ITMI990394A1

ITMI990394A1 - FINISHING OF TUNGSTEN CARBIDE SURFACES

Info

Publication number: ITMI990394A1
Application number: IT1999MI000394A
Authority: IT
Inventors: Frank H Phillips
Original assignee: Imation Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-08-26
Also published as: IT1309644B1

Description

Titolo: Finitura di superfici di carburo di tungsteno Title: Finishing of tungsten carbide surfaces

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo dell'invenzione Field of the invention

La presente invenzione si riferisce in generale ad un metodo per la finitura di superfici di carburo di tungsteno e ad articoli aventi una superficie in carburo di tungsteno rifinita. In particolare, l'invenzione è diretta ad un metodo per la finitura di superfici di carburo di tungsteno mediante contatto della superficie di carburo di tungsteno con una serie di elementi abrasivi via via più fini. The present invention relates in general to a method for finishing tungsten carbide surfaces and to articles having a finished tungsten carbide surface. In particular, the invention is directed to a method for finishing tungsten carbide surfaces by contacting the tungsten carbide surface with a series of gradually finer abrasive elements.

Stato dell'arte dell'invenzione· State of the art of the invention

Le composizioni di carburo di tungsteno sono risultate utili nel fornire superfici dure e durevoli. Un'applicazione particolarmente importante per tali superfici è negli utensili, quali i rulli di calandratura utilizzati nei processi manufatturieri. Comunque, molti utensili richiedono superfici con finiture molto lisce. In particolare, i rulli di calandratura utilizzati per applicare rivestimenti magnetici su nastro presentano requisiti di liscezza molto stringenti, ad esempio una rugosità superficiale media quadratica pari a circa 25 nm o meno. La rugosità superficiale media quadratica è una misura della struttura superficiale tipica riscontrata sull'oggetto. Deformità superficiali nel rullo di calandratura, quali figure di attacco e asperità (ad esempio particelle che sporgono dalla superficie) si trasferiranno al rivestimento magnetico durante il processo di rivestimento. Comunque, la superficie del nastro magnetico, dopo che è stato applicato il rivestimento magnetico, dovrebbe essere molto liscia per ridurre il rumore provocato dalle deformità superficiali. Tungsten carbide compositions have been found to be useful in providing hard and durable surfaces. A particularly important application for such surfaces is in tools, such as calendering rolls used in manufacturing processes. However, many tools require surfaces with very smooth finishes. In particular, the calendering rolls used to apply magnetic coatings on web have very stringent smoothness requirements, for example a square mean surface roughness of about 25 nm or less. The square mean surface roughness is a measure of the typical surface structure found on the object. Surface deformities in the calendering roll, such as etching patterns and roughness (e.g. particles protruding from the surface) will transfer to the magnetic coating during the coating process. However, the surface of the magnetic tape, after the magnetic coating has been applied, should be very smooth to reduce the noise caused by surface deformities.

Anche altri processi di fabbricazione necessitano di rulli calandratori, che, sebbene spesso non necessitano della precisione dei rulli per nastri magnetici, dovrebbero presentare una superficie relativamente liscia. Inoltre, superfici lisce realizzate utilizzando un materiale duro e durevole possono essere utili in altre applicazioni, ad esempio in ottica. Other manufacturing processes also require calender rolls, which, while often not requiring the accuracy of magnetic tape rolls, should have a relatively smooth surface. In addition, smooth surfaces made using a hard and durable material can be useful in other applications, such as in optics.

Attualmente, i rulli calandratori nell'industria delle pellicole magnetiche presentano rivestimenti cromati, i quali hanno anch'essi superfici relativamente lisce. Comunque, questi rivestimenti sono relativamente teneri e si usurano rapidamente. Inoltre, le superfici cromate tendono anche a presentare crepe che danno alla superficie l'aspetto al microscopio di un letto asciutto di lago. Queste crepe possono essere trasferite al nastro magnetico. In più, si è riconosciuto che il cromo è pericoloso dal punto di vista ambientale ed esso è ora soggetto a regolamentazione. Così, sussiste il bisogno di un 'alternativa. Currently, calender rolls in the magnetic film industry have chrome coatings, which also have relatively smooth surfaces. However, these coatings are relatively soft and wear out quickly. In addition, chrome surfaces also tend to have cracks which give the surface the microscopic appearance of a dry lake bed. These cracks can be transferred to the magnetic tape. In addition, chromium has been recognized to be environmentally hazardous and is now subject to regulation. Thus, there is a need for an alternative.

Un potenziale sostituto del cromo è il carburo di tungsteno che forma un rivestimento superficiale più duro e più durevole per rulli calandratori e altri utensili. Rivestimenti adatti di carburo di tungsteno comprendono spesso fino al 40 % in peso di altri metalli, quali cromo, cobalto, e nichel. L'aggiunta di questi metalli conferisce spesso al rivestimento di carburo di tungsteno proprietà migliorate, quali durevolezza, durezza, e maggior coesione con il substrato. A potential replacement for chromium is tungsten carbide which forms a harder and more durable surface coating for calender rolls and other tools. Suitable coatings of tungsten carbide often comprise up to 40% by weight of other metals, such as chromium, cobalt, and nickel. The addition of these metals often gives the tungsten carbide coating improved properties, such as durability, hardness, and greater cohesion with the substrate.

Comunque, questi rivestimenti in carburo di tungsteno sono spesso sensibili agli attuali metodi di finitura e si sono riscontrate difficoltà nel raggiungere le necessarie specifiche di rugosità superficiale, in particolare quando si deve ottenere un profilo relativamente uniforme. Un pericolo quando si tenti di finire il carburo di tungsteno è la sovralavorazione (ad esempio utilizzare molti passaggi per finire la superficie) . La sovralavorazione di una superficie di carburo di tungsteno aumenta tipicamente la porosità della superficie man mano che porzioni della superficie vengono rimosse. Questo dà come risultato un aumento della rugosità superficiale media quadratica ed eventualmente l'introduzione di figure d’attacco. E' richiesto un metodo per finire superfici di carburo di tungsteno per ottenere la liscezza desiderata senza sovralavorare la superficie e raggiungere lo scopo desiderato. However, these tungsten carbide coatings are often sensitive to current finishing methods and difficulties have been encountered in achieving the necessary surface roughness specifications, particularly when a relatively uniform profile is to be achieved. One danger when trying to finish tungsten carbide is over-machining (e.g. using many passes to finish the surface). Over-machining a tungsten carbide surface typically increases the porosity of the surface as portions of the surface are removed. This results in an increase in the mean square surface roughness and possibly the introduction of attack figures. A method of finishing tungsten carbide surfaces is required to achieve the desired smoothness without overworking the surface and achieving the desired purpose.

Riassunto dell’invenzione Summary of the invention

Una forma di realizzazione dell'invenzione è un metodo per finire una superficie in carburo di tungsteno su di un cilindro che comprende il porre a contatto la superficie di carburo di tungsteno con un primo elemento abrasivo mentre il cilindro sta ruotando. Il primo elemento abrasivo è rivestito con particelle di graniglia ed è posizionato tra un supporto e la superficie di carburo di tungsteno. Il supporto e l'elemento abrasivo oscillano avanti e indietro ad una prima velocità di spazzolamento lungo la superficie di carburo di tungsteno. Questa oscillazione forma un primo disegno di tracciature sulla superficie di carburo di tungsteno ad un primo angolo rispetto all’asse di rotazione. Successivamente, la superficie di carburo di tungsteno viene fatta entrare in contatto con un secondo elemento abrasivo che presenta particelle di graniglia che sono più fini delle particelle di graniglia del primo elemento abrasivo. Il secondo elemento abrasivo è posizionato fra un supporto e la superficie dì carburo di tungsteno. Il supporto e il secondo elemento abrasivo oscillano avanti e indietro lungo la superficie ad una seconda velocità per formare un secondo disegno di tracciature sulla superficie ad un secondo angolo rispetto all'asse di rotazione del cilindro. Il primo ed il secondo angolo differiscono di almeno 15 gradi e uno fra il primo ed il secondo angolo spazia da circa 60 a circa 90 gradi e l'altro degli angoli spazia da circa 15 a circa 75 gradi. One embodiment of the invention is a method of finishing a tungsten carbide surface on a barrel which comprises contacting the tungsten carbide surface with a first abrasive member while the barrel is rotating. The first abrasive element is coated with grit particles and is positioned between a support and the tungsten carbide surface. The carrier and the abrasive element oscillate back and forth at a first brushing speed along the tungsten carbide surface. This oscillation forms a first pattern of traces on the tungsten carbide surface at a first angle with respect to the axis of rotation. Next, the tungsten carbide surface is contacted with a second abrasive element which has grit particles that are finer than the grit particles of the first abrasive element. The second abrasive element is positioned between a support and the tungsten carbide surface. The backing and second abrasive element oscillates back and forth along the surface at a second speed to form a second pattern of marks on the surface at a second angle to the rotation axis of the cylinder. The first and second angles differ by at least 15 degrees and one of the first and second angles ranges from about 60 to about 90 degrees and the other of the angles ranges from about 15 to about 75 degrees.

Un'altra forma di realizzazione della presente invenzione è un metodo per produrre una superficie in carburo di tungsteno avente una rugosità superficiale media quadratica di circa 25 nm o meno che comprende il porre a contatto la superficie in carburo di tungsteno con un elemento abrasivo avente particelle di graniglia. L'elemento abrasivo viene tenuto fra un supporto e la superficie di carburo di tungsteno. Il supporto e l'elemento abrasivo oscillano avanti e indietro lungo la superficie di carburo di tungsteno. Queste fasi vengono ripetute per ogni elemento abrasivo in una serie di elementi abrasivi fino a che la superficie di carburo di tungsteno ha una rugosità superficiale media quadratica pari a circa 25 nm o meno. Almeno uno degli elementi abrasivi nella serie presenta particelle di graniglia con un diametro medio di 3 μm meno. Another embodiment of the present invention is a method of producing a tungsten carbide surface having a square mean surface roughness of about 25 nm or less which includes contacting the tungsten carbide surface with an abrasive element having particles of grit. The abrasive element is held between a support and the tungsten carbide surface. The holder and the abrasive element oscillate back and forth along the tungsten carbide surface. These steps are repeated for each abrasive element in a series of abrasive elements until the tungsten carbide surface has a square mean surface roughness of approximately 25 nm or less. At least one of the abrasive elements in the series has grit particles with an average diameter of 3 μm less.

