KR20170092687A - 수명이 긴 서멧 코팅된 크레이핑 블레이드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양키(Yankee) 실린더 표면으로부터 종이 웹(web)을 크레이핑(creping)하기 위한 블레이드(blade)에 관한 것이고, 상기 블레이드는 0.7 mm - 2 mm의 두께를 가진 강 기재를 포함하고, 강 기재는 상기 표면과 접촉하도록 적응된 작업 에지(working edge) 및 크레이핑 동안 웹이 영향을 미치는 웹 영향 영역을 형성하는 서멧(cermet) 코팅에 의해 커버되고, 서멧 코팅은 니켈 기반 금속 매트릭스에 크롬 탄화물들 및 텅스텐 탄화물들을 포함하고, 그리고 서멧 코팅은 < 2 부피%의 다공도 및 > 1100 HV0.3의 경도를 가진다.

Description

수명이 긴 서멧 코팅된 크레이핑 블레이드{A LONG LIFE CERMET COATED CREPING BLADE}
본 발명은 티슈(tissue) 및 관련된 종이 제품들의 제조를 위한 크레이핑 닥터 블레이드(creping doctor blade)에 관한 것이다. 크레이핑 닥터 블레이드는, 열용사 코팅 기법(Thermal Spray coating technique)을 사용하여, 얇은 서멧(cermet) 코팅의 도포에 의해 강화된 자신의 내마모성을 가지는 경화된 강 스트립(steel strip)으로 만들어진다.
종이 산업에서, 크레이핑 닥터 블레이드들은 티슈 및 다른 관련된 종이 제품들을 제조하는데 사용된다. 크레이핑 닥터 블레이드들은 상이한 재료들, 이를테면 탄소 강 스트립, 공구강(tool steel) 스트립, 복합재들 및 폴리머들로 만들어질 수 있다. 게다가, 상이한 타입들의 코팅이 US 7,244,340 B2호에 설명된 바와 같이 크레이핑 닥터 블레이드의 작업 에지(working edge)를 보강하기 위하여 열용사 코팅에 의해 도포될 수 있다.
많은 티슈 밀(mill)들에서, 세라믹 코팅된 블레이드들은, 이들이 비교적 높은 경도를 가지므로 내마모성을 가지지만, 또한 이들이 증기가 채워진 '양키(Yankee)' 실린더와 접촉하여 동작함으로부터 발생하는 고온들을 수용할 수 있다는 사실로 인해 선택된 크레이핑 닥터 블레이드들이다. 게다가, 세라믹 코팅된 블레이드들은 강 블레이드들의 유효 수명, 즉 접착제 마모를 제한하는 주요 마모 메커니즘들 중 하나에 영향을 받지 않는다. 세라믹 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드들의 서비스 수명은 심지어 가장 우수하게 경화된 강 블레이드들보다 더 길지만 현대의 효율적인 티슈 밀들에 요구되는 만큼 여전히 지속적으로 길지 않다. 이것은 세라믹 코팅들에 의해 또한 경도와 인성 간의 관계에 의해 달성될 수 있는 경도의 제한들로 인할 수 있고, 여기서 극히 경질인 코팅들은 블레이드의 중요한 작업 에지에서 치핑(chipping)하는 경향이 있을 수 있다.
세라믹 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드들의 하나의 추가 단점은, 세라믹 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드들이 보통 플라즈마 용사(spraying) 프로세스에 의해 증착되므로 Ni-Cr과 같은 연성 본드 코트(soft bond coat)를 필요로 한다는 사실이다. 블레이드의 수명 동안, 마모가 진행됨에 따라, 이런 본드 코트는, 크레이핑 동안 웹(web)이 영향을 주는 표면상에서 노출되게 될 수 있고, 이는 종이 품질을 유지하기 위하여 머신 셋-업을 조정할 필요가 있게 한다.
본 발명의 목적은 개선된 내마모성 및 치핑 방지(anti-chipping) 특성들로 인해 기존 세라믹 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드들보다 티슈 제조 적용들에서 더 긴 서비스 수명들을 제공하는 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드를 제공하는 것이다. 추가 목적은 머신 오퍼레이터들이 동작 조건들을 점진적으로 수정할 필요성을 최소화하면서 일관적인 종이 품질을 가지는 티슈를 생산하는 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드를 제공하는 것이다.
본 발명은 청구항들에서 정의된다.
