CN1037371A

CN1037371A - 造纸机的压机辊子及其制造方法

Info

Publication number: CN1037371A
Application number: CN89102875A
Authority: CN
Inventors: 约尔马·赖诺; 尤卡·萨洛; 怀约·米伊基伦; 阿里·特拉马
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1989-11-22
Also published as: EP0341229B1; ATE124739T1; EP0341229A3; US4989306A; FI882006A; FI80097B; DE68923321D1; CN1015119B; FI882006A0; EP0341229A2; DE68923321T2

Abstract

本发明介绍一种造纸用的辊子，如压机的中心辊或压光辊，纸幅与该辊子直接接触并从它上面脱离开。在该辊子的圆柱形套筒上形成一种涂层，该涂层部分地由金属制成并包含陶瓷材料。该涂层的外表面是由许多富碳化物区和处于这些富碳化物区之间的一些基体区构成。本发明还介绍了这种辊子的制造方法。

Description

本发明涉及一种造纸用的辊子，例如压机的中心辊或压光辊，纸幅与辊子直接接触，并从它上面脱离开。在上述辊子的圆柱形套筒上形成一种涂层，该涂层部分地由金属制成并包含陶瓷材料。

本发明还涉及所述辊子的制造方法。

众所周知，就造纸机的压机部分而言，采用的岩石辊是由花岗岩制成的。花岗岩的普及是基于它的表面特性，它为纸幅从岩石表面上可控地分离开提供了条件，此外，花岗岩能承受刮板凹下部分的磨损作用。

但是，花岗岩有某些缺陷。作为一种天然材料，其性能是变化的，花岗岩的内在缺陷及其开裂倾向对其在某些应用场合的使用构成严重障碍。此外，花岗岩辊较重，增加了结构发生振动的趋势。岩石辊的重量还影响起重设备的尺寸和造纸机机座尺寸的确定。

在现有技术中，人造岩石辊也是人们熟知的，这种辊子一般是加有岩石粉（如石英砂）及硬橡胶或聚氨酯的聚合物面层辊。这种辊子存在的缺陷除了机械强度较低以外，其辊面与纸幅粘附较严重。

在本申请人的芬兰专利70，273号中介绍了一种压机辊子，该辊子面层是由一种金属粉末和无机材料的混合物构成的。其中金属的功能是起粘结剂作用并增加辊子涂层的韧性。无机材料的功能是提供一种具有适宜表面能的耐磨表面，因为辊面的表面能必须在一定的范围内，以使纸幅由压机辊表面上的脱离能够得以控制。

本申请人在芬兰专利申请书853544号中所介绍的辊子，一种合适的表面能已经起到较好的作用，因此其金属组分是特别含铬的不锈钢，铬在该金属中所占的比例为9至35%。雷铬不锈钢是一种亲水材料（铬增加亲水性）。另一方面，借助铬的合金化，在结构中获得耐磨性好的碳化铬。铬还能增加钢的耐蚀性。在这种“合金”中，陶瓷材料作为一种碳化铬由钢中分离出来。

本发明的主要目的是提供一种辊子及其制造方法，通过这种方法所制造的辊子使纸幅能从辊面可控脱离，而且辊子的耐温和抗机械变形能力更好些。

为达到上述目的，本发明辊子的主要特征是，涂层外表面是由许多富碳化物区和处于富碳化物区之间的一些基体区构成的。

另一方面，达到上述目的的本发明方法的主要特征是，涂层是由富碳粉末和基体粉末组成的一种粉末制成的。

应用本发明方法时，可以采用以现有铸造方法与其两端部和轴颈一起制造的辊体，该辊体主要是保证辊子的机械强度，而辊子的表面性能和辊子表面的耐用性是通过新的方法达到的。

本发明的辊子可以采用许多不同的方法进行制造，这些方法在芬兰专利70，273和芬兰专利申请书853544号中有所介绍。

碳化物涂层的功能主要是充当辊子承压面的作用，其具体特征是具有与纸幅脱离的良好性能。

脱离性能是由于碳化物涂层的微孔性，低摩擦性及合适的表面粗糙度等性能以及这些性能的保持性而产生的。

下面将详细描述本发明涂层的组织结构，化学组分以及其它性能。

本发明的辊子涂层由直径约为10至50微米的许多富碳化物区和处于这些富碳化物区之间的直径约为10至50微米的基体区构成。在各富碳化物区中，碳化物粒度约为5至10微米，碳化物的比例约为50至95%。碳化物也存在于基体区中，但其亚显微粒度约为0.001至0.01微米，所占比例为5至50%（体积比）。某些碳化物还未离析，而且这种碳借助溶解强化机制增强了基体。碳化物区所占的比例是根据使用目的进行改变的。涂层在碳化物约为5至20%（体积比）的低比例时，要比在例如70至95%（体积比）的高比例时更为柔软和具有更好的韧性，而比例较高时，涂层的抗磨损性增加，相应的硬度和脆性也随之增加。例如在花岗岩辊子（G-roll）的碳化钨表面内，碳化物区的比例大约为20至30%（体积比）。