Una ulteriore forma di realizzazione dell 'iivenzione è un articolo finito che comprende un substrato ed uno strato superficiale al di sopra del substrato. Lo strato superficiale è fatto di una composizione di carburo di tungsteno che contiene da circa 12 a circa il 26 % in peso di cromo. Lo strato superficiale ha una rugosità superficiale media quadratica di circa 25 nm o meno. A further embodiment of the invention is a finished article which comprises a substrate and a surface layer on top of the substrate. The surface layer is made of a tungsten carbide composition which contains about 12 to about 26% by weight of chromium. The surface layer has a square mean surface roughness of approximately 25 nm or less.

Un'altra forma di realizzazione è un articolo cilindrico che ha un substrato e uno strato superficiale sul substrato. Lo strato superficiale è formato a partire da una composizione di carburo di tungsteno. Lo strato superficiale presenta una rugosità superficiale media quadratica di circa 25 nm o meno, determinata per diffusione di luce ed un profilo superficiale che varia di circa ± 0,013 mm o meno. Another embodiment is a cylindrical article which has a substrate and a surface layer on the substrate. The surface layer is formed from a tungsten carbide composition. The surface layer has a quadratic mean surface roughness of about 25 nm or less, determined by light scattering and a surface profile that varies by about ± 0.013 mm or less.

Quanto sopra riassume i vari aspetti di particolari forme di realizzazione che incorporano i principi della presente invenzione. Questa discussione sommaria non intende riassumere o descrivere ogni forma di realizzazione o ogni caratteristica della presente invenzione . The above summarizes the various aspects of particular embodiments that incorporate the principles of the present invention. This brief discussion is not intended to summarize or describe every embodiment or feature of the present invention.

Breve descrizione dei disegni. Brief description of the drawings.

La figura 1 è una vista prospettica di un'apparecchiatura di abrasione di una superficie in carburo di tungsteno che utilizza una pellicola abrasiva; la figura 2 è una vista prospettica di un'apparecchiatura di abrasione di una superficie in carburo di tungsteno che utilizza un pattino rivestito di abrasivo; e Figure 1 is a perspective view of a tungsten carbide surface abrasion apparatus using an abrasive film; Figure 2 is a perspective view of a tungsten carbide surface abrasion apparatus utilizing an abrasive coated shoe; And

le figure 3A-3C sono una sequenza di viste dall'alto di una superficie di carburo di tungsteno abrasa utilizzando due pellicole abrasive che si muovono a velocità di oscillazione differenti. Figures 3A-3C are a sequence of top views of a tungsten carbide surface abraded using two abrasive films moving at different oscillation speeds.

Descrizione dettagliata Detailed description

Una superficie di carburo di tungsteno lìscia può essere formata ponendo a contatto la superficie di carburo di tungsteno con ogni elemento abrasivo di una serie di elementi abrasivi. Ogni elemento abrasivo comprende particelle di graniglia predisposte su di una superficie dell'elemento abrasivo che deve entrare in contatto con la superficie in carburo di tungsteno. Esempi di elementi abrasivi comprendono pellicole abrasive e fanghi. A smooth tungsten carbide surface can be formed by contacting the tungsten carbide surface with each abrasive element of a series of abrasive elements. Each abrasive element comprises particles of grit arranged on a surface of the abrasive element which must come into contact with the tungsten carbide surface. Examples of abrasive elements include abrasive films and slurries.

L'elemento abrasivo è posizionato fra un supporto e la superficie in carburo di tungsteno e tramite il supporto viene esercitata pressione in modo tale che si crei contatto fra l'elemento abrasivo e la superficie in carburo di tungsteno. Il supporto e l'elemento abrasivo oscillano avanti e indietro lungo la superficie in carburo di tungsteno per finire la superficie. Questa procedura viene ripetuta per ogni elemento abrasivo della serie. Le particelle di graniglia degli elementi abrasivi diventano tipicamente più fini man mano che la serie avanza . The abrasive element is positioned between a support and the tungsten carbide surface and pressure is exerted through the support so that contact is created between the abrasive element and the tungsten carbide surface. The backing and the abrasive element swings back and forth along the tungsten carbide surface to finish the surface. This procedure is repeated for each abrasive element in the series. The grit particles of the abrasive elements typically become finer as the series progresses.

In una forma di realizzazione, si forma sul cilindro la superficie in carburo di tungsteno. Quando il cilindro ruota, un supporto ed un primo elemento abrasivo oscillano attraverso la superficie per formare un disegno di scalfitture sulla superficie. Le scalfitture del disegno sono tipicamente inclinate di un angolo particolare rispetto all'asse di rotazione. L'angolo delle scalfitture dipende, almeno in parte, dalle velocità relative di rotazione del cilindro e di oscillazione dell'elemento abrasivo. Dopo aver abraso la superficie con il primo elemento abrasivo, si utilizza un secondo elemento abrasivo. La velocità di oscillazione viene alterata in modo tale che il disegno di scalfitture si formi ad un angolo differente dal primo angolo. Questo facilita la rimozione di scalfitture causate dal primo elemento abrasivo, poiché le scalfitture sulla superficie in carburo di tungsteno che nascono dal contatto con il primo elemento abrasivo contrastano il disegno di scalfitture che nascono dal contatto con il secondo elemento abrasivo poiché le scalfitture realizzate sono ad angoli differenti. In one embodiment, the tungsten carbide surface is formed on the cylinder. As the cylinder rotates, a support and a first abrasive element oscillate across the surface to form a scratch pattern on the surface. The nicks in the design are typically tilted at a particular angle to the axis of rotation. The angle of the scratches depends, at least in part, on the relative speeds of rotation of the cylinder and of oscillation of the abrasive element. After abrading the surface with the first abrasive element, a second abrasive element is used. The rocking speed is altered so that the scratch pattern forms at an angle different from the first angle. This facilitates the removal of scratches caused by the first abrasive element, since the scratches on the tungsten carbide surface that arise from contact with the first abrasive element contrast the pattern of scratches that arise from contact with the second abrasive element since the scratches created are different angles.

Utilizzando i metodi dell'invenzione, si possono realizzare articoli con una superficie in carburo di tungsteno che ha una rugosità superficiale quadratica media, Rq, pari a circa 25 nm o meno, e, preferibilmente circa 13 nm o meno. La rugosità superficiale quadratica media, Rq, è una misura della profondità quadratica media delle alterazioni superficiali. In alcune forme di realizzazione, una superficie in carburo di tungsteno di un cilindro viene finita ad una rugosità superficiale quadratica media di circa 25 nm o meno e ad un profilo superficiale di circa ± 0,013 mm o meno. Using the methods of the invention, articles can be made with a tungsten carbide surface which has a square mean surface roughness, Rq, of about 25 nm or less, and preferably about 13 nm or less. Mean square surface roughness, Rq, is a measure of the mean square depth of surface changes. In some embodiments, a tungsten carbide surface of a cylinder is finished to a mean square surface roughness of about 25 nm or less and a surface profile of about ± 0.013 mm or less.

In generale, si ritiene che l'invenzione sia utile in una varietà di applicazioni che traggono beneficio da superfici in carburo di tungsteno lisce. Si è riscontrato che l'invenzione è particolarmente utile e vantaggiosa in combinazione con rulli calandratori e la loro fabbricazione, ed è in questo contesto che vengono discussi i vari aspetti della presente invenzione. Si apprezzerà che le tecniche, i dispositivi e gli articoli qui descritti si possono applicare anche a superfici in carburo di tungsteno su oggetti diversi da rulli calandratori o altri articoli cilindrici. In general, the invention is believed to be useful in a variety of applications that benefit from smooth tungsten carbide surfaces. It has been found that the invention is particularly useful and advantageous in combination with calender rolls and their manufacture, and it is in this context that the various aspects of the present invention are discussed. It will be appreciated that the techniques, devices and articles described herein can also be applied to tungsten carbide surfaces on objects other than calender rolls or other cylindrical articles.

Tipicamente si forma una superficie in carburo di tungsteno rivestendo un substrato con una composizione di carburo di tungsteno. Si può utilizzare una ampia varietà di substrati, ivi inclusi materiali ceramici e metalli. Substrati adatti comprendono acciaio e altri metalli o leghe dure. In particolare, l'acciaio temprato è un materiale utile per il substrato. Typically a tungsten carbide surface is formed by coating a substrate with a tungsten carbide composition. A wide variety of substrates can be used, including ceramic materials and metals. Suitable substrates include steel and other hard metals or alloys. In particular, hardened steel is a useful material for the substrate.

La composizione del carburo di tungsteno può contenere tutta una serie di materiali diversi dal tungsteno e dal carbonio. In particolare, la composizione può contenere altri metalli, quali cromo, nichel, titanio o cobalto. In alcuni casi, questi metalli formano carburi o altri composti inorganici. The composition of tungsten carbide can contain a variety of materials other than tungsten and carbon. In particular, the composition may contain other metals, such as chromium, nickel, titanium or cobalt. In some cases, these metals form carbides or other inorganic compounds.

La composizione può contenere fino al 40 % in peso di materiali diversi da carbonio e tungsteno. Un esempio di una composizione appropriata di carburo di tungsteno comprende da circa 55 a 80 % in peso di tungsteno, da circa 12 a 26 % di cromo, da circa 3 a 10 % in peso di nichel e da circa 3 a 9 % in peso di carbonio. Un'altra composizione di carburo di tungsteno comprende da circa 74 a 92,5 % in peso di tungsteno, da circa 7 a 20 % in peso di cobalto e da circa 0,5 a 6 % in peso di carbonio. Una composizione di carburo di tungsteno particolarmente utile è la SDG 2005, ottenibile da Praxair Surface Technologies, Inc. (Indianapolis, IN). "Carburo di tungsteno" agli scopi della presente invenzione comprende WC, W2C, WCX dove x è compreso fra 0,5 e 1,0, nonché altre combinazioni di tungsteno e carburo, e miscele di tungsteno con i materiali sopra descritti e loro simili. The composition can contain up to 40% by weight of materials other than carbon and tungsten. An example of a suitable tungsten carbide composition comprises about 55 to 80 wt% tungsten, about 12 to 26 wt% chromium, about 3 to 10 wt% nickel, and about 3 to 9 wt%. carbon. Another tungsten carbide composition comprises about 74 to 92.5 weight percent tungsten, about 7 to 20 weight percent cobalt and about 0.5 to 6 weight percent carbon. A particularly useful tungsten carbide composition is SDG 2005, available from Praxair Surface Technologies, Inc. (Indianapolis, IN). "Tungsten carbide" for the purposes of the present invention includes WC, W2C, WCX where x is comprised between 0.5 and 1.0, as well as other combinations of tungsten and carbide, and mixtures of tungsten with the materials described above and the like thereof.