세라믹 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드들은, 이들이 일반적으로 대부분의 양키 실린더들과 호환하면서, 우수한 서비스 수명을 제공하기 때문에 티슈 제조 산업에서 널리 받아들여졌다. 관련된 산업들에서, 텅스텐 탄화물 코팅된 블레이드들이 이들의 더 우수한 내마모성으로 인해 세라믹 코팅된 블레이드들에 바람직하였다. 티슈 제조 시, 텅스텐 탄화물 블레이드들의 사용은 양키 실린더들에 발생하는 손상의 우려들에 의해 제한되었다. 크레이핑 적용들에서 텅스텐 탄화물 코팅된 블레이드들의 사용에 관한 부가적인 관심사들은 크레이핑 닥터 블레이드가 견딜 필요가 있는 더 높은 온도들을 견디기 위한 이들의 능력에 관련된다. 주요 품질저하 메커니즘들이 연마제 마모(abrasive wear) 또는 슬러리 부식인 적용들에서 텅스텐 탄화물 코팅들은 우수하게 수행되지만, 접착제 마모가 주요 마모 메커니즘들 중 하나인 환경들에서 텅스텐 탄화물 코팅들의 성능은 널리 서류로 뒷받침되지 않았다. 접착제 마모(마이크로-용접)는 양키 실린더들과 접촉하는 강 블레이드들에 대해 메인 마모 메커니즘인 것으로 알려졌다.
고온들에 대한 텅스텐 탄화물의 제한된 내성을 극복하기 위한 시도에서, 관련된 대안적인 코팅 해결책들이 본 발명자들에 의해 추구되었다. 놀랍게도, 서멧 코팅이 발견되었고, 서멧 코팅은 700℃의 최대 서비스 온도를 가지는 것으로 인용되었지만 여전히 HV0.3 1000의 경도보다 더 큰 견적의 경도를 가졌다. 또한, 식별된 서멧 코팅은 비교적 적은 부피의 금속 매트릭스(15 내지 20 vol.%)를 가져서, 양키 실린더와 연장된 접촉 동안 코팅이 접착제 마모를 겪는 위험을 최소화한다.
본 발명에서 상세히 설명된 분말에 대한 제조자의 스프레이 파라미터(spray parameter)들을 사용하여 초기 HVOF 스프레이 시험들은 HV0.3 1100 초과의 예상치 못한 높은 경도를 가진 치밀한 코팅(<2% 다공도)을 생산하는데 성공하였다. 게다가, 코팅의 접착력 및 일반적인 인성의 테스팅은, 세라믹 코팅들에 의해 제시된 제한들 중 일부를 극복하는 것을 드러냈다.
스프레이 파라미터들의 추가 개량은 인성의 상당한 감소 없이 다공도 및 경도 둘 모두의 개선들을 유도하였다. 최적화된 코팅의 경도 레벨들은 평균 HV0.3 1250이었고 다공성은 1.5% 미만이었다. 높은 정도의 치수 안정성에 의해 그리고 작업 에지 또는 다른 어느 곳에서도 치핑의 흔적 없이 일반적인 그레이핑 적용들에 대해 요구된 기하학적 구조로 결과적인 코팅을 연삭(grind)하는 것은 가능하였다.
SEM/EDS에 의한 서멧 코팅의 분석은 다음 화학적 조성을 드러냈다:
Figure pct00001
SEM/EDS 분석이 반정량적이고 특히 경량 원소(light element)들에 대해 소정의 부정확성을 수반한다는 것이 주의되어야 한다. 따라서, 측정된 탄소 분석은 부정확하고 완전성을 위해서만 주어진다.
본 발명의 서멧 코팅은 임의의 열용사 코팅 프로세스, 즉 플라즈마, HVOF 또는 HVAF, 또는 이들 중 하나 또는 그 초과의 임의의 조합에 의해 도포될 수 있다. 이런 코팅을 위해 발견된 최적의 증착 방법은 HVOF였다.
분말의 입자 크기 및 분말의 제조 방법은 이런 적용을 위해 최적의 경도를 전달하는데 필요한 낮은 레벨들의 다공도를 달성하는데 중요한 역할을 한다.
내마모성 및 보다 중요하게 양키 실린더와 연장된 접촉 효과는 크레이핑 프로세스를 시뮬레이팅하도록 설계된 소규모 마모 테스팅 리그(rig) 상에서 시험들을 수행함으로써 평가되었다. 연장된 접촉 후에, 크레이핑 시뮬레이터의 실린더에 대한 마크들(marks)은 표준 레퍼런스(reference) 강 블레이드를 사용하여 유사한 길이의 노출 후 발생하는 마크들과 유사한 레벨을 가졌다. 이들 결과들은 본 발명자들에게 전체 티슈 밀 시험들을 진행하는데 신뢰성을 제공하였다.
