EP0054165A2 - Druckwalze in Verbundkörperbauweise - Google Patents

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EP0054165A2
EP0054165A2 EP81109192A EP81109192A EP0054165A2 EP 0054165 A2 EP0054165 A2 EP 0054165A2 EP 81109192 A EP81109192 A EP 81109192A EP 81109192 A EP81109192 A EP 81109192A EP 0054165 A2 EP0054165 A2 EP 0054165A2
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WC Heraus GmbH and Co KG
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N1/00—Printing plates or foils; Materials therefor
    • B41N1/006—Printing plates or foils; Materials therefor made entirely of inorganic materials other than natural stone or metals, e.g. ceramics, carbide materials, ferroelectric materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
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    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12049—Nonmetal component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/12063—Nonparticulate metal component

Definitions

  • Patent and utility model auxiliary application
  • the invention relates to a pressure roller according to the preamble of the main claim and comprises a method for producing a composite body therefor.
  • a copper layer approximately 1 mm thick is electrolytically deposited on the circumference of the steel cylinder as a carrier. In order to keep the layer smooth and to compact it at the same time, it is compacted by a moving agate roller during about 15 hours of layer growth. A silver layer is then placed on this copper layer as a separating layer. A further copper layer is then also electrolytically deposited over the silver layer. After the usual photolythographic operations, the gravure pits are etched with a chemical etchant. The depth of the rotogravure pits is approximately 20 to 30 ⁇ m.
  • the outer jacket is removed mechanically from the printing roller, in particular with the aid of pliers, a new layer of silver is applied and a copper layer is deposited thereon again, with which the gravure cylinder for the Photo exposure and the etching of another cliché template is available again.
  • the object of the invention is to provide a pressure roller with a composite structure in such a way that the outer jacket can be removed easily and without damage to the roller by anyone.
  • the outer layer no longer has to be removed mechanically, there is no risk of damage to the roller carrier.
  • a pressure roller was produced in a composite structure using a conventional steel cylinder as a support and thereon without an intermediate layer such as silver, a layer deposited from TiO 1 94-1.96 with 3% platinum in the form of fine particles, mixed uniformly and attached to the titanium oxide separation and then applied by plasma spraying.
  • the precious metal was evenly distributed on the grains of the titanium oxide throughout the layer.
  • the layer is dense and has a smooth, high surface quality with a roughness depth of less than 25 gm, approximately from 5 to 15 ⁇ m, and the layer thickness produced was in the range of approximately 100 ⁇ m, especially after mechanical processing such as grinding and polishing.
  • the roller was operated with good success and it has been found that copper can be deposited on the roller very quickly and easily cathodically and then anodically detached again by electrical polarity reversal.
  • a steel cylinder with a diameter of about 200 to 400 mm and a length of up to about 2000 mm is after conventional pretreatment, such as. B. sandblasting using a plasma torch, type F 4 (company Plasmatechnik), with the activated powder, d. h . Titanium oxide coated with platinum attached to it. Instead of platinum, iridium or ruthenium was also mixed as oxide with the valve metal oxide and deposited evenly distributed.
  • the other platinum group precious metals and gold and silver are also suitable. They also fulfill the requirement of being electrically conductive and electrochemically active, which also applies to the oxides of the platinum metal group mentioned.
  • the electrical conductivity generally increases with an increasing percentage of precious metal in the mixed or combined powder: matrix plus active particles. On the other hand, one will be tempted to limit the share due to the high price of the precious metals.
  • the valve metal oxide is of a conventional type, e.g. B. as the commercially available titanium oxide under the trade name "Amperit" (Starck).
  • the conditions of the plasma spraying process were current 400 A, voltage 70 volts, plasma gas nitrogen 26 1 per minute, hydrogen 2 1 per minute, spraying distance 150 mm.
  • a conventional light sample spraying process can also be used.
  • a copper layer is then galvanically deposited on the spray layer, e.g. B. with an electrolyte of 0.5 N copper sulfate solution in 5% sulfuric acid.
  • the electrolysis conditions were chosen as follows: The chosen production has brought the advantages mentioned in the description.
  • the inventors see it above all that the electrochemically active particles are connected to the inert and electrically conductive matrix material in the respective electrolyte before application by one of the thermal spray processes mentioned.
  • a pressure roller is shown in composite body construction, which has a carrier 1 and a layer 2, which is composed according to the main claim.