L'aggiunta di metalli, leghe o altri materiali al carburo di tungsteno per formare la composizione di carburo di tungsteno può migliorare le proprietà della superficie in carburo di tungsteno ivi incluse una migliore adesione della composizione al substrato, durevolezza e durezza. Ad esempio, l'aggiunta di 5-15 % in peso di cobalto crea una sostanza durevole e forte alla quale ci si riferisce spesso come a carburo di tungsteno cementato. The addition of metals, alloys or other tungsten carbide materials to form the tungsten carbide composition can improve the properties of the tungsten carbide surface including better adhesion of the composition to the substrate, durability and hardness. For example, the addition of 5-15% by weight of cobalt creates a durable and strong substance often referred to as cemented tungsten carbide.

La composizione di carburo di tungsteno può essere riportata sul substrato tramite una varietà di tecniche, ivi incluse spruzzatura, deposizione chimica da fase vapore, deposizione fisica da fase vapore, polverizzazione, o deposizione da plasma. The tungsten carbide composition can be applied to the substrate by a variety of techniques, including spraying, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, pulverization, or plasma deposition.

Un metodo per rivestire il substrato con una composizione di carburo di tungsteno utilizza una pistola a detonazione (cui ci si riferisce a volte come "pistola-D") come descritto, ad esempio, nel brevetto US n° 4,826,734 e 5,075,129. La pistola a detonazione ha una canna raffreddata a liquido con un piccolo diametro interno. Un gas combustibile, ad esempio una miscela ossigeno-acetilene, viene innescato per produrre un'onda di detonazione che viaggia lungo la canna della pistola. One method of coating the substrate with a tungsten carbide composition uses a detonating gun (sometimes referred to as a "D-gun") as described, for example, in US Patent Nos. 4,826,734 and 5,075,129. The detonation gun has a liquid-cooled barrel with a small internal diameter. A combustible gas, such as an oxygen-acetylene mixture, is ignited to produce a detonation wave that travels down the barrel of the gun.

La composizione di carburo di tungsteno viene scaldata ed eiettata a forza dalla pistola sul substrato. Il rivestimento di carburo di tungsteno realizzato con questo processo comprende tipicamente strati sovrapposti multipli di materiale sottile. The tungsten carbide composition is heated and force-ejected from the gun onto the substrate. The tungsten carbide coating made by this process typically comprises multiple overlapping layers of thin material.

Il rivestimento con plasma è un altro metodo per depositare una composizione di carburo di tungsteno su di un substrato. La composizione di carburo di tungsteno viene scaldata fino ad una temperatura vicina o al di sopra della sua temperatura di fusione. Una corrente di gas sotto forma di plasma accelera la composizione di carburo di tungsteno verso il substrato. Dopo l'impatto, la composizione di carburo di tungsteno forma un rivestimento il quale, comprende anch'esso tipicamente strati multipli sovrapposti di materiale sottile. Plasma coating is another method of depositing a tungsten carbide composition onto a substrate. The tungsten carbide composition is heated to a temperature near or above its melting temperature. A gas stream in the form of a plasma accelerates the tungsten carbide composition towards the substrate. Upon impact, the tungsten carbide composition forms a coating which also typically comprises multiple superimposed layers of thin material.

I metodi di rivestimento con plasma e con pistola-D forniscono generalmente una superficie in carburo di tungsteno relativamente uniforme. Tipicamente vi sono molto poche discontinuità topografiche, quali asperità o figure di attacco, che hanno un'altezza o una profondità che è parecchie volte di più della rugosità superficiale quadratica media, Rg. L'assenza di discontinuità topografiche facilita la finitura della superficie . Plasma and D-gun coating methods generally provide a relatively uniform tungsten carbide surface. Typically there are very few topographical discontinuities, such as roughness or attachment figures, which have a height or depth that is several times greater than the mean square surface roughness, Rg. The absence of topographic discontinuities facilitates surface finishing.

Altri metodi possono creare discontinuità nella superficie. Queste discontinuità possono non essere rimovibili tramite processi di lucidatura o di molatura. Comunque, tali <' >discontinuità possono non essere importanti per articoli ricoperti di carburo di tungsteno utilizzati in applicazioni che sono relativamente insensibili ad imperfezioni. Ad esempio, i rulli calandratori utilizzati per prodotti di carta tipicamente non sono influenzati in modo sostanziale da tali imperfezioni. Al contrario, rulli calandratori per l'applicazione di rivestimenti magnetici a nastro sono sensibili alla maggior parte delle imperfezioni superficiali. A causa del fatto che grosse discontinuità topografiche sono difficili da rimuovere, si dovrebbe scegliere una appropriata tecnica di rivestimento, che fornisce il desiderato livello di uniformità. Other methods can create discontinuities in the surface. These discontinuities may not be removable by polishing or grinding processes. However, such discontinuities may not be important for tungsten carbide coated articles used in applications which are relatively insensitive to imperfections. For example, calender rolls used for paper products are typically not substantially affected by such imperfections. In contrast, calender rolls for applying magnetic belt coatings are sensitive to most surface imperfections. Due to the fact that large topographical discontinuities are difficult to remove, an appropriate coating technique should be chosen, which provides the desired level of uniformity.

Una volta che la composizione di carburo di tungsteno viene applicata sul substrato, la superficie in carburo di tungsteno viene molata grossolanamente. Tipicamente, questa operazione di molatura grossolana fornisce la superficie in carburo di tungsteno con una rugosità superficiale quadratica media compresa fra circa 1,25-6,5 μm. Si possono utilizzare metodi e dispositivi standard per molatura grossolana. Ad esempio si possono utilizzare mole diamantate oppure una pasta di diamante in combinazione con una molatrice a cilindri standard. Se la rugosità superficiale quadratica media della superficie in carburo di tungsteno è pari a circa 1,25 μm o meno, allora può non essere necessaria la molatura grossolana . Once the tungsten carbide composition is applied to the substrate, the tungsten carbide surface is roughly ground. Typically, this coarse grinding operation provides the tungsten carbide surface with a mean square surface roughness of approximately 1.25-6.5 μm. Standard methods and devices for coarse grinding can be used. For example, diamond wheels or a diamond paste can be used in combination with a standard cylinder grinder. If the quadratic mean surface roughness of the tungsten carbide surface is approximately 1.25 μm or less, then coarse grinding may not be necessary.

Per determinare la rugosità superficiale quadratica media, Rg, della luce viene diffusa sulla superficie in carburo di tungsteno e il rapporto della luce diffusa rispetto alla luce riflessa, determina la rugosità superficiale quadratica media. Uno strumento particolare per effettuare questa operazione è un diffusometro, quale il TMA μScan™ Scatterometer (Modello H-670-01) disponibile da TMA Technologies, Ine. (Bozeman, MT) . Il dif fusometro emette luce monocromatica, tipicamente proveniente da un laser, che viene riflessa dalla superficie. La luce riflessa viene misurata, così come la luce diffusa a due o più angoli di diffusione. La rugosità superficiale quadratica media, Rq, viene poi calcolata come: To determine the mean square surface roughness, Rg, of the light is scattered on the tungsten carbide surface and the ratio of the scattered light to the reflected light determines the square mean surface roughness. A particular tool to do this is a diffusometer, such as the TMA μScan ™ Scatterometer (Model H-670-01) available from TMA Technologies, Inc.. (Bozeman, MT). The difusometer emits monochromatic light, typically from a laser, which is reflected from the surface. The reflected light is measured, as is the scattered light at two or more scattering angles. The mean square surface roughness, Rq, is then calculated as:

Rq =4πλPs<2 >/Pr<2>Rq = 4πλPs <2> / Pr <2>

dove λ è la lunghezza d'onda della luce (670 nm per il TMA μScan™ Scatterometer), Ps è l'intensità della luce diffusa, e Pr è l'intensità della luce riflessa. where λ is the wavelength of the light (670 nm for the TMA μScan ™ Scatterometer), Ps is the intensity of the scattered light, and Pr is the intensity of the reflected light.

Si possono utilizzare altre tecniche e dispositivi per determinare la rugosità superficiale quadratica media. In ogni caso, i valori ottenuti possono variare da quelli misurati tramite il metodo sopra descritto . Other techniques and devices can be used to determine the mean square surface roughness. In any case, the values obtained may vary from those measured by the method described above.

Dopo la molatura grossolana, la superficie in carburo di tungsteno viene lucidata fino ad una rugosità superficiale quadratica media di circa 13 fino a 50 mm. La figura 1 mostra un esempio di un'apparecchiatura 21 per lucidare una superficie 22 dì carburo di tungsteno applicata su di un articolo cilindrico 20.<' >L'articolo cilindrico viene tipicamente montato su di un tornio (non mostrato) che fa girare l'articolo 20 in una direzione 30 intorno ad un asse rotazionale 31. After coarse grinding, the tungsten carbide surface is polished to an average quadratic surface roughness of approximately 13 to 50 mm. Figure 1 shows an example of an apparatus 21 for polishing a tungsten carbide surface 22 applied to a cylindrical article 20. The cylindrical article is typically mounted on a lathe (not shown) which rotates the article 20 in a direction 30 about a rotational axis 31.

Un elemento abrasivo viene portato a contatto con la superficie 22 di carburo di tungsteno per finire la superficie. L'elemento abrasivo illustrato in figura 1 è una pellicola abrasiva 26. il processo verrà esemplificato utilizzando tali pellicole, anche se si riconoscerà che si possono utilizzare anche altri tipi di elementi abrasivi, quali paste o fanghi abrasivi. An abrasive element is brought into contact with the tungsten carbide surface 22 to finish the surface. The abrasive element illustrated in Figure 1 is an abrasive film 26. The process will be exemplified using such films, although it will be recognized that other types of abrasive elements, such as abrasive pastes or slurries, can also be used.

La pellicola abrasiva 26 contiene tipicamente molte particelle di graniglia depositate sulla superficie della pellicola che si affaccia alla superficie 20 in carburo di tungsteno. Queste particelle di graniglia sono spesso diamanti o frammenti di diamante. La pellicola abrasiva 26 può essere caratterizzata dalla dimensione delle particelle di graniglie. Elementi abrasivi, in generale, e pellicole abrasive, in particolare, vengono classificate dalla dimensione della maglia attraverso la quale può passare una data porzione delle particelle di graniglia (ad esempio 100 graniglie) e/o da un diametro medio delle particelle di graniglia (ad esempio, 3 μm) . Tipiche particelle di graniglia da utilizzare nella presente invenzione hanno diametri di graniglia da 1 a 100 μm o meno. The abrasive film 26 typically contains many grit particles deposited on the surface of the film facing the tungsten carbide surface 20. These grit particles are often diamonds or diamond fragments. The abrasive film 26 can be characterized by the size of the grit particles. Abrasive elements, in general, and abrasive films, in particular, are classified by the size of the mesh through which a given portion of the grit particles can pass (e.g. 100 grits) and / or by an average diameter of the grit particles (e.g. example, 3 μm). Typical grit particles to be used in the present invention have grit diameters of 1 to 100 μm or less.