예들
티슈 밀 시험들
Oerlicon Metco로부터의 WOKA 7502 분말에 기반한 코팅을 가지는 본 발명의 일련의 5개의 블레이드들은 일상적으로 전통적인 세라믹 코팅된 크레이핑 닥터 블레이드들을 사용하는 티슈 밀에서 시험되었다. 시험 파라미터들은 다음과 같았다:
Figure pct00002
진동 모니터링은 시험 동안 블레이드와 양키 실린더 간의 상호작용의 안정성을 설정하기 위하여 사용되었다. 진동들의 연속적인 모니터링은 블레이드 수명에 걸쳐 우수하고 일관된 결과들을 드러냈다. 밀 스태프(staff)에 따라, 진동의 측정된 레벨들은 이전 세라믹 코팅된 블레이드들에 비교될 때 약간 더 낮고 더 일관되었다. 진동 결과들은 제로(zero)이거나 사소한 채터(chatter)를 표시한다.
생산된 티슈의 종이 품질이 테스트되었고 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 발견되었다. 제 1 페이퍼 롤(roll)에 대한 프로세스의 초기 미세 튜닝 후ㅇ에이런 종이 품질을 유지하기 위하여 시험 동안 크레이프 비율 및 MD/CD 비율에 대해 단지 약간의 변화들이 이루어졌다. 블레이드의 후면 상에 코팅 및 종이의 쌓임(build-up)은 블레이드의 수명 동안 최소인 것으로 나타나고, 이는 우수한 크레이핑 결과들을 제공한다.
제 1 시험 블레이드는 세라믹 코팅된 크레이핑 블레이드의 평균 수명의 153% 및 시험 직전에 사용된 세라믹 코팅된 크레이핑 블레이드의 수명의 134%에 대응하는 시간 기간 동안 지속되었다: 시험 동안 시트 찢어짐의 양은 최소였고 밀 스태프에게 허용가능하다. 블레이드 성능에 관련되지 않은 시트 찢어짐으로 인한 제거에 대한 제 1 시험 블레이드의 검사는, 수명의 추가 기간 동안 블레이드를 사용하는 것이 가능할 것이라는 것을 드러냈다.
추가 시험 블레이드들은 제 1 블레이드와 유사한 방식으로 수행되었고, 이때 서비스 수명들은 허용가능한 종이 품질과 최소한의 진동들의 증거로 기대들을 초과하여 양호하다.

Claims (15)

  1. 양키(Yankee) 실린더 표면으로부터 종이 웹(web)을 크레이핑(creping)하기 위한 블레이드(blade)로서,
    상기 블레이드는 0.7 mm - 2 mm의 두께를 가진 강(steel) 기재(substrate)를 포함하고, 상기 강 기재는 상기 표면과 접촉하도록 적응된 작업 에지(working edge) 및 크레이핑 동안 상기 웹이 영향을 미치는 웹 영향 영역을 가지며, 적어도 상기 작업 에지에는 서멧(cermet) 코팅이 제공되고, 상기 서멧 코팅은 니켈 기반 금속 매트릭스에 크롬 탄화물들 및 텅스텐 탄화물들을 포함하고, 그리고 상기 서멧 코팅은 < 2 부피%의 다공도 및 > 1100 HV0.3의 경도를 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅은 텅스텐 탄화물의 ?t량보다 더 높은 크롬 탄화물 함량을 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅은 35중량% 내지 60중량% 범위의 크롬 탄화물 함량을 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅은 25중량% 내지 45중량% 범위의 텅스텐 탄화물 함량을 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅의 상기 금속 매트릭스는 15부피% 내지 20부피% 범위인,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅의 상기 금속 매트릭스는 중량%로 다음 조성:
    Co 18% 내지 25%
    Fe 0.5% 내지 5%
    선택적으로
    Cr 0.1% 내지 10%
    Ni 및 나머지 불순물들
    을 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은 열용사 기법(thermal spraying technique)에 의해 적용되는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅은 HV0.3 1200 내지 HV0.3 1400의 평균 경도를 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드의 상기 크레이핑 에지에서의 상기 서멧 코팅의 두께는 120 내지 300㎛ 범위인,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 블레이드의 상기 크레이핑 에지에서의 상기 서멧 코팅의 두께는 200 내지 300㎛ 범위인,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 기재와 상기 서멧 코팅 간에 본드 코트(bond coat)가 없는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 기재는 사전-연삭된 베벨(pre-ground bevel)을 가지며, 상기 사전-연삭된 베벨 상에는 상기 서멧 코팅이 증착되는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 기재는 0.75 내지 1.50 mm 범위, 바람직하게 0.8 내지 1.30 mm 범위의 두께를 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 기재는 50 내지 150 mm 범위, 바람직하게 75 내지 120 mm 범위의 폭을 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서멧 코팅은 < 1.5 부피%의 다공도, 바람직하게 < 1 부피%의 다공도를 가지는,
    양키 실린더 표면으로부터 종이 웹을 크레이핑하기 위한 블레이드.
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