JP5231219B2 - 改良したコーティング・ブレード - Google Patents
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Description
図1aは、ベント・モードで使用することを意図した本発明によるブレードの概略断面図である。
図1bは、スチフ・モードで用いることを意図した本発明によるブレードの概略断面図である。
図2は、本発明による改良したコーティング・ブレードのための種々の層の詳細な構造を示す概略図である。
図3は、本発明による改良したコーティング・ブレードを示す概略横断面図である。
図4は、乾燥摩擦比較テストの測定値を示すグラフである。
図面において、全体を通じて、同様の部分は同様の参照符号で示してある。
この実験では、酸化物ベースのセラミック中間層を使用して改良コーティング・ブレードを作成する。図2に概略的に示すように、中間層3はプラズマ溶射で吹き付け形成したものであり、安定化ジルコニア層と、このジルコニア層の両面に2つのボンド・コート薄層とを包含する。
1.まず、0.381mm厚、100mm幅のコーティング・ブレード鋼基材の片縁を研削して35度で予め面取りした。
2.次いで、基材の研削済みの縁部分を、F100コランダムを用いて5mm幅にわたって「サンドブラスト」加工した。
3.マスキング・テープ、鋼マスキング・システムまたは或る種の他の同等のマスキング手段をブレード長さに沿って用いて続く溶着範囲を5mm幅に制限した。
4.10ミクロン厚のNiCr(80/20)層(図2で参照符号4)をプラズマ溶射で塗布した。HC.Starckから市販されているAmperit251.693が代表的な適切な製品である。
5.30ミクロン厚の安定化ジルコニア層(図2で参照符号5)をプラズマ溶射で塗布した。Sulzer Metco製のSM 6600が一般的な適した製品である。
6.10ミクロン厚のNiCr(80/20)層(図2で参照符号6)をプラズマ溶射で塗布した。HC. Starck製のAmperit251.693が一般的な適した製品である。
7.100ミクロン(仕上げ後)のWCCoCr(質量%で86/10/4)の最上層耐摩耗性被覆をHVOF溶射によって塗布した。Sulzer Metco製のDiamalloy 5844が一般的な適した製品である。
このブレードを約150ミクロン(仕上げ後)のDiamalloy 5844耐摩耗性最上層被覆で作った最先端の炭化物刃先ブレードと比較したところ、この実験によるブレードは、50ミクロンの高熱伝導性材料の代わりに熱障壁として作用する中間層を備えていた。
この実験では、酸化セラミックをベースとして、HVOFによって塗布した中間層を作成する。選んだ材料は、安価で熱伝導率の低い酸化物であり、とりわけ最低融点の1つ(2090℃)を持つ酸化物でTiO2である。このブレードは、以下の工程を経て作成した。
1.まず、0.381mm厚、100mm幅のコーティング・ブレード鋼基材の片縁を研削して35度で予め面取りした。
2.次いで、研削した縁をF100コランダムで5mm幅に「サンドブラスト加工」した。
3.マスキング・テープ、鋼マスキング・システムまたは或る種の他の同等のマスキング手段をブレード長さに沿って用いて続く溶着範囲を5mm幅に制限した。
4.表2に示されるパラメータで50ミクロンのTiO2(HCStarck製のAmperit782.054)の層を溶射することを試みたが、成功しなかった。層がまったく形成されず、このHVOFプロセスがTiO2粒子を溶融するのには適していないことが確認された。
この実験では、金属ベースの中間層を使用して改良コーティング・ブレードを作成する。中間層3はNi/Cr (80/20)で作った。この場合、中間層、耐摩耗性最上層被覆の両方をHVOFで塗布する。
1.まず、0.381mm厚、100mm幅のコーティング・ブレード鋼基材の片縁を研削して35度で予め面取りした。
2.次いで、研削した縁をF100コランダムで5mm幅に「サンドブラスト加工」した。
3.マスキング・テープ、鋼マスキング・システムまたは或る種の他の同等のマスキング手段をブレード長さに沿って用いて続く溶着範囲を5mm幅に制限した。
4.50ミクロンのNiCr (80/20)層(図2の参照符号3)をHVOF溶射で塗布した。HCStarck製のAmperit 251.090が典型的な適した製品である。
5.100ミクロン(仕上げ後)のWC/Co/Cr被覆(質量%で86/10/4)の最上層耐摩耗性をHVOF溶射によって塗布した。Sulzer Metco製のDiamalloy 5844が典型的な適した製品である。
