FI83439B

FI83439B - Vals i pappersmaskin och foerfarande foer framstaellning av denna.

Info

Publication number: FI83439B
Application number: FI893970A
Authority: FI
Inventors: Ari Telama
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1989-08-24
Publication date: 1991-03-28
Also published as: FI83439C; CN1050065A; US5056220A; FI893970A0

Description

83439 1 Paperikoneen tela ja menetelmä sen valmistamiseksi

Vals i pappersmaskln och förfarande för framställning av denna 5

Keksinnön kohteena on paperinvalmistuksessa käytettävä tela, jonka telan sylinterivaipan päälle on muodostettu huokoinen pinnoite sekä menetelmä sen valmistamiseksi.

10

Keksinnön mukainen tela voi olla esimerkiksi puristimen keskitela tai kalanteritela, jonka kanssa raina on suoraan kosketuksessa ja josta ralna irrotetaan, tai tela, esim. uratela tai imutela (tai viiranjohto-tela, huovanjohtotela, levitystela), joka on suoraan kosketuksessa pape-j5 rikoneissa käytettyjen kudosten, kuten huopien ja viirojen kanssa, tai kuivatussylinteri, rullaimen tela tai kantotela.

Pinnoitettuja teloja käytetään paperikoneissa ja paperin jälkikäsittely-laitteissa hyvin erilaisissa käyttökohteissa. Käyttökohteista voidaan 20 mainita esim. puristlntelat, imutelat, kalenterien sekä superkalante- rien pehmeät telat ja vastaavat. Telan pinnoitteelle kohdistuu eri käyttökohteissa ja eri prosesseissa erilaisia laatuvaatimuksia. Tavanomaisia pinnoitteen laatutekijöitä ovat mm. kovuus tietyssä lämpötilassa, lämpötilan kestävyys, puristuksen kestävyys, kemiallinen kestävyys, pin-25 nan slleys, kestävyys mekaanisia vaurioita vastaan, elastisuus, pinta-energia, paperin irrotusominaisuudet, sähkönjohtavuus ja vanhenematto-muus.

Tunnetusti paperikoneen puristinosassa käytetään kivitelaa, joka on tehty 30 graniitista. Graniitin suosio perustuu sen pintaominaisuuksiin, jotka . . saavat aikaan hallitun paperirainan irtoamisen kiven pinnasta. Lisäksi graniitti kestää hyvin kaapimen kuluttavaa vaikutusta. Graniitilla on kuitenkin eräitä haittoja. Luonnonmateriaalina sen ominaisuudet vaih-televat ja graniitin sisäiset viat ja taipumus halkeiluun muodostavat 35 vakavan esteen sen käytölle eräissä sovellutuksissa. Lisäksi graniitti-tela on painava, mikä lisää rakenteiden värähtelytaipumusta. Kivitelan 2 83439 1 paino heijastuu myös paperikoneen nostolaitteiden ja perustuksien mitoitukseen.

Ennestään tunnetaan myös synteettisiä kiviteloja, jotka periaatteessa ovat 5 polymeeripintaisia teloja, jossa kovakumin tai polyuretaanin sekaan on lisätty kivijauhetta, kuten kvartsihiekkaa. Näiden telojen haittana on ollut paperirainan liiallinen tarttuminen telan pintaan sekä huono mekaaninen kestävyys.

Ί0 Hakijan FI-patentissa 70 273 on esitetty puristintela, jonka pintakerros on muodostettu metallijauheen ja epäorgaanisen aineen seoksesta. Metallin tehtävänä on toimia sideaineena ja lisätä telapinnoitteen sitkeyttä. Epäorgaanisen aineen tehtävänä on saada aikaan kulumiskestävä, pinta-energialtaan sopiva pinta, koska telan pinnan pintaenergian on oltava 15 tietyissä rajoissa, jotta paperirainan irtoaminen puristintelan pinnasta on hallittua. Samantapainen tela on esitetty myös hakijan FI-patenttihakemuksessa 853544, jossa metallikomponentti on kromia sisältävä ruostumaton teräs, joka lisää teräksen korroosiokestävyyttä.

20 Hakijan FI-hakemuksessa n:o 882006 on esitetty tela, jossa pinnoitteen ulkopinta muodostuu karbiidi-rikkaista alueista ja näiden välissä olevista matriisialueista.