Il contatto fra la pellicola abrasiva 26 e la superficie 22 in carburo di tungsteno viene mantenuto tramite l'applicazione di pressione alla pellicola abrasiva 26 tramite una platina 28 che contatta la pellicola 26. La pressione applicata tramite la platina 27 può essere variata a seconda della quantità desiderata di abrasione della superficie 22 in carburo di tungsteno. In ogni caso, se la pressione della platina è troppo alta, allora si possono allentare porzioni della superficie 22 in carburo di tungsteno, cosa che può aumentare la porosità della superficie 22. Se la pressione della platina è troppo bassa, allora non vi sarà una adeguata lucidatura della superficie 22. The contact between the abrasive film 26 and the tungsten carbide surface 22 is maintained by applying pressure to the abrasive film 26 via a platen 28 which contacts the film 26. The pressure applied via the platen 27 can be varied according to the desired amount of abrasion of the tungsten carbide surface 22. However, if the platen pressure is too high, then portions of the tungsten carbide surface 22 can be loosened, which can increase the porosity of the surface 22. If the platen pressure is too low, then there will be no adequate surface polishing 22.

Si possono utilizzare una varietà di platine differenti 28, ogni platina avendo una durezza superficiale caratteristica. La durezza della platina 28 influenza l'entità dell'abrasione e del contatto fra la superficie 22 in carburo di tungsteno e la pellicola abrasiva 26. Ad esempio, un platina più tenera deforma più di una platina più dura a parità di pressione esercitata. Una ragione per la quale usare una platina più tenera, può essere quella di fornire una superficie di contatto maggiore fra la pellicola abrasiva 26 e la superficie 22 in carburo di tungsteno. A variety of different sinkers 28 can be used, each plate having a characteristic surface hardness. The hardness of the platen 28 affects the extent of abrasion and the contact between the tungsten carbide surface 22 and the abrasive film 26. For example, a softer platen deforms more than a harder platen at the same pressure. One reason for using a softer platen may be to provide a larger contact surface between the abrasive film 26 and the tungsten carbide surface 22.

La durezza della platina 28 può essere descritta, ad esempio, in termini di una misura di durezza standard, quale la durezza standard Rockwell (ASTM E18-94, Metodi standard di test per la durezza Rockwell e la durezza superficiale Rockwell di materiali metallici, ASTM Voi. The hardness of platen 28 can be described, for example, in terms of a standard hardness measure, such as the Rockwell Standard Hardness (ASTM E18-94, Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Surface Hardness of Metallic Materials, ASTM You.

03.01) oppure in termini di un durometro standard (ASTM D 2240-95, Metodo standard per la durezza con durometro di proprietà della gomma, ASTM Voi. 09.01). Nell'esempio descritto sotto, è stato utilizzato un microfinitore GEM (Grinding Equipment & Machinery Co. , Ine Youngstown, OH) per lucidare un certo numero di cilindri in carburo di tungsteno. Nel microfinitore GEM erano comprese le seguenti platine (fra le altre): una platina in acciaio inossidabile con una durezza di Rockwell di 45-50, una platina di concia con una durezza a durometro di 70D, una platina nera con una durezza a durometro di 70A, una platina arancio con una durezza a durometro di 30A. Tipicamente, sono state utilizzare le platine di acciaio inossidabile e nera. Comunque, si possono utilizzare altre platine, ivi incluse quelle sopra elencate. 03.01) or in terms of a standard durometer (ASTM D 2240-95, Standard Method for Hardness with Proprietary Rubber Durometer, ASTM Vol. 09.01). In the example described below, a GEM (Grinding Equipment & Machinery Co., Ine Youngstown, OH) microfinisher was used to polish a number of tungsten carbide cylinders. The GEM microfinisher included the following sinkers (among others): a stainless steel plate with a Rockwell hardness of 45-50, a tanning plate with a durometer hardness of 70D, a black plate with a durometer hardness of 70A, an orange platen with a durometer hardness of 30A. Typically, stainless steel and black sinkers were used. However, other sinkers may be used, including those listed above.

Pressione è stata applicata tramite la platina 28 alla pellicola abrasiva 26 per realizzare un contatto fra la pellicola abrasiva 26 e la superficie 22 in carburo di tungsteno. Pressioni di platina tipiche da utilizzare in combinazione con queste platine e con il microfinitore GEM, sopra descritto, spaziavano da circa 35 a 265 kPa, preferibilmente da circa 40 a 140 kPa, e più preferibilmente da circa 45 a 100 kPa. Pressure was applied via the platen 28 to the abrasive film 26 to make contact between the abrasive film 26 and the tungsten carbide surface 22. Typical platen pressures to be used in combination with these platens and the GEM microfinisher described above ranged from about 35 to 265 kPa, preferably from about 40 to 140 kPa, and more preferably from about 45 to 100 kPa.

La pellicola abrasiva 26 abrade la superficie 22 in carburo di tungsteno quando l'articolo 20 viene fatto ruotare in una direzione 30 attorno ad un asse rotazionale 31. Man mano che l'articolo ruota, l'intera superficie dell'articolo 20 viene esposta uniformemente alla pellicola abrasiva 26. La velocità rotazionale dell'articolo 20 può variare, a seconda, in parte, della natura dell'articolo 20. Basse velocità sono tipicamente meno efficaci nel finire la superficie, tuttavia alte velocità possono provocare scheggiature o criccature. Velocità tipiche sono circa 30-60 rpm (giri al minuto) e preferibilmente circa 45-55 rpm. The abrasive film 26 abrades the tungsten carbide surface 22 when the article 20 is rotated in a direction 30 about a rotational axis 31. As the article rotates, the entire surface of the article 20 is uniformly exposed. to abrasive film 26. The rotational speed of the article 20 may vary, depending, in part, on the nature of the article 20. Low speeds are typically less effective in finishing the surface, however high speeds can cause chipping or cracking. Typical speeds are around 30-60 rpm (revolutions per minute) and preferably around 45-55 rpm.

Poiché le particelle di graniglia sulla pellicola abrasiva 26 possono usurarsi o staccarsi, la pellicola abrasiva 26 viene fatta spesso avanzare nella direzione 32 in modo tale che una nuova porzione della pellicola si presenta regolarmente alla superficie 22 in carburo di tungsteno, per fornire una abrasione relativamente uniforme. Se, tuttavia, la velocità di avanzamento della pellicola è troppo piccola, si può accumulare dello sporco fra la pellicola abrasiva 26 e la superficie 22 di carburo di tungsteno e generare scalfitture aggiuntive sulla superficie 22. D'altro canto, se la velocità di avanzamento della pellicola è eccessiva, allora la pellicola non viene usata in modo ottimale, cosa che può accrescere la spesa dell'operazione a causa dell'uso al di sotto del punto ottimale della pellicola diamantata. Esempi di velocità di avanzamento della pellicola adatte spaziano da circa 0,6 a circa 36 cm/min, preferibilmente da circa 2,5 a circa 20 cm/min, e più preferibilmente da circa 5 a circa 10 cm/min. Since the grit particles on the abrasive film 26 can wear or peel off, the abrasive film 26 is often advanced in the direction 32 such that a new portion of the film regularly appears at the tungsten carbide surface 22, to provide relatively low abrasion. uniform. If, however, the film advance speed is too small, dirt can accumulate between the abrasive film 26 and the tungsten carbide surface 22 and generate additional scratches on the surface 22. On the other hand, if the advance speed of the film is too much, then the film is not used optimally, which can increase the expense of the operation due to the use below the optimal point of the diamond film. Examples of suitable film advance rates range from about 0.6 to about 36 cm / min, preferably from about 2.5 to about 20 cm / min, and more preferably from about 5 to about 10 cm / min.

La pressione della platina e la velocità di avanzamento della pellicola sono spesso correlate. Se si aumenta la pressione della platina per una data platina, allora si può aumentare anche la velocità di avanzamento della pellicola a causa dell 'aamentata usura sulle particelle di graniglia alla pressione maggiore. Per il microfinitore GEM, il rapporto della velocità di avanzamento della pellicola (in cm/min) rispetto alla pressione (in kPa) della platina spazia tipicamente da circa 1:2 a circa 1:20, preferibilmente da circa 1:3 a circa 1:15; e più preferibilmente da circa 1:4 a circa 1:10. Questo fornisce un'adeguata lucidatura della superfìcie 22 in carburo di tungsteno. Platen pressure and film advance speed are often correlated. If the platen pressure is increased for a given platen, then the film advance speed can also be increased due to the increased wear on the grit particles at the higher pressure. For the GEM finisher, the ratio of film advance speed (in cm / min) to platen pressure (in kPa) typically ranges from about 1: 2 to about 1:20, preferably from about 1: 3 to about 1 : 15; and more preferably from about 1: 4 to about 1:10. This provides adequate polishing of the tungsten carbide surface 22.

Spesso la pellicola abrasiva 26 presenta una larghezza più piccola dell'articolo 20. Pellicole disponibili in commercio presentano tipicamente larghezze da circa 10 a circa 20 cm. A causa della sua ridotta larghezza, la pellicola abrasiva 26 viene spazzata rapidamente lungo la superficie 22 in carburo di tungsteno dell'articolo 20 in direzione 34 allo scopo di lucidare l'intera superficie 22. Uno spazzolamento attraverso la superficie 22 dell'articolo 20 viene spesso chiamato una "passata". Con ogni pellicola abrasiva 26 si possono fare una o più passate. Il numero di passate dipende, almeno in parte, dall'entità di abrasione desiderata . Often the abrasive film 26 has a smaller width than article 20. Commercially available films typically have widths of about 10 to about 20 cm. Due to its small width, the abrasive film 26 is swept rapidly along the tungsten carbide surface 22 of the article 20 in the direction 34 in order to polish the entire surface 22. A brushing across the surface 22 of the article 20 is often called a "pass". One or more passes can be made with each abrasive film 26. The number of passes depends, at least in part, on the amount of abrasion desired.

