專利名稱：用于刮刀的金屬陶瓷涂層的噴粉的制作方法
用于刮刀的金屬陶瓷涂層的噴粉本發明涉及用于造紙機器的的刮刀，以及具體地涉及用于改進刮刀表面的刮刀涂層。通常,造紙工藝中制造的纖維幅(Faservliesbahn),即所謂的原紙幅，仍不具有各 種待制造的紙類型所需的表面性能，因此必須對其進行相應加工。為了平滑紙幅表面，一般將包含顏料、粘合劑和助劑的膏狀涂層施用在所述表面 上?？梢栽讵毩⒌牟僮髦型坎技埛且话阃ㄟ^將涂布機連接在造紙機中而整合入造紙 工藝中。通過刮刀涂布法實現平滑紙表面，在該方法中一開始將過量涂布介質施用于紙上， 之后用刮刀刮去。由于刮刀(稱作涂布刀片)施加在涂布顏料上的壓力，通過刮涂填充紙 表面上的凹處，從而在經涂布的紙上實現了均勻的表面。在一些紙如衛生用紙中，纖維幅的表面通過引導紙幅使紙幅經過稱作起皺刮刀的 刮刀的上方而結構化。另外，刮刀用于刮輥，使輥表面上保持沒有紙殘留物和其他雜質，從而在造紙工藝 期間維持紙質量使其不變差?；诠蔚对诩埛鲜┘拥母邏毫?，在此通常接觸壓力為150N/m(相對刮刀長度的 接觸壓力)或更高，對刮刀的耐磨性提出了更高的要求。因此，用于紙幅表面處理的刮刀通 常由高強度鋼制造。為了改進耐磨性，即減小刮刀磨損的速度，已知在施用于紙幅或接觸涂布材料的 區域所提供的刮刀表面設置具有如下的涂層該涂層的耐磨性比刮刀基材的耐磨性更高。 已經證實了金屬陶瓷涂層是特別耐磨的。術語“金屬陶瓷”涉及硬質材料嵌入金屬基質中 的復合材料。金屬陶瓷中使用的硬質材料是陶瓷材料以及非陶瓷材料。金屬陶瓷通常在熱涂布工藝中施用至刮刀基體上，所述熱涂布工藝例如等離子噴 涂、高速火焰噴涂(縮寫HV0F,源自英語High Velocity Oxygen Fuel Spraying)或高速空 氣燃料火焰噴涂(縮寫HVAF,源自英語High Velocity Air Fuel Spraying)。在這些工藝 中，將粉末形式的噴涂材料供應至涂布設備的燃燒室或擴散噴管。為了制造金屬陶瓷，所供 應的噴粉(Spritzpulver) —般包含如下的混合物(Gemenge):形成金屬基質的顆粒(在下 文中稱作基質粉末)和用于嵌入該金屬基質中的硬質材料顆粒(在下文中稱作硬質材料粉 末)。在本上下文中的混合物理解為顆粒材料的混合物。為了形成粘性(zShe)基質，優選使 用基于鐵、鎳或鈷的硬質合金作為基質粉末。除了起初優選的同質的硬質相例如碳化物、氮 化物、硼化物或硅化物外，越來越多地使用異質的硬質材料例如碳化鎢或碳化鉻。目前使用基質粉末顆粒的尺寸通常為約10至63ü m的噴粉。通常，硬質材料粉末 的粒徑由各硬質材料決定。在團聚的和燒結的粉末的情況中，實現硬金屬陶瓷表面用的硬 質材料的粒徑分布在使用碳化鎢作為硬質材料時，通常在范圍約I至2. 5 ym，在使用碳化 鉻時則大于約3 u m。通常使用合適粒徑制造的金屬陶瓷涂層要求相對磨損性、粘性和腐蝕 性而言非常高的耐磨性。然而，具有相應粒徑分布的噴粉的劣勢是由所使用的粒徑和更具體地由硬質材料 的粒徑而導致的噴涂涂布表面的粗燥度，且該涂布表面需要昂貴的后處理。另外已經顯示，在硬質材料的粒徑和噴粉消耗之間存在相關性，過度噴涂，即不成為涂層部分的噴粉比例， 隨著粒徑的增加而增加。基于以上事實，期望提供一種在熱涂布工藝中制造金屬陶瓷涂層用的噴粉，由此 可以制造出具有改進特性的金屬陶瓷涂層。根據一實施方案，提供一種在刮刀表面上制造金屬陶瓷涂層用的噴粉，其中所述 噴粉包括由金屬粉末和硬質材料粉末形成的混合物，并且所述金屬粉末中至少90%的顆粒 的尺寸小于63 u m、優選小于48 u m,以及所述硬質材料粉末中至少90%的顆粒的尺寸小于 2 u m。