Eutektikum bei 11 Gew.% Ni. Die Wahl des Gewichtsprozentanteils von P bestimmt die mechanischen Eigenschaften der Ablagerung gemäß dem Anteil der Nickel- und Nickelphosphit-Phasen.
Diese Strukturveränderung ist mit einer Erhöhung der Härte der Ablagerung verbunden, die von Hv0.1 ≈ 500 – 700 auf Hv0.1-Werte von mindestens 900 und im Allgemeinen ≥ 1000 übergeht.
Diese Strukturveränderung ist auch mit einer Verringerung der Streckbarkeit des Überzugs und der Korrosionsbeständigkeit verbunden, die auf die Verringerung des Prozentanteils von P auf Grund der Bildung von Nickelphosphit zurückzuführen ist (siehe Beispiel 7).
Zum Streichen von Papier hat sich der Bereich 5 ≤ % P ≤ 10 als günstig herausgestellt, um die Streckbarkeit von Nickel und die Härte der Nickelphosphite zu verbinden und eine gleichzeitig harte und zähe Ablagerung zu erzielen.
In anderen Anwendungen wird die Ni-P-Ablagervng meist wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit verwendet. Aus diesem Grund wird eine Wärmebehandlung nach der Abscheidung, die die Korrosionsbeständigkeit verringert, vermieden oder bei relativ niedrigen Temperaturen von etwa 260°C bis 270°C durchgeführt, die die Härte verbessern, ohne die Korrosionsbeständigkeit allzusehr zu verringern. Die Erfinder sind der Ansicht, dass für die Anwendung Streichen von Papier Härte und Zähigkeit die wichtigsten Eigenschaften sind und die Korrosionsbeständigkeit sekundär ist; deshalb ist es zur Verbesserung der Lebensdauer der mit einem Ni-P/SiC-Komposit beschichtete erfindungsgemäße Streichrackel vorzuziehen, nach der Abscheidung eine Wärmebehandlung zwischen 290°C und 650°C durchzuführen, d.h. bei Temperaturen, die höher sind als die oben erwähnten Temperaturen. Dieser Temperaturbereich und ein adäquater Prozentanteil an P (5 ≤ % P ≤ 10) ermöglichen es, durch Diffusion die Haftung der Ablagerung am Substrat zu verbessern und die höchste Härte zu erreichen, wobei gleichzeitig eine ausreichende Zähigkeit der Ablagerung bewahrt wird, ohne die mechanischen Eigenschaften des Substrats zu verändern, die für ein gutes Funktionieren der Streichrackel unverzichtbar sind (siehe Beispiel 8).
Beispiel 7:
Auswirkung der Wärmebehandlung auf die Korrosionsbeständigkeit in einer Lösung mit 10% HCl.
Fall einer Ablagerung mit 10,5% P: Tabelle 1
Beispiel 8:
Auswirkung der Temperatur der Härtungs-Wärmebehandlungen auf die Härte des NiP/SiC-Überzugs.
Fall einer Ablagerung mit 7% P:

1. Linearer Anstieg auf 300°C in 2 Stunden – 8 Stunden lang Aufrechterhaltung auf 300°C, Wiederabsenkung auf Umgebungstemperatur in 2 Stunden: Die erzielte Hv0.1-Härte beträgt 1050.
2. Linearer Anstieg auf 450°C in 3 Stunden – 1 Stunde lang Aufrechterhaltung auf 450°C, Wiederabsenkung auf Umgebungstemperatur in 3 Stunden: Die erzielte Hv0.1-Härte beträgt 1100.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Streichrackel sind daher durch die Art, die Korngröße und den Anteil der Keramikkörner in der Matrix, die Zusammensetzung der Matrix selbst und die Wärmebehandlung nach der Abscheidung veränderbar. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Streichrackeln sind daher weitgehend je nach der Anwendung einstellbar, sie können sowohl denjenigen einer nicht beschichteten Stahlstreichrackel als auch denjenigen von ausschließlich mit Keramik beschichteten Streichrackeln nahe sein, sie können sich aber auch von beiden unterscheiden. Die folgenden Beispiele zeigen die Eigenschaften mehrerer Streichrackeln im Vergleich.
Beispiel 9:
Vergleich einer Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel mit einer keramikbeschichteten Streichrackel und einer nicht beschichteten Stahlstreichrackel beim Streichen mit dem "Stiff Blade":
Testbedingungen:

Kontinuierliches Streichen in der Fertigungsstraße, Streichkopf mit Streichrackelhalterung ABC (BTG Källe Inventing AB, Schweden) Papiertyp: Feinpapier Vorschubgeschwindigkeit des Papiers: 768 m/min Streichmasse: 65% Feststoffanteil (Kaolin, CaCO₃) Arbeitswinkel: 20° Strichgewicht: 10 g/m², "Einfachstrich" Merkmale des Ni-P-SiC-Streichrackel: Länge 3700 mm, Nenndicke 0,457 mm, Beschichtung 70 μm

Vergleichsstreichrackel:

a) Keramikstreichrackel "Duroblade" (TM von BTG Eclépens) mit den gleichen Abmessungen
b) Stahlstreichrackel mit den gleichen Abmessungen

Resultate:

Lebensdauer:
- – Stahlstreichrackel: 8 Stunden,
- – Ni-P-SiC-beschichtete Streichrackel: über 17 Stunden,
- – keramikbeschichtete Streichrackel: 24 Stunden.

Der Test mit der Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel wurde nach 17 Stunden wegen einer Störung der Streichmaschine abgebrochen, einem Zeitpunkt, zu dem die Streichrackel noch nicht vollständig verschlissen war.
Beispiel 10:
Vergleich zwischen einer Stahlstreichrackel und einer Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel beim Streichen mit dem "Bent Blade":
Testbedingungen:

– Bent-Blade-Streichmaschine Voith
– Streichgeschwindigkeit: 324–340 m/min
– für den "Deckstrich" verwendete Streichrackel:
– Winkel der Streichrackelhalterung: 24°
- Arbeitswinkel: 5° bis 6,5°
– Streichmassentyp: 68% Feststoffe auf CaCO₃-Basis, Viskosität 880 bis 900 cps
– Streichrackel:
– a) Stahl, Länge 4900 mm, Nenndicke 0,381 mm, Ni-P-SiC-Überzug 70 μm
– b) Stahl, Länge 4900 mm, Nenndicke 0,381 mm, nicht beschichtet

Resultate:
Das Gesamtgewicht des aufgetragenen Strichs beträgt 21 g/m², davon entfallen 12 g/m² auf den Vorstrich und 9 g/m² auf den Deckstrich; Oberflächenzustand des gestrichenen Papiers: Rauhigkeit PPS = 1,03–1,36. Das Strichgewicht bleibt praktisch konstant, es schwankt zwischen 21 und 23 g/m² innerhalb von 20 Betriebsstunden mit der Ni-P-SiC-Streichrackel, während mit der Stahlstreichrackel die Zeit, während der das Strichgewicht konstant und der Oberflächenzustand des gestrichenen Papiers annehmbar bleibt, nur 8 bis 10 Stunden beträgt.
Die Lebensdauer der Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel ist somit doppelt so lang wie diejenige der nicht beschichteten Streichrackel. Es ist anzumerken, dass unter diesen Betriebsbedingungen die keramikbeschichteten Streichrackel es nicht ermöglichen, die geforderte Qualität von gestrichenem Papier zu erzielen.
Beispiel 11:
Vergleich einer Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel, einer Streichrackel "Duroblade" mit Keramiküberzug, wie er von BTG Eclépens vermarktet wird, und einer handelsüblichen verchromten Streichrackel.
Die Stahlsubstrate der drei Typen von Streichrackeln haben alle die gleichen Abmessungen, nämlich eine Nenndicke von 0,508 mm, eine Breite von 100 mm und eine Länge von 780 mm. Die erfindungsgemäße Streichrackel trägt einen Ni-P-SiC-Überzug von 30 μm Dicke, die Keramikstreichrackel trägt einen Überzug von 150 Mikron Dicke, die verchromte Streichrackel trägt einen Chromüberzug von 50 μm Dicke.
Testbedingungen:

– umgekehrte Streichrackelhalterung ABC, Druckstreichrackel etwa 5 mm von der Spitze der Streichrackel mit "backing roll" des Typs 65 PJ von Trelleborg.
– Winkel der Streichrackel: 30°
– Papier: fein, Chemiepulpe, vorgestrichen mit 112 g/m², vom Typ Multiart Silk Streichmasse: 63% Feststoffanteil für eine Viskosität von 1000–1200 cps; die Feststoffe enthalten 30 Teile Ton (SPS) für 40 Teile Kaolin ultrawhite (Engelhart), 30 Teile Calciumcarbonat HC 90 (Omya), 14 Teile Latex DL 950 (Dow), 0,20 Teile Kenores 1420 (Casco Nobel) und 0,30 Teile Carboxymethylcellulose CMC FF 10 (Metsa Serla). Die Streichgeschwindigkeit wird bei allen Tests auf 500 m/min gehalten.