La velocità alla quale la pellicola 26 viene a spazzare lungo la superficie 22 dell'articolo 20 determina anche, in parte, l'entità dell'abrasione. Tipicamente, la velocità di spazzolamento (cioè la velocità della pellicola nella direzione 34) è bassa rispetto alla velocità rotazionale dell'articolo 20 in direzione 30. Tipicamente, la velocità di spazzolamento è sufficientemente bassa da far sì che l'articolo 20 ruoti più di 10-100 volte nel lasso di tempo che la pellicola 26 impiega per compiere una distanza pari alla larghezza della pellicola. Tipiche velocità di spazzolamento per pellicole abrasive da 10 a 20 cm spaziano da circa 5 a circa 25 cm/min e preferibilmente da circa 8 a circa 20 cm/min . La velocità di spazzolamento può essere regolata in modo tale che vengono lucidati da circa 150 a circa 650 cm<2>/min della superficie in carburo di tungsteno. Preferibilmente vengono lucidati da circa 190 a circa 500 cm<2>/min, e più preferibilmente da circa 250 a circa 400 cm<2>/min della superficie 22 in carburo di tungsteno. The speed at which the film 26 sweeps along the surface 22 of the article 20 also partly determines the extent of the abrasion. Typically, the sweeping speed (i.e. the film speed in direction 34) is low relative to the rotational speed of the article 20 in direction 30. Typically, the sweeping speed is low enough to cause the article 20 to rotate more than 10-100 times in the time span that the film 26 takes to travel a distance equal to the width of the film. Typical brushing speeds for abrasive films of 10 to 20 cm range from about 5 to about 25 cm / min and preferably from about 8 to about 20 cm / min. The brushing speed can be adjusted so that about 150 to about 650 cm <2> / min of the tungsten carbide surface are polished. Preferably about 190 to about 500 cm <2> / min, and more preferably about 250 to about 400 cm <2> / min of the tungsten carbide surface 22 are polished.

Tipicamente, la superficie in carburo di tungsteno verrà finita abradendo la superficie con una serie di pellicole abrasive. Spesso la serie di pellicole andrà da particelle di graniglia più grossolane a particelle più fini. Tuttavia, in alcuni casi, sarà necessario tornare a particelle più grossolane se si riscontrano scalfitture profonde nella superficie, o se vi è una transizione ad un diverso tipo di particelle di graniglia (ad esempio, una transizione da pellicole abrasive in carburo di silicio a pellicole abrasive diamantate) . Typically, the tungsten carbide surface will be finished by abrading the surface with a series of abrasive films. Often the film series will range from coarser grit particles to finer particles. However, in some cases, it will be necessary to revert to coarser particles if deep scratches are found in the surface, or if there is a transition to a different type of grit particle (for example, a transition from silicon carbide abrasive films to films diamond abrasives).

In almeno alcune forme di realizzazione, viene fornita una particolare sequenza di pellicole per realizzare una sequenza di stadi di lucidatura. Ad esempio, una serie di pellicole può comprendere una o più pellicole con particelle di graniglia di diamante relativamente grosse per rimuovere il disegno lasciato dallo stadio di molatura grossolana. La dimensione della graniglia della pellicola oppure delle pellicole scelte per rimuovere le scalfitture della molatura grossolana può dipendere dalla rugosità superficiale quadratica media dopo la molatura grossolana. Per questa operazione vengono tipicamente utilizzate pellicole con particelle di graniglia con un diametro medio da circa 30 μm fino a circa 75 μm. In at least some embodiments, a particular sequence of films is provided for making a sequence of polishing steps. For example, a series of films may comprise one or more films with relatively coarse diamond grit particles to remove the pattern left over from the coarse grind stage. The size of the film grit or films chosen to remove the scratches of the coarse grind may depend on the square mean surface roughness after the coarse grind. Films with grit particles with an average diameter of about 30 μm to about 75 μm are typically used for this.

Pellicole abrasive con particelle di graniglia dal diametro più piccolo vengono poi utilizzate per molare l'articolo fino ad un particolare profilo superficiale. Il profilo superficiale di un articolo cilindrico viene determinato misurando il diametro dell'articolo in corrispondenza di vari punti lungo l'asse dell'articolo. Si ottiene il profilo superficiale desiderato quando, nei limiti di una specifica desiderata, i diametri dell'articolo misurati in corrispondenza di ognuno dei suddetti punti sono uguali. In una forma di realizzazione, il profilo superficiale desiderato varia di circa ± 0,013 mm o meno e preferibilmente di circa ± 0,005 mm o meno. In maniera simile si può determinare un profilo superficiale di articoli non cilindrici. Si possono usare anche altre misure di uniformità superficiale. Abrasive films with smaller diameter grit particles are then used to grind the article to a particular surface profile. The surface profile of a cylindrical article is determined by measuring the diameter of the article at various points along the axis of the article. The desired surface profile is obtained when, within the limits of a desired specification, the diameters of the article measured at each of the above points are the same. In one embodiment, the desired surface profile varies by about ± 0.013mm or less and preferably by about ± 0.005mm or less. Similarly, a surface profile of non-cylindrical articles can be determined. Other surface uniformity measures can also be used.

Si può ottenere un profilo superficiale relativamente uniforme lucidando la superficie con pellicole aventi particelle di graniglia con diametri medi che sono tipicamente compresi fra circa 12 μm e circa 45 μm. Spesso la lucidatura della superficie fino ad un profilo superficiale relativamente uniforme comprende l'uso di due o più pellicole poiché pellicole a graniglia più fine potrebbero non essere aggressive abbastanza da molare la superficie fino ad un profilo desiderato e pellicole a graniglia più grossa potrebbero lasciare scalfitture di dimensione considerevole. A relatively uniform surface profile can be obtained by polishing the surface with films having grit particles with average diameters that are typically between about 12 μm and about 45 μm. Often polishing the surface to a relatively uniform surface profile involves the use of two or more films as finer grit films may not be aggressive enough to grind the surface to a desired profile and coarser grit films may leave scratches. of considerable size.

Successivamente alla lucidatura dell'articolo fino ad un profilo desiderato, la superficie in carburo di tungsteno viene poi abrasa con una o più pellicole più fini per ridurre le scalfitture sulla superficie dalle pellicole precedenti. Queste pellicole più fini presentano spesso particelle di graniglia con una dimensione di circa 30 μm o meno. Per raggiungere il profilo superficiale desiderato e una rugosità superficiale quadratica media pari a 25 nm o meno, almeno una pellicola della serie, preferibilmente l'ultima pellicola della serie, presenta particelle di graniglia con un diametro medio di circa 2 μm o meno, e più preferibilmente, di circa 1 μm o meno. Following polishing of the article to a desired profile, the tungsten carbide surface is then abraded with one or more finer films to reduce surface scratches from the previous films. These finer films often have grit particles with a size of about 30 μm or less. To achieve the desired surface profile and a square mean surface roughness of 25 nm or less, at least one film in the series, preferably the last film in the series, has grit particles with an average diameter of about 2 μm or less, and more preferably, about 1 μm or less.

La progressione da pellicole più grossolane a pellicole più fini all'interno della serie di pellicole abrasive facilita la rimozione di scalfitture. Una pellicola abrasiva più fine rimuove tipicamente le scalfitture più profonde create da una pellicola abrasiva più grossolana, lasciando dietro di sé scalfitture più piccole. L'entità dell'abrasione necessaria per rimuovere le scalfitture più profonde dipende, almeno in parte, dalla pressione applicata dal supporto e dalla dimensione relativa delle particelle di graniglia delle pellicole più fini e più grossolane. Possono essere necessari due o più passaggi di una pellicola più fine per rimuovere in maniera sostanziale le scalfitture più profonde. The progression from coarser to finer films within the abrasive film series facilitates the removal of scratches. A finer abrasive film typically removes deeper scratches created by a coarser abrasive film, leaving smaller scratches behind. The amount of abrasion required to remove deeper scratches depends, at least in part, on the pressure applied by the substrate and the relative size of the grit particles of the finer and coarser films. It may take two or more passes of a finer film to substantially remove deeper scratches.

Tipicamente, risulta desiderabile minimizzare il numero totale di passaggi poiché la porosità della superficie viene spesso aumentata ad ogni passaggio, man mano che dalla superficie viene rimosso più materiale. Un aumento di porosità farà tipicamente diminuire la durevolezza della superficie in carburo di tungsteno e può aumentare la rugosità superficiale quadratica media della pellicola. Typically, it is desirable to minimize the total number of passes since the porosity of the surface is often increased with each pass as more material is removed from the surface. An increase in porosity will typically decrease the durability of the tungsten carbide surface and may increase the mean square surface roughness of the film.

Per minimizzare il numero di passaggi necessari per ogni pellicola abrasiva, la serie di pellicole può comprendere pellicole che sono solo leggermente più fini della pellicola immediatamente precedente. In generale, comunque, se la dimensione media delle particelle di graniglia della pellicola è troppo fine, allora potrebbero essere necessari più passaggi per rimuovere le scalfitture; e se la dimensione media delle particelle di graniglia della pellicola è troppo grossa, allora ci potrebbe essere poca differenza fra le scalfitture fatte dalla pellicola corrente e da quella precedente. Così, le dimensioni delle particelle di graniglia delle pellicole diventano tipicamente sempre più piccole a passi relativamente piccoli. In questo modo, sono necessari solo pochi passaggi e in alcuni casi solo un passaggio per rimuovere scalfitture provocate da una pellicola precedente. Come esempio, è stata utilizzata una serie di sei pellicole per rimuovere in successione scalfitture. Le sei pellicole presentano dimensioni delle particelle di graniglia pari rispettivamente a 15 μm, 12 μm, 9 μm, 6 μm, 3 μm e 1 μm. To minimize the number of passes required for each abrasive film, the film series may comprise films that are only slightly finer than the immediately preceding film. In general, however, if the average particle size of the film is too fine, then multiple passes may be required to remove the nicks; and if the average size of the grit particles of the film is too large, then there may be little difference between the scratches made by the current and the previous film. Thus, the particle size of the film grit typically becomes smaller and smaller in relatively small steps. In this way, only a few steps and in some cases only one step are required to remove nicks caused by a previous film. As an example, a series of six films was used to remove scratches in succession. The six films have grit particle sizes of 15 μm, 12 μm, 9 μm, 6 μm, 3 μm and 1 μm respectively.