利用具有所給粒徑分布的金屬粉末可以形成具有低孔隙度的涂層，其中硬質材料 分布均勻。具有90%顆粒的尺寸小于2 u m的粒徑分布的硬質材料顆粒具有在金屬基質中 的好的分散性能，并且因此細密地分布在利用噴粉制造的金屬陶瓷涂層中。硬質材料顆粒 在金屬基質中均勻細密的分布使得可以形成粗燥度低的涂層表面，僅需很少的后處理。由 于分散行為好，并由此引起硬質材料顆粒在涂層的金屬基質中細密均勻的分布，涂層體積 中的硬質材料比例僅有小的局部波動。施加在涂層表面上的載荷因而均勻地被硬質材料顆 粒吸收，由此改進了涂層的耐磨性。另外，由于過度噴涂隨著硬質材料的粒徑減小而減少， 因此在利用根據所給實施方案的噴粉施用金屬陶瓷涂層的期間產生的材料損失減小?？梢酝ㄟ^窄粒徑分布而改進硬質材料顆粒結合入金屬基質中的均勻性。根據一實 施方案，在使用的金屬粉末中，至少90%的顆粒的尺寸為大于10 以及優選大于18 ym。 本上下文中，本說明書和權利要求書中列出特征時使用的術語，例如“包括”、“具有/顯示”、 “包含”、“含有”和“有”以及它們的語法變格通常不被認為是特征的封閉式說明，例如過程 步驟、設備、區域、尺寸和類似物，不排除存在其他的或額外的特征或其他的或額外的特征 的組合。為了形成盡可能均勻地分布在涂層中的硬質材料部分，根據另一實施方案使用具 有窄粒徑分布的硬質材料粉末，其中優選如下實施方案90%的硬質材料粉末顆粒的尺寸 大于15nm,優選大于0. 5 y m。為了保持硬質材料顆粒從金屬陶瓷涂層的金屬基質中析出的可能性盡可能小，選 擇盡可能粘性的基質材料。根據一實施方案，金屬粉末為此包括至少80%的選自以下的材 料鐵、鈷、銅、鎳、鉻及其合金，以及它們的混合物。在一優選的實施方案中，噴粉中所使 用的金屬粉末包括至少80%的選自以下的材料鎳(Ni)、鎳-鉻合金(NiCr)、鈷-鉻合金 (CoCr)和鎳-鈷-鉻體系的合金(NiCoCr)。鎳以及所給合金在熱涂布工藝施用期間顯示 出流動性能，其有利于形成具有低孔隙度的均勻涂層。根據另一實施方案，噴粉中所使用的硬質材料粉末包括至少80%的選自以下的材 料碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和陶瓷金屬氧化物(keramische Metalloxide)。在另 一實施方案中，硬質材料粉末包括選自以下的碳化物元素鎢(W)、鉻(Cr)、釩(V)、鉭(Ta)、 鈦(Ti)、鑰(Mo)、鈮(Nb)和硼(B)的碳化物和混合碳化物。在另一實施方案中，包含在硬 質材料粉末中的90%的碳化物顆粒的尺寸大于0. 4 ii m，優選大于0. 6 ii m，并且至少90%的 碳化物顆粒的尺寸小于1. 0 ii m，優選小于0. 8 ii m。碳化物相應窄的粒徑分布有利于硬質材 料顆粒在金屬陶瓷涂層的金屬基質中的均勻分布，并產生在金屬陶瓷涂層內部及其表面上 硬質材料部分的均勻分布。
根據另一有利的實施方案，噴粉中所使用的硬質材料粉末包括選自以下的陶瓷金 屬氧化物元素鉻(Cr)、鋁(A1)、鈦(Ti)、釔(Y)和鋯(Zr)的陶瓷金屬氧化物以及它們的 混合物。在另一實施方案中，硬質材料粉末中至少90%的金屬氧化物顆粒的尺寸大于15nm 以及優選大于0. 5 y m，以及至少90%的金屬氧化物顆粒的尺寸小于2. 0 y m以及優選小于 0. 8 u m。另一實施方案涉及具有金屬陶瓷涂層的刮刀，其中在熱涂布工藝中通過使用上述 噴粉制造該金屬陶瓷涂層，其中金屬陶瓷-涂層的厚度為至少0. 15 i! m以及最大300 i! m以 及優選至少1. 0 y m以及最大200 u m。本發明的額外特征由以下實施例的說明以及權利要求書和附圖一起給出。單個的 特征可以在根據本發明的實施方案中獨立或組合地實現。以下將參考附圖對本發明的多個 實施例進行說明