辊子涂层约化学组成是一种钨，铬和碳的混合物或者碳化钨，钨，钴，铬和碳的混合物。该组合物中各组分的百分比：在基体区内，W为70-80%（重量比），最好是81%（重量比），C₀为7-13%（重量比），最好是10%（重量比），Cr为4-10%（重量比），最好是4%（重量比），C为4-8%（重量比），最好是4-5%（重量比）。在富碳化物区内，WC为70-95%（重量比），最好是约85%（例如86%），C₀为7-13%（重量比），最好是10%，Cr为-8%（重量比），最好是约5%（例如4%）。碳化钨的组合物是由各种不同的碳化物构成，它们之间的百分比：WC为30-100%，最好是50%，WC_1-x为0-50%，最好是40%，WzC为0-30%，最好是10%。在基体区内的组分相当于平均组分，但其中一部分碳结合在亚显微碳化物中，而另一部分溶于金属基体中。

表面粗糙度是通过表面孔隙度，碳化物的粒度及精磨削程度来调整的。孔隙度是利用涂敷参数改变的。随着孔隙度的增加，表面粗糙度也随之增加。碳化物的粒度主要决定于形成该涂层的粉末中碳化物的粒度。通过改变涂敷参数，只能使碳化物的粒度稍有减小。随着碳化物粒度的增加，表面粗糙度也随之增加。利用精磨削磨除存在于表面的碳化物波峰来改变表面粗糙度，并由此在降低表面粗糙度的同时，也对任何宏观不平度进行磨除。表面粗糙度是根据使用目的决定的;当要求增加摩擦和脱离性能时，则选择较高的表面粗糙度，例如Ra1-2μm，当要强调低摩擦和低擦伤质量时，则表面粗糙度应是例如Ra0.2-1μm。

涂层的硬度高于1000Hv₃₀₀，其内部强度大于100N/mm²。

本发明辊子的涂层是由一种粉末制成的，该粉末的各种性能详述如下。

该粉末是由富碳化物粉末和基本粉末构成。粉末粒度为5-50μm，而其配比决定于所用方法，例如为：＜45μm99%，＜20μm20%和＜15μm7%。受热时间越短或者涂敷温度越低，则粒度就越小。但是，粉末必须具有足够大的粒度以便能送入涂敷装置中。此外，颗粒的表面面积是有影响的;表面面积越大则越能够有效地加热。粉末颗粒中碳化物的粒度大小随使用目的而变，根据粗糙度的要求可在1-10μm范围内。1μm的碳化物粒度相当于约为0.5μmRa的表面粗糙度，而3μm的碳化物粒度相当于约为1.5μmRa的表面粗糙度。基体粉末已经利用快速固化（快速固化技术）由熔料制成，从而碳作为亚显微碳化物和/或溶解于金属基体而保留在结构中。在涂层和粉末中的碳化物颗粒的形状是圆形的。粉末的化学组分与涂层的化学组分相当。该基体可以是晶体，非晶体或者是晶体和非晶体材料结构的混合物。

例如可采用研磨烧结和粉碎技术制造该粉末（基体粉末）。利用现有技术的各种已知方法产生该涂层，例如采用带式焊接，热喷涂，铸造，绕着圆筒缠绕烧结带和/或辊轧带，或者利用感应加热、激光或其它合适的加热方法将柔性垫层熔融固定到辊体上。这些方法在本申请人的芬兰专利70，273号和芬兰专利申请书853544号中均已详细描述。当涂层通过喷涂产生时，则喷涂两种粉末组分，即，a）碳化物和金属粘结剂，b）基体金属。

就润湿和表面张力性能而言，涂层与通常涉及的辊子所采用的花岗岩的性能很接近。

该碳化物涂层的长期使用质量是通过由高硬度（1100Hv）所产生的高耐磨性和基于合金化所产生的良好耐蚀性来保证的。这两种因素都要求保持微孔性和表面粗糙度，微孔性和表面粗糙度又是纸幅脱离的重要因素。微孔性的原始水平可以借助涂敷方法的各参数进行调整。

该碳化物涂层还能够经受可以预见到的将来造纸机条件的变化，这些条件变化包括腐蚀应变和高温，填料含量和增加的线型载荷。该涂层还可经受热冲击的条件。

此外，下面将结合实施例和附图对本发明进行描述。

根据在本申请人的试验造纸机上所进行的一系列试运转，与其它试验表面相比，确定了该碳化物涂层具有小的脱离角和低的脱离力。

该附图表示在造纸机的运转速度为18米/秒条件下，纸幅脱离角与纸幅和辊子之间速度差值暮叵怠?