Per minimizzare il numero di passaggi necessari a lucidare la superficie in carburo di tungsteno, si può utilizzare una tecnica aggiuntiva che utilizza il movimento oscillatorio delle pellicole abrasive. Secondo questa tecnica, la pellicola abrasiva 26, in aggiunta al fatto di muoversi in una direzione generale 34, è dotata di un movimento oscillatorio che è più veloce del movimento di spazzolamento lungo la superficie 22 in carburo di tungsteno. Tipicamente, questo movimento oscillatorio avviene in una direzione 36 approssimativamente parallela all'asse di rotazione 31 dell'articolo 20, sebbene si possa utilizzare anche un movimento oscillatorio in altre direzioni. Questo movimento oscillatorio migliora l'abrasione della superficie in carburo di tungsteno man mano che la pellicola viene condotta rapidamente attraverso la superficie ad un angolo approssimativamente perpendicolare alla direzione 30 di rotazione. To minimize the number of steps required to polish the tungsten carbide surface, an additional technique can be used that uses the rocking motion of the abrasive films. According to this technique, the abrasive film 26, in addition to moving in a general direction 34, is provided with an oscillating movement which is faster than the brushing movement along the tungsten carbide surface 22. Typically, this oscillatory movement occurs in a direction 36 approximately parallel to the axis of rotation 31 of the article 20, although an oscillatory movement in other directions may also be used. This rocking motion improves the abrasion of the tungsten carbide surface as the film is rapidly driven across the surface at an angle approximately perpendicular to the direction 30 of rotation.

Il movimento oscillatorio migliora la capacità di determinare quando le scalfitture derivanti da una pellicola abrasiva più grossolana sono state rimosse da una pellicola più fine, diminuendo così il numero di passaggi necessari ad assicurare la rimozione delle scalfitture provocate dalla graniglia più grossolana. Quando la superficie 22 in carburo di tungsteno viene abrasa dalla pellicola abrasiva 26, le scalfitture sulla superficie 22 compaiono spesso velocemente, in particolare per pellicole con particelle di graniglia più grossolane. Comunque, può essere difficile distinguere le scalfitture provocate dalle pellicole più grosse e più fini, sebbene le scalfitture provocate dalle pellicole più grosse sono tipicamente più profonde. Teoricamente, le scalfitture provocate da una pellicola vengono rimosse dalle pellicole abrasive immediatamente successive nella serie. Se una scalfittura non viene rimossa dalle pellicole immediatamente successive, può essere difficile rimuoverla più tardi allorché vengono utilizzate pellicole ancora più fini per lucidare la superficie in carburo di tungsteno. Perciò, per rimuovere le scalfitture può essere necessario tornare a pellicole poste prima nella serie. Questo può aumentare la porosità superficiale a causa dell'aumentato numero di passaggi necessari a rimuovere le scalfitture. The rocking motion improves the ability to determine when the nicks from a coarser abrasive film have been removed from a finer film, thus decreasing the number of passes required to ensure the removal of nicks caused by the coarser grit. When the tungsten carbide surface 22 is abraded by the abrasive film 26, scratches on the surface 22 often appear quickly, particularly for films with coarser grit particles. However, it can be difficult to distinguish the nicks caused by the thicker and finer films, although the nicks caused by the thicker films are typically deeper. Theoretically, the scratches caused by a film are removed from the next abrasive films in the series. If a scratch is not removed from the immediately following films, it can be difficult to remove later when even finer films are used to polish the tungsten carbide surface. Therefore, to remove the scratches it may be necessary to go back to films placed earlier in the series. This can increase surface porosity due to the increased number of passes required to remove scratches.

Variando l'entità del movimento oscillatorio, si può migliorare la determinazione della rimozione delle scalfitture da parte delle pellicole più sottili. Ad esempio, se l'articolo 20 non viene fatto oscillare, e la velocità di spazzolamento è alta rispetto alla velocità di rotazione dell'articolo 20, le scalfitture fatte da una pellicola abrasiva 26 risultano approssimativamente perpendicolari rispetto all'asse rotazionale 31. Scalfitture create da una pellicola che viene fatta oscillare in una direzione 36 risulteranno orientate di un certo angolo rispetto all'asse rotazionale 31. Tipicamente, quanto più veloce è l'oscillazione, tanto più acuto è l'angolo. Così, se la velocità di oscillazione viene alterata fra due passaggi o due pellicole, allora scalfitture create a quelle due diverse velocità di oscillazione risulteranno ad angoli differenti e distinguibili se la differenza fra gli angoli è sufficiente. Per essere distinguibili, le scalfitture di una delle pellicole formano preferibilmente un disegno ad un angolo da circa 60 fino a circa 90 gradi rispetto all'asse 31 di rotazione dell'articolo 20 e le scalfitture dell'altra pellicola formano un disegno ad un angolo da circa 15 fino a circa 75 gradi, e più preferibilmente da circa 40 a circa 60 gradi, dall'asse 31 di rotazione. Per essere distinguibili, questi due angoli dovrebbero differire di almeno circa 15 gradi. By varying the magnitude of the rocking motion, the determination of scratch removal by thinner films can be improved. For example, if the item 20 is not wobbled, and the brushing speed is high relative to the rotational speed of the item 20, the nicks made by an abrasive film 26 are approximately perpendicular to the rotational axis 31. Nicks created a film that is oscillated in a direction 36 will be oriented by a certain angle with respect to the rotational axis 31. Typically, the faster the oscillation, the sharper the angle. Thus, if the rocking speed is altered between two passes or two films, then nicks created at those two different rocking speeds will result at different and distinguishable angles if the difference between the angles is sufficient. To be distinguishable, the scratches of one of the films preferably form a pattern at an angle of about 60 to about 90 degrees to the axis 31 of rotation of the article 20 and the scratches of the other film form a pattern at an angle from about 15 to about 75 degrees, and more preferably about 40 to about 60 degrees, from the axis 31 of rotation. To be distinguishable, these two angles should differ by at least about 15 degrees.

Un esempio di questa tecnica viene illustrato nelle figure 3A-C. In questo esempio, viene realizzato un passaggio in una direzione 34 (vedi figura 1) lungo la superficie 22 in carburo di tungsteno con una pellicola grossolana ad una velocità di oscillazione relativamente alta. Questo lascia un disegno di scalfitture 38 ad un angolo relativamente acuto rispetto all'asse 31 di rotazione, come illustrato in figura 3A. La superficie 22 in carburo di tungsteno viene poi abrasa da una pellicola più fine ad una velocità di oscillazione relativamente bassa, che lascia scalfitture 40 ad un angolo più ottuso, come mostrato in figura 3B. Dopo un passaggio con la pellicola più fine, l'articolo può essere ispezionato e se le scalfitture 38 derivanti dalla pellicola grossolana sono ancora visibili, come raffigurato in figura 3B, allora si possono fare ulteriori passaggi con la pellicola più fine fino a che le scalfitture 38 derivanti dalla pellicola più grossolana sono completamente o quasi completamente eliminate, come mostrato in figura 3C. In questo modo, si possono rimuovere praticamente tutte le scalfitture derivanti da una pellicola tramite pellicole abrasive immediatamente successive senza perdere una scalfittura, cosa che potrebbe rendere necessario tornare alle pellicole precedenti, più abrasive, della serie. An example of this technique is illustrated in Figures 3A-C. In this example, a passage is made in a direction 34 (see Figure 1) along the tungsten carbide surface 22 with a coarse film at a relatively high rocking speed. This leaves a scratch pattern 38 at a relatively acute angle to the axis 31 of rotation, as illustrated in FIG. 3A. The tungsten carbide surface 22 is then abraded from a finer film at a relatively low rocking rate, which leaves scratches 40 at a more obtuse angle, as shown in FIG. 3B. After a pass with the finer film, the article can be inspected and if the scratches 38 resulting from the coarse film are still visible, as depicted in Figure 3B, then further passes can be made with the finer film until the scratches 38 deriving from the coarser film are completely or almost completely eliminated, as shown in Figure 3C. In this way, virtually all nicks from a film can be removed by immediately following abrasive films without losing a scratch, which may require reverting to earlier, more abrasive films in the series.

In una forma di realizzazione, l'ampiezza del movimento oscillatorio va da circa 0,001 a circa 0,005 percento della larghezza della pellicola abrasiva , e preferibilmente da circa 0,002 a circa 0,004 percento della larghezza della pellicola. In aggiunta a ciò, la pellicola abrasiva oscilla ad una velocità compresa fra circa 5 e circa 40 battute/secondo e preferibilmente da circa 10 a circa 30 battute/secondo. La variazione nell'oscillazione può o meno essere utilizzata per ogni coppia di pellicole abrasive consecutive nella serie. In one embodiment, the amplitude of the rocking motion ranges from about 0.001 to about 0.005 percent of the width of the abrasive film, and preferably from about 0.002 to about 0.004 percent of the film width. In addition to this, the abrasive film oscillates at a speed ranging from about 5 to about 40 beats / second and preferably from about 10 to about 30 beats / second. The variation in oscillation may or may not be used for each consecutive pair of abrasive films in the series.

In aggiunta alle tecniche ed ai metodi sopra descritti, si può utilizzare un metodo opzionale per migliorare l'uniformità della pellicola finita, e in particolare per migliorare il profilo superficiale della pellicola. Tipicamente, quando la pellicola 26 abrasiva viene spazzata da un bordo dell'articolo 20 all’altro, non si concede alla pellicola 26 di estendersi al di là del bordo dell'articolo 20 dal momento che questo potrebbe dare come risultato la scheggiatura del bordo dell'articolo 20. Comunque, se la pellicola abrasiva 26 viene spazzata a velocità costante e rimossa dal contatto con l’articolo 20 quando raggiunge il bordo dell'articolo, allora porzioni dell'articolo 20 vicine ai bordi verranno abrase per un periodo di tempo più breve rispetto alle porzioni centrali dell'articolo 20. Questo può dare come risultato, ad esempio, un profilo superficiale che è più alto in corrispondenza dei bordi dell'articolo 20 e più basso vicino al centro dell'articolo. In molte applicazioni, in particolare per rulli calandratori da utilizzare nella fabbricazione di nastro magnetico, tali profili superficiali non sono accettabili . In addition to the techniques and methods described above, an optional method can be used to improve the uniformity of the finished film, and in particular to improve the surface profile of the film. Typically, when the abrasive film 26 is swept from one edge of the article 20 to the other, the film 26 is not allowed to extend beyond the edge of the article 20 as this could result in chipping of the edge of the article. Article 20. However, if the abrasive film 26 is swept at constant speed and removed from contact with the article 20 when it reaches the edge of the article, then portions of the article 20 close to the edges will be abraded for a longer period of time. short compared to the central portions of the article 20. This can result in, for example, a surface profile that is higher at the edges of the article 20 and lower near the center of the article. In many applications, particularly for calender rolls to be used in the manufacture of magnetic tape, such surface profiles are not acceptable.