US-patentissa n:o 4 704 776 on esitetty paperikoneen puristintela, jossa 25 on metallirunko ja metallista koostuva peruspinnoite, joka on muodostettu metallirungon päälle, jonka laajenemiskerroin on pienempi kuin metallirun-gon pinnan ja jonka metallikerroksen päälle on muodostettu keraaminen kerros, jonka huokoisuus on 1-30 %.

30 Ennestään tunnetuissa teloissa ongelmana on aina ollut aikaansaada riittävän hyvät eri pinnanominaisuudet samanaikaisesti, jolloin ongelman on muodostanut mm. huokoisuus. Jos se on ollut liian pieni, sen pinnalla on ollut riittämätön veden retentio ja kastettavuus, jolloin märkä paperi-raina ei irtoa siitä tasaisesti. Jos se taas on ollut liian suuri, veden 35 retentiokyky on liian suuri, josta seuraa huonontunut vedenpoistokyky johtaen liian suureen paperin vesisisältöön, huonompiin lujuusominaisuuksiin ja kestävyyteen, josta on seurauksena käyttökelvoton tela.

3 83439 1 Kun ennestään on haluttu plenlhuokolsempi pinta lujuusominaisuuksien parantamiseksi, huokoset on tukittu muovitiivistyksellä pensseliä tai ruiskua käyttäen.

5 Mainitussa US-patentlssa 4 704 776 ongelma on ratkaistu siten, että pinnoitteen eri kerrosten huokoisuus on muodostettu erilaiseksi veden pidätyskyvyn säätelemiseksi.

Keksinnön tarkoituksena on edelleen kehittää FI-patenttihakemuksessa Ί0 882006 ja FI-patenttihakemuksessa 853544 esitettyjä teloja sekä FI-kuulutusjulkaisussa 70 273 esitettyä telaa paperirainan irtoamisen, korroosiokestävyyden ja lujuusominaisuuksien kannalta.

Keksinnön tarkoituksena on myös tekniikan tason telojen huokoisuuteen •J5 liittyvien ongelmien poistaminen kehittämällä telojen lujuusominaisuuksia Ilman, että paperin irtoamisominaisuudet kärsivät.

Näihin tavoitteisiin pääsemiseksi keksinnön mukainen tela on pääasiassa tunnettu siltä, että huokoset on tiivistetty sähkökemlallisesti 20 elektrolyytistä tehdyllä pinnoiteaineella.

Keksinnön mukainen menetelmä tämän telan pinnoitteen valmistamiseksi on puolestaan pääasiassa tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: 25 ensin muodostetaan huokoinen pinnoite sinänsä tunnetusti esim. termisesti ruiskuttamalla, jonka jälkeen huokoisen pinnoitteen sisään ja/tai päälle muodostetaan elektrolyyttinen pinnoite, joka tiivistää huokoiset huokoisten pohjasta huokoisten pintaan asti ja näiden yli muuttaen täten 30 pinnoitteen pintaominaisuuksia ja lujittaen tämän.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot on esitetty allvaatimukslssa.

Keksinnössä voidaan käyttää ennestään tunnetulla valutekniikalla val-35 mistettuja telarunkoja päätyineen ja akselitappeineen, jolla telarun-golla pääasiallisesti saadaan aikaan telan mekaaninen kestävyys, kun 4 83439 1 taas telan pintaominaisuudet ja pinnan kestävyys saadaan aikaan uudella tavalla.

Keksinnön mukaisen telan huokoinen pinta voidaan valmistaa useilla eri-5 laisilla menetelmillä, joita on kuvattu FI-patentissa 70 273 ja FI-patent-tihakemuksessa 833544, jolloin kuitenkin keksinnön mukaisen telan huokoisen pinnoitteen valmistus edullisimmin tapahtuu tekemällä pinnoite termisesti ruiskuttamalla.

-|Q Keksinnön mukaisen huokoisen pinnoitteen huokoiskoko on edullisesti 5-50 pm, ja huokosten tilavuusprosentti 4-30 Z huokoisesta pinnoitteesta ja pinnoitteen paksuus 0,2-1,5 mm.