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Abstract

Druckwalze in Verbundkörperbauweise, insbesondere mit Mehrschichtenaufbau und Verfahren zu Ihrer Herstellung durch bestimmte thermische Spritzverfahren. Auf einem Träger wird eine Schicht aus Verbundkörpern aufgespritzt, die aus einem im jeweiligen Elektrolyten inerten, elektrisch leitenden Matrix-material, z. B. Ventilmetalloxid besteht, an dem vor dem Aufspritzen elektrochemisch aktive Teilchen aus einem Metall der Platingruppe oder anderem Edelmetall regelmäßig über deren Oberfläche verteilt angelagert wurden.

Description

    Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung "Druckvalze in Verbundkörperbauweise"
  • Die Erfindung betrifft eine Druckwalze gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers hierfür.
  • Bisher war es üblich, Druckwalzen, wie sie insbesondere in der Tiefdrucktechnik verwendet werden, aber auch bei Kopiergeräten und dergleichen, dadurch herzustellen, daß man Stahlzylinder relativ großer Länge mechanisch bearbeitet, poliert und genauestens auswuchtet, da sie im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit umlaufen müssen. Es handelt sich bei derartigen Walzen im wesentlichen um sehr dickwandige Zylinder, da die mechanischen Anforderungen bei den hohen Druckgeschwindigkeiten erheblich sind.
  • Auf den Stahlzylinder als Träger wird eine Kupferschicht von etwa 1 mm Dicke auf dessen Umfang elektrolytisch niedergeschlagen. Um die Schicht glatt zu halten und gleichzeitig zu verdichten, wird sie während eines etwa 15 Stunden dauernden Schichtwachstums durch eine mitlaufende Achatrolle verdichtet. Auf diese Kupferschicht kommt dann eine Silberschicht als Trennschicht. Über der Silberschicht wird sodann ebenfalls elektrolytisch eine weitere Kupferschicht abgeschieden. Nach den üblichen photolythographischen Arbeitsgängen erfolgt die Ätzung der Tiefdruckgruben mit einem chemischen Ätzmittel. Die Tiefe der Tiefdruckgrubcn beträgt etwa 20 bis 30 µm.
  • lm Betrieb wird vor der Druckwalze, nachdem die erforderliche Auflage einer Zeitschrift oder dergleichen gedruckt ist, der äußere Mantel von der Druckwalze mechanisch, insbesondere unter Zuhilfenahme von Zangen, abgenommen, eine neue Silberschicht aufgebracht und erneut eine Kupferschicht darauf abgeschieden, womit der Tiefdruckzylinder für die Fotobelichtung und die Ätzung einer weiteren Klischeevorlage erneut bereitsteht.
  • Der wesentliche Nachteil ist bei diesem Verfahren, welches über viele Jahrzehnte hinweg praktiziert wurde, vor allem, daß es nicht einfach ist, den äußeren Mantel abzuziehen und daß dabei Beschädigungen des Walzenträgers häufig auftreten. Dies wiederum erfordert Nacharbeiten der Druckwalze im Herstellerwerk, Ausbau und Wiedereinbau am Aufstellort der Druckmaschine, Transportkosten und weitere Kosten.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Druckwalze in Verbundkörperbauweise derart, daß der äußere Mantel leicht und ohne Schaden für die Walze von jedermann entfernbar ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch den besonderen Schichtaufbau des Verbundkörpers, der gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung auf einfachste Weise hergestellt werden kann.
  • Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung sind:
    • Eine wesentliche Zeitersparnis für den Schichtaufbau, was der Tiefdrucktechnik neue Anwendungsgebiete eröffnet.
  • Die Außenschicht muß nicht mehr mechanisch entfernt werden, es entfällt die Gefahr von Beschädigungen des Walzenträgers.
  • Hohe Materialkosteneinsparung, insbesondere an teueren Edelmetallen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein. In einer Ausführung der Erfindung wurde eine Druckwalze in Verbundkörperbauweise hergestellt mit einem üblichen Stahlzylinder als Träger und darauf ohne Zwischenschicht wie Silber, eine Schicht abgeschieden aus TiO1 94 - 1,96 mit 3 % Platin in Form feiner Teilchen gleichmäßig vermischt und angelagert an der Titanoxidtrennung und danach im Plasmaspritzverfahren aufgebracht. Das Edelmetall war gleichmäßig verteilt an de.n Körnern des Titanoxids in der gesamten Schicht vorhanden. Die Schicht ist dicht und von glatter hoher Flächenbeschaffenheit mit einer Rautiefe kleiner als 25 gm, etwa von 5 - 15 µm und die erzeugte Schichtdicke lag im Bereich von etwa 100 µm, insbesondere nach mechanischer Bearbeitung wie Schleifen und Polieren. Die Walze wurde mit gutem Erfolg betrieben und es hat sich herausgestellt, daß man Kupfer auf der Walze sehr schnell und einfach kathodisch niederschlagen und durch elektrisches Umpolen danach anodisch wieder ablösen kann.