Per ottenere un profilo superficiale più uniforme, si può inserire un tempo di sosta in corrispondenza di ogni bordo dell'articolo 20. Questo tempo di sosta varierà a seconda della velocità di spazzolamento della pellicola 26, ma dovrebbe corrispondere ad un periodo di tempo uguale a circa 5-10 % del tempo che la pellicola impiega a spostarsi di una distanza uguale alla sua larghezza. Il tempo di sosta può essere determinato anche misurando il profilo superficiale dopo ogni passaggio e regolando il tempo di sosta di conseguenza. Non c'è bisogno che questo tempo di sosta venga inserito per ogni passata fatta dalla pellicola abrasiva 26, ma è particolarmente utile per passate fatte con pellicole abrasive aventi particelle di graniglia più grossolane che tendono a rimuovere una quantità relativamente grande di materiale. To obtain a more uniform surface profile, a dwell time can be entered at each edge of the article 20. This dwell time will vary according to the brushing speed of the film 26, but should correspond to a period of time equal to about 5-10% of the time it takes for the film to move a distance equal to its width. Dwell time can also be determined by measuring the surface profile after each pass and adjusting the dwell time accordingly. This dwell time need not be entered for each pass made by the abrasive film 26, but it is particularly useful for passes made with abrasive films having coarser grit particles which tend to remove a relatively large amount of material.

La lucidatura della superficie 22 in carburo di tungsteno è stata esemplificata tramite metodi che utilizzano una pellicola abrasiva 26. Comunque, si possono utilizzare dispositivi diversi da quelli che incorporano pellicole abrasive per lucidare la superficie in carburo di tungsteno. Ad esempio, particelle di graniglia possono essere legate ad un utensile di lucidatura, quale un rullo, che poi abrade la superficie in carburo di tungsteno. In alternativa, le particelle di graniglia abrasiva possono essere un componente in una pasta o fango che viene distribuito su di un pattino o un'altra superficie, quale quella mostrata in figura 2. Questa apparecchiatura viene descritta in dettaglio qui di seguito nei riguardi della superfinitura della superficie, ma, se si utilizzano particelle di graniglia dalla dimensione opportuna, allora si può utilizzare la apparecchiatura per lucidare la superficie in carburo di tungsteno. Altri dispositivi e modifiche dei dispositivi sopra descritti saranno utili nel lucidare la superficie 22 in carburo di tungsteno di un articolo 20. The polishing of the tungsten carbide surface 22 has been exemplified by methods using an abrasive film 26. However, devices other than those incorporating abrasive films can be used to polish the tungsten carbide surface. For example, grit particles can be bonded to a polishing tool, such as a roller, which then abrades the tungsten carbide surface. Alternatively, the abrasive grit particles can be a component in a paste or slurry that is spread over a shoe or other surface, such as that shown in Figure 2. This equipment is described in detail below in regards to superfinishing. of the surface, but, if appropriate sized grit particles are used, then the equipment can be used to polish the tungsten carbide surface. Other devices and modifications of the devices described above will be useful in polishing the tungsten carbide surface 22 of an article 20.

Tipicamente, la lucidatura della superficie in carburo di tungsteno produce una superficie liscia che può avere una rugosità superficiale quadratica media pari a circa 25 nm o meno, insieme con il profilo superficiale desiderato. Comunque, scalfitture visibili possono rimanere sulla superficie in carburo di tungsteno. Si è riscontrato che queste scalfitture possono essere difficili da rimuovere anche quando si utilizzino pellicole a graniglia più fine. Per molte applicazioni, queste scalfitture saranno accettabili. Comunque, per rulli calandratori utilizzati nella fabbricazione di nastri magnetici e altre applicazioni similmente sensibili, è necessario avere una superficie senza scalfitture visibili. Typically, polishing the tungsten carbide surface produces a smooth surface that can have a square mean surface roughness of approximately 25 nm or less, along with the desired surface profile. However, visible nicks may remain on the tungsten carbide surface. It has been found that these nicks can be difficult to remove even when using finer grit films. For many applications, these nicks will be acceptable. However, for calender rolls used in the manufacture of magnetic tapes and other similarly sensitive applications, it is necessary to have a surface without visible scratches.

Se le scalfitture sono visibili, o a occhio nudo o ad ingrandimento 100X, può essere necessaria l’ulteriore superfinitura della superficie in carburo di tungsteno. La superfinitura si riferisce alla finitura di una superficie per fornire una rugosità superficiale quadratica media, Rq, che è circa 13 nm o meno e che non presenta scalfitture visibili ad ingrandimento 100X. If the scratches are visible, either with the naked eye or at 100X magnification, further superfinishing of the tungsten carbide surface may be necessary. Superfinishing refers to the finishing of a surface to provide a mean quadratic surface roughness, Rq, which is approximately 13 nm or less and which has no visible nicks at 100X magnification.

Un metodo per superfinire una superficie in carburo di tungsteno, che è stata lucidata come descritto sopra, comprende il porre a contatto la superficie in carburo di tungsteno con una pasta o fango contenente particelle di graniglia che è stato applicato ad un pattino 42, come illustrato in figura 2. Tramite il pattino 42 si applica pressione per abradere la superficie 22 in carburo di tungsteno. L'entità della pressione applicata al pattino è simile all'entità applicata alla platina che viene utilizzata con le pellicole abrasive. One method of superfinishing a tungsten carbide surface, which has been polished as described above, comprises contacting the tungsten carbide surface with a paste or slurry containing grit particles which has been applied to a shoe 42, as illustrated. in figure 2. Pressure is applied by means of the shoe 42 to abrade the tungsten carbide surface 22. The amount of pressure applied to the shoe is similar to the amount applied to the platen that is used with abrasive films.

Il pattino 42 viene spazzato avanti e indietro in direzione 34 lungo l'articolo 20 man mano che l'articolo 20 ruota in direzione 30 attorno all'asse di rotazione 31. Un movimento oscillatorio 36 può a scelta essere utilizzato per migliorare l'abrasione della superficie. Si possono usare più di una pasta o fango e più di una passata per ogni pasta o fango. Le velocità di rotazione, i tempi di passata e le frequenze del moto oscillatorio sono simili a quelli descritti sopra in combinazione con l'apparecchiatura illustrata in figura 1. The shoe 42 is swept back and forth in direction 34 along the article 20 as the article 20 rotates in direction 30 about the axis of rotation 31. An oscillating motion 36 may optionally be used to improve the abrasion of the surface. You can use more than one paste or mud and more than one pass for each paste or mud. Rotational speeds, pass times and oscillatory motion frequencies are similar to those described above in combination with the apparatus illustrated in Figure 1.

Il pattino 42 è tipicamente fatto di feltro, lana o tessuto simile. La pasta o il fango comprendono tipicamente particelle di graniglia di diamante aventi un diametro medio particolare. Agli scopi della superfinitura, il diametro medio delle particelle di graniglia è di circa 1 μm o meno, e preferibilmente da circa 0,25 μm a circa 1 μm Un esempio di un materiale adatto è Hyprez L Diamond Lapping Compound della Engis (Wheeling, IL, U.S.A.). Skate 42 is typically made of felt, wool or similar fabric. The pulp or slurry typically comprises diamond grit particles having a particular average diameter. For superfinishing purposes, the average diameter of the grit particles is about 1 μm or less, and preferably about 0.25 μm to about 1 μm An example of a suitable material is Hyprez L Diamond Lapping Compound from Engis (Wheeling, IL , USA.).

La pasta o il fango può comprendere anche uno o più materiali lubrificanti quali acqua, glicoli polialchilenici , idrocarburi isoparaffinici, o simili. Un esempio di un lubrificante adatto è Hyprez OS Lubricant Type IV della Engis (Wheeling, IL, U.S.A.). The pulp or sludge can also comprise one or more lubricating materials such as water, polyalkylene glycols, isoparaffinic hydrocarbons, or the like. An example of a suitable lubricant is Hyprez OS Lubricant Type IV from Engis (Wheeling, IL, U.S.A.).

Sebbene la formazione di una superficie in carburo di tungsteno relativamente liscia sia stata esemplificata con riferimento ad un articolo cilindrico, l'invenzione non si limita ad articoli cilindrici. Molte delle tecniche, dei dispositivi e dei materiali qui descritti possono applicarsi a superfici di articoli aventi altre forme. Although the formation of a relatively smooth tungsten carbide surface has been exemplified with reference to a cylindrical article, the invention is not limited to cylindrical articles. Many of the techniques, devices and materials described herein can be applied to surfaces of articles having other shapes.

Ad esempio, articoli aventi una superficie più piana possono essere finiti per abrasione con un elemento abrasivo che viene mosso avanti e indietro lungo la superficie più piana. Il movimento oscillatorio può anche essere combinato con questo movimento spazzante in una direzione che è, ad esempio, perpendicolare al movimento spazzante- Questo genererà un disegno di scalfitture ad un angolo determinato dalle velocità relative dei movimenti spazzante e oscillatorio. In alcuni casi, si può muovere l'articolo invece che o in combinazione con l'elemento abrasivo. For example, articles having a flatter surface can be finished by abrasion with an abrasive element being moved back and forth along the flatter surface. The rocking motion can also be combined with this sweeping motion in a direction that is, for example, perpendicular to the sweeping motion - This will generate a scratch pattern at an angle determined by the relative speeds of the sweeping and rocking motions. In some cases, the article may be moved instead of or in combination with the abrasive element.

Inoltre, i metodi e le tecniche sopra descritte possono essere utilizzate anche per rifinire superfici in carburo di tungsteno. Tale rifinitura sarà spesso necessaria perché, quando si usa un articolo con una superficie in carburo di tungsteno finita o superfinita, ad esempio come un rullo calandratore , si formano scalfitture nella superficie in carburo di tungsteno. Quando la liscezza della superficie in carburo di tungsteno non soddisfa più le specifiche dell'applicazione, allora l'articolo viene tipicamente sostituito o rifinito. Furthermore, the methods and techniques described above can also be used to finish tungsten carbide surfaces. Such refinishing will often be necessary because when using an article with a finished or superfinished tungsten carbide surface, such as a calender roll, scratches are formed in the tungsten carbide surface. When the smoothness of the tungsten carbide surface no longer meets the application specifications, then the article is typically replaced or refinished.

Il processo di rifinitura può incominciare in un qualsiasi punto della procedura sopra descritta. Ad esempio, la superficie in carburo di tungsteno può aver bisogno solo di essere superfinita con il fango o la pasta da 1 μm o meno. In alternativa, la superficie può aver bisogno di essere lucidata partendo con, ad esempio, una pellicola abrasiva da 9 μm. In alcuni casi, può sussistere il bisogno che venga realizzato l'intero processo, partendo con la formazione di un rivestimento nuovo o aggiuntivo di carburo di tungsteno sul substrato. The refinement process can begin at any point in the procedure described above. For example, the tungsten carbide surface may only need to be superfinished with 1 μm or less mud or paste. Alternatively, the surface may need to be polished starting with, for example, a 9 μm abrasive film. In some cases, there may be a need for the entire process to be carried out, starting with the formation of a new or additional tungsten carbide coating on the substrate.