实例例

在试验造纸机中，采用以下几种辊子进行一系列运转试验：

1 A 旧式岩石辊

2 B 金属辊

3 C 普通聚合物辊

4 D 本发明的辊子

造纸机的运转速度为18米/秒。在附图中，记录了纸幅脱离角与纸幅和辊子之间速度差值的函数关系。由图中可以看出，碳化物涂层D具有最好的脱离性能，因为拉伸力一定时，纸幅脱离点出现较早（脱离角小）。在试运转时还测定了相对的脱离功。其结果见表1。采用碳化物涂层D时，其脱离功只等于参考辊子A的脱离功的40%左右。

表1

采用不同辊子的相对脱离功的值为Ws：

理论关系式：T＝ (W)/(1-Cosφ) +mv²

所得参考关系式： (Wsa)/(1-Cosφa) ＝ (Wsb)/(1-Cosφb)

根据一系列运转试验所得W值：

辊子 W值

A 1

B 0.64

D 0.41

下面将给出本发明的权利要求书，而本发明具体细节方面的改变仍属本权利要求书所限定的本发明概念的范围。

Claims

1、在造纸中使用的一种辊子，如压机中的中心辊或压平辊，纸幅与上述辊子直接接触并从它上面脱离开，在上述辊子的圆柱形套筒上形成一种涂层，该涂层部分地由金属制成并包含一种陶瓷材料，其特征在于：该涂层外表面是由许多富碳化物区和处于该富碳化物区之间的一些基体区构成的。

2、如权利要求1所述的辊子，其特征在于：所述碳化物区和基体区所占的比例是根据使用目的而改变的。

3、如权利要求1或2所述的辊子，其特征在于：该富碳化物区的直径为10至50μm，而基体区的直径为10至50μm。

4、如权利要求1或2所述的辊子，其特征在于：在碳化物区内的碳化物粒度为0.5至10μm，在所述区内碳化物的比例占50至95%。

5、如权利要求1或2所述的辊子，其特征在于：在基体区内碳化物的粒度为0.001至0.01μm，在该区内碳化物所占比例为5至50%。

6、如权利要求5所述的辊子，其特征在于：在涂层中的部分碳化物未离析，而且该碳借助溶解强化机制增强基体。

7、如权利要求1至6中任何一项所述的辊子，其特征在于：该涂层是碳化钨，钨，钴，铬和碳的化学混合物或者是钨，钴，铬和碳的混合物。

8、如权利要求1至7中任何一项所述的辊子，其特征在于：在涂层的基体区内的各种组分所占的比例为：W70至88%（重量比），最好?0%，Co7-13%（重量比），最好是10%，Cr4-10%（重量比），最好是4-5%，C4-8%（重量比），最好是5%。

9、如权利要求1至8中任何一项所述的辊子，其特征在于：在富碳化物区内的组成大致为，WC70-95%，最好是85%，Co7-13%（重量比），最好是10%，Cr4-10%（重量比），最好是4-5%。

10、如权利要求9所述的辊子，其特征在于：在碳化钨内不同的碳化物的比例为：WC30-100%，最好是50%，WC_1-x0-50%，最好是40%，WzC0-30%，最好是10%。

11、如权利要求9所述的辊子，其特征在于：在基体区内，部分碳结合在亚显微碳化物内，而另一部分溶于金属基体内。

12、如权利要求1至11中任何一项所述的辊子，其特征在于：涂层的硬度＞1000Hv300，内部强度＞100N/mm²。

13、如权利要求1至12中任何一项所述辊子的制造方法，其中纸幅与辊子直接接触并从上述辊子上脱离开，所述辊子上的涂层部分地由金属构成而且还包括一种陶瓷材料，其特征在于：该涂层是由含有富碳化合物粉末和基体粉末的一种粉末制成。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于：该粉末的粒度为5至50μm。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于：根据该方法决定颗粒尺寸的分布，例如，＜45μm99%，＜20μm20%和＜15μm7%。

16、如权利要求13至15中任何一项所述的方法，其特征在于：该基体粉末借助快速固化由一种熔化物制成，结果，碳在结构中以亚显微碳化物和/或溶解在基体金属中的形式存在。

17、如权利要求13至16中任何一项所述的方法，其特征在于：该碳化物颗粒的形状是圆形的。

18、如权利要求13至17中任何一项所述的方法，其特征在于：所述基体粉末是采用研磨烧结和粉碎技术制造的。

19、如权利要求13至18中任何一项所述的方法，其特征在于：该涂层是利用带式焊接，热喷涂，铸造或者绕着圆筒缠绕烧结带和/或辊轧带制成的。

20、如权利要求13至18中任何一项所述的方法，其特征在于：该辊子涂层是利用感应加热、激光或其它合适的加热方法将柔性垫层熔融固定到辊体上制成的。

21、如权利要求13至20中任何一项所述的方法，其特征在于：其表面粗糙度是以涂层空隙度和/或碳化物粒度和/或精磨削进行调整的。

22、如权利要求13至21中任何一项所述的方法，其特征在于：该辊子涂层的孔隙度是借助涂层参数改变的。

23、如权利要求13至22中任何一项所述的方法，其特征在于：其表面粗糙度是根据使用目的通过孔隙度，碳化物粒度和精磨削程度进行选择的。