この実験では、セラミック/金属複合材中間層を使用して改良コーティング・ブレードを作成する。この場合、中間層、耐摩耗性最上層被覆の両方をHVOFで塗布した。
このブレードは、以下の工程を経て作成した。
1.まず、0.381mm厚、100mm幅のコーティング・ブレード鋼基材の片縁を研削して35度で予め面取りした。
2.次いで、研削した縁をF100コランダムで5mm幅に「サンドブラスト加工」した。
3.マスキング・テープ、鋼マスキング・システムまたは或る種の他の同等のマスキング手段をブレード長さに沿って用いて続く溶着範囲を5mm幅に制限した。
4.2/3質量 NiCr (80/20)(Sulzer Metco製のAmdry 4532)と1/3質量 TiO2(Amperit 782.084)の配合物からなる50ミクロンの層をHVOF溶射によって塗布した。
5.WC/Co/Cr(質量%で86/10/4)の100ミクロン(仕上げ後)の最上層耐摩耗性被覆をHVOF溶射によって塗布した。Sulzer MetcoからのDiamalloy 5844が典型的な適切な製品である。
初期混合粉末: TiO233% NiCr67%
EDXで測定したときの中間層: TiO230% NiCr70%
したがって、金属マトリックス内にTiO2の「ほぼ完全な」閉じ込め度を得ることができるとは予想もしなかった。このような格別な中間層は、熱障壁適用範囲に関して有利に作用することが予想される。
先の実験に従って作成した種々の中間層の可能性を評価するために、乾燥摩擦テストを行った。このテストには以下の工程を含む。
−ブレード・コーティングにおいて、バッキング・ロールをシミュレーションするために、150mm直径、80mm幅のゴム・コーティングしたロールを使用し、閉ループ速度制御器を有するモータ駆動システムによってこのロールを予め設定した速度で回転させた。
−ロール上でゴム・ベース材料上へ紙を貼り付け、テスト毎に交換した。使用した紙はコート紙(100g.m-2)であり、その滑らかな面に対して摩擦テストを実施した。
−ABCタイプ(BTG UMV/Sweden)のブレード・ホルダを使用した。これは、乾燥条件において、紙に対して100mm長ブレード・サンプルの刃先をあてがう空気圧負荷システムを含む。
−ブレード幅の中央で各ブレードの背面に取り付けた高反応熱電対を用いてブレードにおける温度上昇を測定した。
−熱電対の反応ならびに乾燥摩擦テスト時間にわたるモータ負荷を取得、保存、表示するためにデータ収集システムを用いた。
モータ駆動部周波数:17.5 Hz
アクチュエータ圧力:1.6/1.0バール
テスト所要時間:20秒
各ブレード・サンプルを2回ずつテストした。1回目のテストでは、新しい紙に対してその全幅にわたって接触子を適合させ、2回目のテストでは、温度上昇およびブレード負荷を測定した。図4は、なんら中間層のない最新式ブレードについて得た、このテストの結果の典型的な例である。これからわかるように、鋼製ブレード基材の反対側の温度は、乾燥摩擦20秒直後に約176℃に達した。12×10-6/℃の熱線膨張係数を想定すると、このような条件での1mのブレードの刃先の熱膨張は以下によって与えられる。
長さ増大分=1m長×12×10-6/℃×(176−20)℃=1.85mm
改良コーティング・ブレードならびにこのようなブレードを製作するプロセスをここに開示してきた。本発明のブレードは、耐摩耗性最上層被覆からブレード基材への熱伝達を減少させるのに有効な中間刃先被覆を有する。一実施形態において、中間層はNiCr、場合により埋め込み酸化物粒子を有するNiCrから構成される。適切には、中間層および最上層被覆はHVOFプロセスによって、塗布される。また、中間層はプラズマ溶射によっても、溶着し得ることが想定される。中間層は安定化ジルコニアを含んでいてもよい。
Claims (27)
- 金属ストリップの形状をした基材と、移動する紙ウェブとの接触用のブレードの作業刃先を覆っている耐摩耗性最上層被覆とを含むコーティング・ブレードであって、基材と最上層被覆との間に中間層が設けてあり、
耐摩耗性最上層被覆が、金属材料、または金属マトリックスを有する炭化物、またはサーメットを含む、および、