Sähköä johtava, tai huokoinen huonosti sähköä johtava tai sähköä johta-Ί5 maton keraami-, metalli- tai metallikeraamitelapinnoite tiivistetään keksinnön mukaisesti sähkökemiallisesti.

Sähkökemiallisia pinnoitusmenetelmiä ovat esim. kromaus, nikkelöintl, sivelypinnoitus, sähkösinkitys, kuparin, tinan, kadmiumin, rodiumin, 20 lyijyn, hopean, messingin, pronssin sähkökemiallinen pinnoitus.

Kromaus tapahtuu pinnoitusaltaassa; siten kappale on upotettuna elektrolyyttiin. Elektrolyytti muodostuu vedestä, johon on liuotettu edullisessa suoritusmuodossa 250 g/1 CrO^ ja 2,5 g/1 I^SO^. CrO^rl^SO^ suh-25 teet vaihtelevat välillä 100:0,9 ja 100:1,3. Elektrolyytin lämpötila on välillä 35-70°C. Pinnoitettaessa tela kytketään katodiksi ja liukenematon lyijylevy anodiksi. Katodilla kulkevan virran tiheydeksi sääde- 2 tään noin 40-70 A/dm . Kuviossa 3 on havainnollistettu kromaustapahtu-maa.

30

Nikkelöinti on periaatteessa samankaltainen prosessi kuin kromauskln. Tyypillisiä nikkelöinnissä käytettäviä elektrolyyttejä ja nikkelöin-nin prosessiolosuhteita on esitetty taulukossa 1.

35

II

= 83439 1 TAULUKKO 1: Nlkkelöinciolosuhteec

Wattia Sulfamaatti Fluoboraatti 5 haude(a) haude haude

Koostumus, Oz per Gal 10 Nikkeli-sulfaatti, NiS04 6H20 ..... 30-55 ---- ----

Nikkeli-kloridi, NiCl2 6H20 ....... 4-8(a) 0-4 0-2

Nikkeli-sulfamaatti, Ni(S03NH2)2....... 35-60 ----

Nikkeli-fluoboraatti, Ni(BF4)2 ........ ···· 30-40

Kokonaisnikkelimäärä (met.) ....... 7,7-14,2 8,2-15 7,6-10,5 15 Boorihappo, H^BO^ ................. 4-6 4-6 2-4

Syövytysestoaineita ............... (b) (b) (b) Käyttöolosuhteet 20 PH ................................ 1,5-5,2 3-5 2,5-4 Lämpötila, F ...................... 115-160 100-140 100-160

Virrantiheys, amp per sq ft ....... 10-100 25-300 25-300

Pinnoitteiden mekaaniset ominaisuudet 25 Jännityslujuus, 1000 pel .......... 50—100 55-155 55-120

Kovuus (Vickers)................... 100—250 130—600 125—300

Venymä 2 in. , TL ................... 10-35 3-30 5-30

Rasitus, 1000 psi ................. 15-30 0,5-16 13-30 30 35 6 83439 1 Muita sähkökemiallisia pinnoitusmenetelmiä on esitetty teoksen Metals Handbook, Voi. 2 (8th edition) sivuilla 409-489.

Sivelypinnoitus on sähköpinnoitusmenetelmä kuluneiden, korrodoitunei-5 den tai muuten vaurioituneiden pintojen paikkalliseen korjaukseen. Erilaisia pinnoitevaihtoehtoja on valittavana useita ja näillä saavutetaan hyvin erilaisia ominaisuuksia. Sivelypinnoituksella aikaansaadaan kulumis- ja korroosiokestäviä pinnoitteita, ts. erittäin kovia, tiiviitä, hyvin kiinnittyneitä ja korroosion kestäviä pintoja.

10

Pinnoitetta on valittavana noin 60 erilaista. Taulukossa 2 on esitetty erilaisia saatavissa olevia pinnoitematerlaaleja. Yleisimmin käytettyjä pinnoitteita ovat nikkeli- ja kuparipinnoitteet.

15 Kyseisellä menetelmällä saadaan siis kovia, tarkkamittaisla ja korkealaatuisia pinnoitteita. Ne muodostuvat nopeasti, ovat tiiviitä ja hyvin kiinnitarttuneita ja lisäksi keksinnön mukaisella menetelmällä tehdyt pinnoitteet suojaavat telan runkoa korroosiolta paremmin.