In einem ersten Test wird der Differentialdruck nacheinander auf 100, 200 und 300 kpa eingestellt. 5 zeigt auf der Ordinate die Strichgewichte in g/m², die mit den drei Streichrackeltypen erzielt wurden, während der Differentialdruck in kpa auf der Abszisse dargestellt ist. Bei diesen drei Differentialdrücken ist festzustellen, dass die Ni-P-SiC-Streichrackel mehr Streichmasse durchlässt als die beiden anderen Materialien, alle anderen Bedingungen sind gleich. Die Ni-P-SiC-Streichrackel ermöglicht daher eine bessere Kontrolle des Strichprofils in der "Breitbahn".
In einem zweiten Test wurde eine komplette Rolle Papier mit jedem Streichrackeltyp gestrichen, wobei ein einheitliches Strichgewicht von 10 g/m² angestrebt wurde. Unter diesen Bedingungen ist es mit der verchromten Streichrackel schwieriger als mit den beiden anderen, ein konstantes Strichgewicht zu erzielen. Die Prüfung der Form der Spitze der verchromten Streichrackel zeigt, dass ihre Geometrie nicht konstant ist, was zu einer Schwankung des Strichgewichts führt. Die vergleichenden Rauhigkeits- und Glättetests des Papiers ergaben die in Tabelle 2 zusammengefassten Resultate. Tabelle 2
Eine qualitative Prüfung der Bedeckung der Fasern, basierend auf einem Test mit Kroda-Tinte, ergibt folgende Reihung:

1. Ni-P-SiC-beschichtete Streichrackel
2. Keramikstreichrackel BTG-Eclépens
3. Verchromte Streichrackel

Beispiel 12:
Test mit Vergleich zwischen der erfindungsgemäßen Streichrackel (Ni-P/SiC) und einer handelsüblichen verchromten Streichrackel bei der Herstellung von gestrichenem Papier.
Streichrackel:
Die Stahlsubstrate der beiden Streichrackeltypen weisen die gleichen Abmessungen auf, d.h. Nenndicke 0,508 mm, Breite 76,2 mm, Länge 3730 mm. Die erfindungsgemäße Streichrackel trägt einen Ni-P/SiC-Überzug mit einer Dicke von 70 Mikron, dessen SiC-Partikel kleiner als 5 Mikron sind.
Die verchromte Streichrackel trägt einen Cr-Überzug mit einer Dicke von 35 Mikron.
Alle Streichrackel sind auf 40 Grad abgeschrägt.
Testbedingungen:

Streichmaschine "off-line" 4 Köpfe, Tests mit Kopf 4 (Filzseite der Bildung des Blatts), Typ MHI-Beloit S-matic, angestrebtes Strichgewicht: 10 g/m² pro Kopf. Papier Typ A2 (Kunstpapier), endgültige Flächenmasse 127,9 g/m², Geschwindigkeit 950 m/min. Streichmasse: 62–63% Feststoffanteil, Viskosität 700–800 cps. Winkel der Streichrackelhalterung: 43,2 Grad. Rolle Nr. 8 gestrichen mit Kopf 4 und verchromter Streichrackel. Rolle Nr. 11 gestrichen mit Kopf 4 und erfindungsgemäßer Streichrackel. Nach dem Streichen werden die Rollen hochsatiniert, anschließend werden quantitative Messungen ausgeführt, um die Oberfläche des gestrichenen Papiers zu charakterisieren.