中間層が最上層被覆よりも低い熱伝導率を有することを特徴とするコーティング・ブレード。 - 中間層の熱伝導率が、最上層被覆物の熱伝導率の0.5倍未満である、請求項1に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層の熱伝導率が、最上層被覆物の熱伝導率の0.2倍未満である、請求項2に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、10μm〜100μmの範囲内の厚さを有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、20μm〜80μmの範囲内の厚さを有する、請求項4に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、最上層被覆の厚さの50%の厚さを有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、内側ボンド・コート層と、中央セラミック酸化物層と、 外側ボンド・コート層を含み、中央セラミック酸化物層が、ジルコニア、チタニアまたはそれらの混合物から選ばれた材料を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 中央層が安定化ジルコニアを含む、請求項7に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層がNiCrを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、さらにNiCr金属マトリックスに埋め込まれたセラミック酸化物粒子を含む、請求項9に記載のコーティング・ブレード。
- 埋め込み粒子がチタニアを含む、請求項10に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層がNiCr80/20から構成される、請求項9に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、セラミック材料、ジルコニア、チタニア、ポリマー材料またはそれらの混合物の中から選ばれた材料を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 中間層が、クロミウム(Cr)との混合物内のチタニアを含む、請求項5に記載のコーティング・ブレード。
- 耐摩耗性最上層被覆が、Ni合金およびCo合金;WC/Co材料、WC/CoCr材料またはWC/Ni材料;CrC/NiCr材料;金属バインダ内のWCおよびCrC;クロミウム・メッキ;および化学的に溶着したNiPまたはNiBから選ばれた、請求項1〜12のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 耐摩耗性最上層被覆が、30μm〜300μmの範囲内の厚さを有する、請求項1〜15のいずれか1項に記載のコーティング・ブレード。
- 耐摩耗性最上層被覆が、30μm〜150μmの範囲内の厚さを有する、請求項16に記載のコーティング・ブレード。
- (i)鋼製基材上に第1層を溶着する工程と、(ii)第1層の上に第2層を溶着する工程とを含むコーティング・ブレードを製造する方法であって、第2層が、金属材料、または金属マトリックスを有する炭化物またはサーメットを含む耐摩耗性最上層被覆物を構成すること、および、第1層が、第2層から基材への熱伝達を減少させるのに有効な中間層を構成することを特徴とする方法。
- 第1層、第2層の両方をHVOF溶射プロセスで溶着する請求項18に記載の方法。
- 第1層を溶着する工程が、金属マトリックス内に閉じ込められた酸化物粒子を含有する層を溶着することを含む、請求項19に記載の方法。
- 第1層を溶着する工程が、純粋な金属マトリックスを溶着することを含む、請求項19に記載の方法。
- 金属マトリックスがNiCr、好ましくは80重量パーセントのNiおよび20重量パーセントのCrとの関係でNiCr溶着する、請求項20または21に記載の方法。
- 金属マトリックスが80重量パーセントのNiおよび20重量パーセントのCrとの関係でNiCr溶着する、請求項22に記載の方法。
- 第1層をプラズマ溶射で溶着し、第2層をHVOF溶射で溶着する、請求項18に記載
の方法。 - 第1層を溶着する工程が、安定化ジルコニアの層を溶着することを含む、請求項24に記載の方法。
- さらに、基材と第1層との間に位置させようとする内側ボンド・コートを溶着する工程、および第1層と第2層との間に位置させようとする外側ボンド・コートを溶着する工程を含む、請求項24または25に記載の方法。
- 内外のボンド・コートがNiCrから構成される、請求項26に記載の方法。
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