20 Sähkökemiallisesti tehty pinnoite on tiiviimpi kuin ruiskutuspinnoi-te, jota eroa keksinnössä on hyödynnetty pintaominaisuuksien muodostamisessa.

Edelleen keksinnössä on huomioitu, että huokosten tukkimisessa tulee 25 käyttää tähän sopivia sähkökemiallisen pinnoituksen prosessiparamet-rejä, jotka huomioivat esim. sen, että pinnoitettava "tehollinen" pinta-ala on pienempi kuin ilman ruiskutuskerrosta olevalla kappaleella.

30

II

35 7 83439 1 TAULUKKO 2: Eri pinnoite-elektrolyytit

Jalot metallielektrolyytit

Antimoni Gallium

Arseeni Kulta 5 Vismutti Kulta (for undercoating)

Kadmium (acid) Kulta (hard alloy)

Kadmium LHE Kulta (neutral)

Kadmium (alkaline) Kulta antimony (1 %)

Kromi (neutral) Kulta (acid)

Kromi (acid) Indium

Koboltti (machinable) Indium B

Koboltti (semi-bright, heavy build) Palladium ^0 Kupari (acid) Palladium E.G.

Kupari (high speed acid) Platina

Kupari (for alloying) Renium

Kupari (heavy build, alkaline) Radium

Kupari (DILItho) Radium (low stress)

Kupari (neutral) Rutenium

Kupari (alkaline) Hopea 15 Rauta Hopea E.G.

Rauta (semibright, high leveling) Hopea (heavy build)

Lyijy _

Lyijy (for alloying) Seoselektrolyytit

Lyijy (acid) _

Nikkeli (acid) Babbit (heavy build)

Nikkeli (high temperature) Babbit

Nikkeli (low stress) Kromi (cap)

Nikkeli (special) Koboltti-Wolframi

Nikkeli (acid, heavy build) Rauta (black)

Nikkeli (semi-bright, high leveling) Nikkeli (black)

Nikkeli (high speed) Nikkeli-Wolframi

Nikkeli XHB Nikkeli-Koboltti

Nikkeli "M" (for magnesium) Nikkeli-Wolframi"D"

Nikkeli (neutral) Tina-Antimoni 25 Tina (acid) Tina-indium (80/20)

Tina (alkaline) Tina-lyijy (60/40)

Sinkki (alkaline) Tina-sinkki

Sinkki (acid) 30 35 8 83439 1 Seuraavassa keksintöä valaistaan vielä oheisten kuvioiden avulla, joiden ei ole tarkoitettu rajoittavan keksintöä.

Kuviossa 1 on esitetty sivelypinnoituksen periaate.

5

Kuviossa 2A-2C on esitetty poikkileikkauskuvia telan pinnoitteesta sitä mukaa kuin elektrolyyttipintaa muodostetaan huokoisen pinnoitteen päälle.

Kuviossa 3 on esitetty kromaus sähkökemiallisena pinnoitusmenetelmänä.

10

Kuviossa 1 on esitetty laite, jota voidaan käyttää keksinnössä huokoisen pinnoitteen lujittamiseksi. Sivelypinnoituksessa tarvitaan virtalähde 1, anodipidin 2 ja anodi 3 sekä erilaisia elektrolyyttejä, joita johdetaan anodiin esim. johdon 4 kautta. Työkappale 7 (pinnoitettava tela) yhdis-15 tetään kuvion 1 mukaisesti tasasuuntaajaan 5 negatiiviseen napaan katodiksi ja työkalu 3 positiiviseen napaan anodiksi. Pinnoite-elektrolyytti tuodaan työkohteeseen 7 joko pumpun 6 avulla hiillelektrodin läpi tai kastamalla työkalua 3 aika ajoin elektrolyyttiin. Anodimateriaalina käytettävän grafiitin päällä on huokoista materiaalia, johon elektro-20 lyytti imeytyy. Kun työkalu 3 (anodi) ja työkappale 7 (katodi) koskettavat toisiaan, sulkeutuu sähköinen piiri ja elektrolyytin sisältämä metalli saostuu työkappaleen 7 pinnalla eli tela 7 pinnoittuu. Pinnoitettaessa täytyy työkalun 3 ja työkappaleen 7 olla liikkeessä toisiinsa nähden. Käytännössä tämä järjestetään yleensä niin, että työkappaleen 25 ollessa pyörähdyskappale, kuten pyörivä tela keksinnössä, sitä pyöritetään anodin 3 pysyessä paikallaan. Vaadittava anodi- katodi-liikenopeus on luokkaa 10-20 m/min.