L'esempio seguente illustra una o più forme di realizzazione dell'invenzione. In nessun modo questi esempi sono pensati per essere onnicomprensivi o per limitare l'invenzione. Nella descrizione precedente e nel seguente esempio, tutte le misure ed i valori sono approssimati. I valori reali dei parametri delle apparecchiature possono variare a seconda, almeno in parte, della particolare apparecchiatura utilizzata e del particolare articolo che viene finito. The following example illustrates one or more embodiments of the invention. In no way are these examples meant to be all-encompassing or to limit the invention. In the above description and in the following example, all measurements and values are approximate. The actual values of the equipment parameters may vary depending, at least in part, on the particular equipment used and the particular item being finished.

Esempio Example

Alcuni piccoli cilindri di acciaio temprato con un diametro di circa 28 cm ed una lunghezza di circa 25 cm sono stati rivestiti con circa 125-175 nm di una composizione di carburo di tungsteno (SDG 2005, Praxair, Indianapolis, IN, U.S.A.) utilizzando una tecnica di rivestimento a pistola a detonazione. I cilindri sono stati molati grezzamente fino ad una rugosità superficiale pari ad approssimativamente 1,5 μm utilizzando una molatrice cilindrica standard, quale quelle prodotte da TOS/Hostivar (Repubblica Ceca). La rugosità superficiale è stata determinata utilizzando un diffusometro TMA μScan™ Scattometer (Modello H-670-01) prodotto da TMA Technologies, Ine. (Bozeman, MT, U.S.A.). Some small hardened steel cylinders with a diameter of about 28 cm and a length of about 25 cm were coated with about 125-175 nm of a tungsten carbide composition (SDG 2005, Praxair, Indianapolis, IN, U.S.A.) using a detonation gun coating technique. The cylinders were roughly ground to a surface roughness of approximately 1.5 μm using a standard cylindrical grinder, such as those manufactured by TOS / Hostivar (Czech Republic). Surface roughness was determined using a TMA μScan ™ Scattometer diffusometer (Model H-670-01) manufactured by TMA Technologies, Ine. (Bozeman, MT, U.S.A.).

Ognuno dei cilindri, a sua volta, è stato posto in un tornio, simile ai torni fabbricati da LeBlonde Mankino (Maaon, OH, U.S.A.) e la superficie in carburo di tungsteno del cilindro è stata lucidata utilizzando un microfinitore GEM (Grinding Equipment & Machinery Co., Ine., Youngstown, OH, U.S.A.). Una serie di pellicole di diamante, Imperiai Diamond Lapping Films della 3M Company (St. Paul, MN, U.S.A.) sono state utilizzate per lucidare la superficie. Diametro delle particelle di graniglia, numero di passate, velocità di oscillazione, platina, pressione applicata alla pellicola diamantata tramite la platina e velocità di oscillazione per ogni pellicola vengono forniti in tabella 1 Each of the cylinders, in turn, was placed in a lathe, similar to the lathes manufactured by LeBlonde Mankino (Maaon, OH, U.S.A.) and the tungsten carbide surface of the cylinder was polished using a GEM (Grinding Equipment & Machinery) microfinisher. Co., Ine., Youngstown, OH, U.S.A.). A series of diamond films, Imperiai Diamond Lapping Films from 3M Company (St. Paul, MN, U.S.A.) were used to polish the surface. Grit particle diameter, number of passes, oscillation speed, platen, pressure applied to the diamond film via the platen and oscillation speed for each film are given in table 1

Tabella 1 Table 1

Parametri di lucidatura Polishing parameters

Ogni pellicola era larga circa 10 cm ed avanzava ad una velocità di circa 5 cm/min per presentare in continuazione una nuova superficie di abrasione al carburo di tungsteno. Ogni cilindro veniva fatto ruotare a circa 45 rpm (giri al minuto) e la velocità di spazzolamento della pellicola abrasiva lungo la superficie di carburo di tungsteno del cilindro era di circa 13 cm/min. Durante il processo di lucidatura, dell 'aaqua fluiva in continuazione lungo la regione in cui il cilindro e le pellicole abrasive si incontravano, per lavar via lo sporco. Each film was about 10 cm wide and advanced at a speed of about 5 cm / min to continuously present a new tungsten carbide abrasion surface. Each roll was rotated at approximately 45 rpm (revolutions per minute) and the brushing speed of the abrasive film along the tungsten carbide surface of the roll was approximately 13 cm / min. During the polishing process, aqua continuously flowed along the region where the cylinder and the abrasive films met, to wash away the dirt.

Dopo la lucidatura, il profilo superficiale di ogni cilindro valeva circa ± 0,0025 mm e la rugosità superficiale quadratica media era pari a circa 13 nm. Comunque, sì potevano ancora vedere le scalfitture. After polishing, the surface profile of each cylinder was approximately ± 0.0025mm and the mean square surface roughness was approximately 13nm. However, they could still see the scratches.

I cilindri venivano poi superfiniti. Un fango abrasivo, Hyprez 1/4 L Diamond Lapping Compound (Engis, Wheeling, IL, U.S.A.), con particelle di diamante da 0,25 μm in un lubrificante olio paraifinico/glicole polialchilenico, Hyprez OS Lubricant Type IV (Engis, Wheeling, IL, U.S.A.), è stato applicato ad un pattino di feltro duro, approssimativamente 10 cm x 15 cm x 0,3 cm, fatto di lana vergine. Il pattino veniva fatto avanzare ad una velocità di circa 13 cm/min lungo la superficie del cilindro. Il cilindro veniva fatto ruotare a circa 45 rpm. Una pressione di circa 200 kPa è stata applicata al fango tramite il pattino per abradere la superficie del cilindro. Con il pattino sono state fatte da quattro a sei passate . The cylinders were then superfinished. An abrasive slurry, Hyprez 1/4 L Diamond Lapping Compound (Engis, Wheeling, IL, U.S.A.), with 0.25 μm diamond particles in a parafinic oil / polyalkylene glycol lubricant, Hyprez OS Lubricant Type IV (Engis, Wheeling, IL, U.S.A.), was applied to a hard felt shoe, approximately 10cm x 15cm x 0.3cm, made of virgin wool. The shoe was made to advance at a speed of about 13 cm / min along the surface of the cylinder. The cylinder was rotated at about 45 rpm. A pressure of about 200 kPa was applied to the sludge via the shoe to abrade the cylinder surface. Four to six passes were done with the skate.

I cilindri risultanti e superfiniti rivestiti di carburo di tungsteno presentavano una rugosità superficiale quadratica media di circa 7,5-9,0 nm ed un profilo superficiale di circa ± 0,0025 mm. Non c'erano scalfitture visibili a occhio nudo o ad ingrandimento 100X al microscopio. The resulting superfinished cylinders coated with tungsten carbide exhibited a mean square surface roughness of about 7.5-9.0 nm and a surface profile of about ± 0.0025 mm. There were no nicks visible to the naked eye or at 100X microscope magnification.

Claims

CLAIMS 1. Method for finishing a surface (22) of tungsten carbide which has been deposited on a cylinder (20), the method comprising the steps of: a) rotating (30) the cylinder about an axis (31); b) contacting the tungsten carbide surface with a first abrasive element (26), said first abrasive element comprising a plurality of first grit particles; c) contacting said first abrasive element with a support (28), said first abrasive element being positioned between said support and the tungsten carbide surface, wherein said support oscillates (36) back and forth along the carbide surface of tungsten at a first speed for forming a pattern on the tungsten carbide surface, said pattern being formed at a first angle (38) with respect to said axis of rotation; d) contacting the tungsten carbide surface with a second abrasive element, said second abrasive element comprising a plurality of second grit particles, the second grit particles being finer than the first grit particles; And e) contacting said second abrasive element with a support, said second abrasive element being positioned between said support and the tungsten carbide surface, wherein said support swings (36) back and forth along the tungsten carbide surface at a second speed for forming a pattern on the tungsten carbide surface, said pattern being formed at a second angle (40) with respect to said axis of rotation; wherein said first and second angles differ by at least about 15 degrees and one of said first and second angles ranges from about 60 to about 90 degrees and the other of said first and second angles range from about 15 to about 75 degrees.

The method according to claim 1, wherein the method further comprises the steps of: - contacting the tungsten carbide surface with a third abrasive element, said third abrasive element comprising a plurality of third grit particles, said third grit particles being finer than said first and second grit particles; And - contacting said third abrasive element with a support, said third abrasive element being positioned between said support and the tungsten carbide surface, in which said support oscillates (36) back and forth along the tungsten carbide surface to a third speed to form a pattern on the tungsten carbide surface, said pattern being formed at a third angle to the axis, where the third angle equals the first angle.

The method according to claim 1, wherein the method further comprises the step of: - sequentially finish the tungsten carbide surface with a series of abrasive elements, said series of abrasive elements comprising abrasive elements having grit particles with diameters of approximately 15 μm, 12 μm, 9 μm, 6 μm, 3 μm and 1 μm respectively

The method according to claim 1, wherein the method further comprises: - contacting the tungsten carbide surface with a shoe (42), said shoe being coated with an abrasive composition (44), said abrasive composition comprising a plurality of grit particles with an average diameter of about 1 μm or less; And - moving said shoe along the tungsten carbide surface.

The method of claim 1 wherein the tungsten carbide surface is finished with a square mean surface roughness of about 25 nm or less.

The method of claim 1, wherein the tungsten carbide surface is free from scratches which are visible at 100X magnification.

7. Cylindrical article (70) comprising: a cylindrical substrate (20); And a surface layer (22) above the substrate, where the surface layer has a square mean surface roughness of about 25 nm or less, and where the surface layer comprises a tungsten carbide composition containing from about 12% to about 26% by weight of chromium.

8. Cylindrical article (20), comprising: a cylindrical substrate (20); And a surface layer (22) on the cylindrical substrate, the surface layer having a square mean surface roughness of about 25 nm or less determined by light scattering and a surface profile varying by about ± 0.013 mm or less, wherein the surface layer comprises a tungsten carbide composition.

An article according to claims 7 or 8, wherein the mean square surface roughness is approximately 13 nm or less.

The article according to claims 7 or 8, wherein the tungsten carbide composition comprises about 12 to about 26% chromium, about 55 to about 80% by weight of tungsten and about 3 to about 9% by weight carbon.

The article according to claims 7 or 8, wherein the surface layer is scratch-free when viewed at 100X magnification.