Die Resultate der "Filz"-Oberfläche gehen aus der untenstehenden Tabelle 3 hervor: Tabelle 3
Es ist festzustellen, dass mit der erfindungsgemäßen Streichrackel Resultate erzielt werden, die hinsichtlich des Glanzgrades gleichwertig sind mit den Resultaten, die mit der verchromten Streichrackel erzielt werden, dessen Material frei von verstärkenden Phasen ist, während hinsichtlich der Oberflächenglätte die mit der verchromten Streichrackel erzielten Ergebnisse übertroffen werden.
Diese Feststellungen sind gänzlich unerwartet: Ein erfindungsgemäßer Überzug zeigt bei mikroskopischer Analyse der im Lauf des Tests verschlissenen Oberfläche eine präferentielle Erosionstopographie der Matrix, wie dies aus 6a ersichtlich ist. Dieses Verschleißmuster wird somit nicht auf die Oberfläche des gestrichenen Papiers übertragen. Im Gegensatz dazu weist die verschlissene verchromte Streichrackel praktisch keine unterschiedliche Erosion seiner Oberfläche auf, wie dies 6b zeigt, die erzielte Papierqualität ist aber geringer.
Die oben beschriebenen Tests zeigen, dass die Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel sehr gute Leistungen aufweist, was die Qualität der gestrichenen Oberfläche betrifft. Überraschenderweise ist festzustellen, dass die mit den Ni-P-SiC-beschichteten Streichrackel gestrichene Papier von ausgezeichneter Qualität ist und insbesondere keine Mikro-Streifen aufweist, obwohl dieser Überzug erkennbare harte Partikel aufweist, die auf gleicher Höhe mit der Oberfläche der Ni-P-Matrix liegen oder von dieser vorragen.
Mit einer geringen Dicke des Ni-P-SiC-Überzugs in der Größenordnung von 30 μm liegt die Lebensdauer der Streichrackel nur geringfügig über derjenigen einer Streichrackel aus nicht beschichtetem Stahl, während man mit einem dickeren Überzug in die Nähe der Lebensdauer einer Streichrackel mit Keramiküberzug gelangt, und dies mit höheren Leistungen, was die Qualität betrifft.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Streichrackel, gekennzeichnet durch einen Schritt einer chemischen Koabscheidung, auf den funktionellen Teil eines Streichrackel-Bandes aus Stahl, eines Überzugs einer Dicke von 30 bis 500 μm, welcher eine Matrix auf Nickelbasis und Partikel, die aus einem Material mit einer Härte ≥ 8 auf der Mohs-Skala bestehen, umfasst, und durch einen späteren Schritt des Zerschneidens des Streichrackel-Bandes in Streichrackeln.
Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Streichrackel-Band in ein Bad getaucht wird, das mindestens ein Nickelsalz, ein Reduktionsmittel von Ni⁺⁺ und in Suspension befindliche Partikel, welche unter Keramik-, Diamant- oder Carbid-Partikeln gewählt werden, welche durch das Ablagerungsbad benetzbar sind, gegenüber dessen Bestandteilen inaktiv sind, und im wesentlichen nicht katalytisch sind, umfasst, wobei der Anteil der Partikel im Bad zwischen 5 und 50 Vol.% beträgt.
Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel von Ni⁺⁺ unter den Hypophosphiten, den Aminoboranen und den Borohydriden gewählt wird.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad ebenfalls Partikel eines festen Schmiermittels, insbesondere PTFE-Partikel in Suspension enthält.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Streichrackel-Band während dem Schritt der chemischen Koabscheidung teilweise maskiert ist, um den zu überziehenden funktionellen Teil abzugrenzen.
Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Streichrackel-Band auf einen Träger aufgerollt wird, insbesondere auf ein Trägerrad, zu einer spiralförmigen Wicklung, wobei die Windungen der Wicklung durch ein dazwischenliegendes Band voneinander getrennt sind.
Verfahren gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des aufgewickelten Streichrackel-Bandes während des Koabscheidungsschrittes in eine regulierende Bewegung versetzt ist.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Koabscheidungsschritt das Streichrackel-Band einer Vorbereitung unterzogen wird, die eine Reinigung und/oder eine Entfettung und/oder ein Bürsten und/oder ein Elektropolieren und/oder eine anodische Behandlung umfasst.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Koabscheidungsschritt das Streichrackel-Band oder die Streichrackel einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb 220°C unterzogen wird.
Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Wärmebehandlung zwischen 290°C und 650°C ausgeführt wird.
Streichrackel, die auf dem funktionellen Teil der Streichrackel einen Überzug mit einer Dicke von 30 bis 500 μm trägt, der eine Matrix auf Nickelbasis und Partikel umfasst, die aus einem Material mit einer Härte ≥ 8 auf der Mohs-Skala bestehen und die in der genannten Matrix dispergiert sind.
Streichrackel gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix 2 bis 6 Gew.% B enthält.
Streichrackel gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix 5 bis 10 Gew.% P enthält.
Streichrackel gemäss einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug 5 bis 40 Vol.% Partikel enthält.
Streichrackel gemäss einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug eine Hv0.1-Härte von über 500 aufweist.
Streichrackel gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug eine Hv0.1-Härte ≥ 900 aufweist.
Streichrackel gemäss einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Partikel unter Aluminium-, Zirkonium-, Chromoxid, Siliziumcarbid und Diamant gewählt wird.
Streichrackel gemäss einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug eine Dicke von 30 bis 250 μm aufweist.
Streichrackel gemäss einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug auch Partikel eines festen Schmiermittels, insbesondere PTFE-Partikel, enthält.
Verwendung einer Streichrackel gemäss einem der Ansprüche 11 bis 19 zum Streichen von Papier.