Kuviossa 2A on esitetty poikkileikkaus telasta 7, johon jo on muodostettu 30 huokoinen pinnoite 8. Telarunkoa on merkitty viitenumerolla 9. Elektrolyyttiä 10 tuodaan huokoisen pinnoitteen päälle liikuteltavalla anodilla 3 ja elektrolyyttisen pinnoitteen kasvu alkaa huokosen 11 pohjalla.

Kuviossa 2B on esitetty elektrolyyttisen pinnoitteen kasvu huokosissa.

Kuviossa 2C on näytetty kuinka elektrolyyttinen pinnoite kasvaa pintaan

II

35 » 83439 1 asti, jolloin se muuttaa pintaominaisuudet, tiivistää huokoset ja lujittaa ruiskutetun huokoisen kerroksen 8.

Kuviossa 3 on esitetty laite, jolla voidaan suorittaa telalle kromaus.

5 Kromaus tapahtuu pinnoltusaltaassa. Siten kappale on upotettuna elektrolyyttiin. Pinnoitettaessa tela 7 kytketään katodiksi ja liukenematon lyijylevy 14 anodiksi.

Keksinnössä on oivallettu käyttää hyväkseen sähkökemiallisella ja 10 ruiskutuspinnoitteella saatavia eri etuja yhdistelemällä näitä sopivasti, jolloin saadaan paperirainan parempi irtoaminen, parempi kor-rooslokestävyys sekä paremmat pinnoitteen lujuusominaisuudet (isku- ja nipplkuormlen kestävyys) aiemmin tunnettuihin teloihin nähden.

15 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

20 25 30 35

Claims

1. Paperinvalmistuksessa käytettävä tela, jonka telan sylinterivaipan päälle on muodostettu huokoinen pinnoite, tunnettu siitä, että 5 huokoset on tiivistetty sähkökemiallisesti elektrolyytistä tehdyllä pinnoiteaineella.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siltä, että huokoinen pinnoite on keraami-, metalli- tai metalli-keraamipinnoite.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tela, tunnettu siitä, että huokoisen pinnoitteen huokoisuus on 4-50 TL ja huokoskoko 5-50 pm.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tela, tunnettu 15 siltä, että elektrolyytistä saostettu aine on esim. Cr, Ni, Ni+Cr, Ni+W, Ni+P, Co+Ni, Co+W, Cu, Zn, Sn sekä näiden seokset keskenään, tai muiden alkuaineiden kanssa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen tela, tunnettu siitä, 20 että elektrolyyttipinta ulottuu huokoisten pintaan asti tai edullisesti jopa 10 um yli huokoisesta pinnasta.

6. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen telan pinnoitteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat 25 vaiheet: ensin muodostetaan huokoinen pinnoite sinänsä tunnetusti esim. termisesti ruiskuttamalla, jonka jälkeen huokoisen pinnoitteen sisään ja/tal päälle muodostetaan elektrolyyttinen pinnoite, joka tiivistää huokoset huokos-30 ten pohjasta alkaen huokosten pintaan asti ja edullisesti näiden yli muuttaen täten pinnoitteen pintaominaisuuksia ja lujittaen tämän.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen pinnoite on keraami-, metalli- tai metalli-keraami- 35 pinnoite. il il 83439

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoisen pinnoitteen huokoisuus on 4-50 % ja huokoskoko 5-50 pm.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että elektrolyytistä seostettu aine on esim. Cr, Ni, Ni+Cr, Ni+W, Ni+P, Co+Ni, Co+W, Cu, Zn, Sn sekä näiden seokset keskenään, tai muiden alkuaineiden kanssa.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että elektrolyyttipinta ulottuu 10 pm yli huokoisesta pinnasta. 15 20 25 30 35 83439