  • Man hat festgestellt, daß eine Druckwalze in dieser Verbundkörpcrbauweise mehr als 125 Zyklen'für das Aufbringen und Entfernen von Kupferschichten durchstehen kann.
  • Beispiel einer Herstellung:
    • Das Matrixmaterial wie Titanoxid wird z. B. in einem Wirbelbett durch Spritzen hergestellt, wobei das Salz in einem Nebel im Gegenstrom auf das Wirbelbett gespritzt wird. Dabei werden die Teilchen des Matrixmaterials sehr homogen mit aktivem Material bedeckt, d. h., daß die Teilchen des aktiven Materials regelmäßig verteilt auf der Oberfläche der Matrixkörner liegen. Bei dem Verfahren wird also das Matrixmaterial wie Titanoxid in Form von Pulver (Körnung) verwendet, wobei das aktive Material aus Edelmetall wie Platin in Form eines Salzes in einem leichtdestilierbaren Lösungsmittel aufgelöst wird.
  • Beispiel':
    • 2,5 g Hexachloroplatinat werden in 120 ml Metanol gelöst. In einer Eindampfschale werden 100 g nichtstöchiometrisches Titanoxid mit Korngröße -100 +37 mym abgewogen. Dann wird zu diesem Titanoxid die Lösung zugegeben und anschließend wird unter ständigem Rühren über einem Wasserbad das Metanol abgedampft. Wenn das Pulver fast trocken ist, wird in einem Trockenschrank weitergetrocknet bei einer Temperatur von 105 °C. Nach zwei Stunden wird das Pulver dann aus dem Ofen genommen und mit einem Mörser leicht zerkleinert, so daß das entstandene Konglomerat wieder auf ursprüngliche Körngröße gebracht wird. Jetzt wird das Pulver in einem Tiegel im Muffelofen auf 550 °C 4 Stunden lang erhitzt. Wenn das Pulver aus dem Ofen kommt und abgekühlt ist, wird es mit einem Mörser leicht gemahlen bis zur ursprünglichen Korngröße. Dann wird das Pulver gesiebt und mit Korngröße -100 +37 mym als Spritzpulver zur Beschichtung benutzt.
  • Ein Stahlzylinder mit einem Durchmesser von etwa 200 bis 400 mm und einer Länge bis etwa 2000 mm wird nach üblicher Vorbehondlung, wie z. B. Sandstrahlen mittels eines Plasmabrenners, Typ F 4 (Firma Plasmatechnik), mit dem aktivierten Pulver, d. h. Titanoxid mit daran angelagertem Platin beschichtet. An Stelle von Platin wurde auch Iridium oder Ruthenium auch als Oxid mit dem Ventilmetalloxid gemischt und gleichmäßig verteilt angelagert. Auch die anderen Edelmetalle der Platingruppe und Gold und Silber sind geeignet. Sie erfüllen ebenfalls die Bedigung gut elektrisch leitend und elektrochemisch aktiv zu sein, was auch für die erwähnten Oxide der Platinmetallgruppe gilt. Die elektrische Leitfähigkeit steigt in der Regel mit zunehmendem Prozentgehalt an Edelmetall in dem vermischten bzw. verbundenen Pulver: Matrix plus aktive Teilchen. Andereseits wird man wegen des hohen Preises der Edelmetalle versucht sein, den Anteil zu begrenzen. Das Ventilmetalloxid ist üblicher Art, z. B. wie das käuflich erhältliche Titanoxid unter dem Handelsnamen "Amperit" (Firma Starck).
  • Die Bedingungen des Plasmaspritzverfahrens waren Stromstärke 400 A, Spannung 70 Volt, Plasmagas Stickstoff 26 1 pro Minute, Wasserstoff 2 1 pro Minute, Spritzabstand 150 mm.
  • An Stelle des Plasmaspritzverfahrens kann auch ein übliches Lichtprobenspritzverfahren angewendet werden.
  • Auf der Spritzschicht wird dann eine Kupferschicht galvanisch niedergeschlagen, z. B. mit einem Elektrolyt der 0,5 N-Kupfersulfatlösung in 5 % Schwefelsäure enthält. Die Elektrolysebedingungen wurden wie folgt gewählt:
    Figure imgb0001
    Die gewählte Herstellung hat die in der Beschreibung erwähten Vorteile gebracht.
  • Für den Erfolg maßgebend sehen es die Erfinder vor allem an, daß die elektrochemisch aktiven Teilchen vor dem Aufbringen durch eines der erwähnten thermischen Spritzverfahren mit dem im jeweiligen Elektrolyten inerten und elektrisch leitenden Matrixmaterial verbunden ist.
  • In der beigefügten Zeichnung ist eine Druckwalze in Verbundkörperbauweise dargestellt, die einen Träger 1 und eine Schicht 2 aufweist, welche gemäß dem Hauptanspruch zusammengesetzt ist.

Claims (7)

1. Druckwalze als Verbundkörper mit einem metallischen Träger und einer darauf aufgebrachten Schicht, die gegenüber dem Betriebs-Elektrolyt inert ist und die elektrisch leitend und elektrochemisch aktiv ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht gebildet ist aus einer Matrix aus einem Oxid eines Ventilmetalls wie Titan, Tantal, Niob, in der Edelmetall-Teilchen homogen verteilt sind.
2. Druckwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schicht Teilchen aus Platin in einer Matrix aus Titanoxid (TiO2-x) enthält, wobei x = 0,04 bis 0,06 beträgt.-
3. Druckwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Matrix aus unterstöchiometrischem Titanoxid in Form von Körnchen aufweist, an denen Platin-Teilchen in einer.Menge von 0,1 - 10 % vorzugsweise 1 - 5 %, bezogen auf die Matrixmasse, angelagert sind.
4. Druckwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht gegenüber dem Betriebs-Eelktrolyten dicht ist und ihre Dicke 50 bis 1 mm beträgt, insbesondere zwischen 50 und 150 µm, vorzugsweise etwa zwischen 80 und 120 pm beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers für eine Druckwalze, bei der auf einem Träger eine Schicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber dem Betriebs-Elektrolyten inerten und die elektrisch leitenden Teilchen für diese Schicht vor dem Aufbringen mit elektrochemisch aktiven Teilchen verbunden werden und diese Verbundteilchen dann durch ein thermisches Spritzverfahren auf den Träger aufgebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisches Spritzverfahren ein Plasmaspritzverfahren verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisches Spritzverfahren ein Lichtbogenspritzverfahren verwendet wird.
EP81109192A 1980-12-12 1981-10-29 Druckwalze in Verbundkörperbauweise Expired EP0054165B1 (de)

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