圖1 :以橫截面示意圖示出的涂布后的刮刀的實例，和圖2 :顯示了說明熱涂布刮刀的示意圖。圖1示意性示出了經過設置有涂層12的刮刀10的前端區域的橫截面。涂層12 占據了刮刀10的至少一部分，該至少一部分接觸紙幅的纖維(Faservlies)或接觸施用在 纖維上的刮涂材料。刮刀10具有基體11 (例如可以由鋼構成)，在該基體11上涂覆有耐磨 的金屬陶瓷涂層12。在刮刀前端還形成有斜面13，其通常稱為刮刀刃(Wate)。通常，涂層 12如所示覆蓋基體11,如圖1中所示,也覆蓋刮刀刃13的區域。為了制造利用刮刀10的 各工藝步驟所需的金屬陶瓷涂層表面的粗燥度，通常在施用涂層后進行研磨。除了精磨涂 層表面，也可以通過研磨除去涂層12的鋒利邊緣由此避免紙幅表面的可能損壞。圖2示出了刮刀的熱涂層的設置100。單元100包括供應噴粉30用的容器20，該 噴粉30經過進料設備21輸送至一般形似手槍的噴霧燃燒器22。在噴霧燃燒器22中產生 非常熱的氣體或等離子體，其通過擴散噴嘴從噴霧燃燒器22中排出。進料至燃燒室或噴嘴 的噴涂介質通過氣流運送，噴粉的金屬粉末部分在熱氣流中熔融從而與硬質材料粉末顆粒 一起離心至待涂布的刮刀體11的表面上。在此，刮刀基體11不是熔合的，僅較小程度上加 載了熱量。為了監控涂層參數，設備100配有火焰監控器23，其測量值通過信號-或數據連 接24傳送至信息顯示單元25，在此使測量值可視化。備選地，通過火焰監控器23接收的測 量信號也可以用于控制噴霧燃燒器和噴粉30的進料。由熱氣流運送的顆粒噴射流31優選 輸送經過待涂布的刮刀基體11的表面上方，從而使得涂層以多個層逐步地形成。根據一實施方案，含金屬粉末和硬質材料粉末的混合物用作噴粉30，金屬粉末顯 示了粒徑分布為-63/+10 u m。此時至少90%的金屬粉末顆粒小于63 u m,確保了金屬顆粒在 熱氣流中的好的熔融。粒徑的確定可以例如使用費氏粒度測量儀進行。為了避免在刮刀體 11的表面上的加速期間金屬顆粒的液化，選擇盡可能窄的金屬粉末的粒徑分布。因此，在所 述粒徑分布中，90%的金屬粉末顆粒大于lOiim。在另一實施方案中，甚至選擇-48/+18 ii m 的更窄的金屬粉末的粒徑分布，從而確保了主要多數的金屬粉末顆粒當撞擊在刮刀基體的 表面上時顯示了大約相同的熔融狀態。為了改進涂層的耐磨性，至今使用的硬質材料顆粒具有的粒徑，根據材料，為小直 到2. 5 y m或也大于3. 0 y m。優選這些粒徑，是因為它們顯示了進入金屬陶瓷涂層的金屬 基質中的強的結合，并且基于它們的尺寸吸收了大多數影響涂層表面的載荷。然而已顯示了，硬質材料顆粒或各顆粒的尺寸對于耐磨表面的形成不是關鍵性的。更確切地，金屬陶瓷 涂層的耐磨性主要由硬質材料顆粒在金屬基質中的均勻分布而確定。硬質材料顆粒在金屬 基質中好的分散性能對于耐磨性是重要的。已顯示，與具有較大平均粒徑的硬質材料粉末 相比，具有較小平均粒徑的硬質材料粉末更好地分散在金屬基質中。根據一實施方案，在噴 粉中利用的至少9096的硬質材料粉末顆粒因此具有的尺寸小于2丨在另一實施方案 中，硬質材料粉末也包括一定含量的非常細的粉末，僅約1096的硬質材料粉末的尺寸小于 1511111，從而在較大硬質材料顆粒之間不存在純金屬基質，而是金屬基質具有一定基礎含量 的最細的硬質材料。這額外地增加了金屬基質的硬度。
〔0027〕 在一有利的實施方案中，使用具有8八0丨511111的非常窄的粒徑分布的硬質材 料粉末，基于此實現了硬質材料顆粒均勻分布在金屬陶瓷-涂層的金屬基質中以及避免了 涂層的耐磨性的不均勻性。
〔0028〕 對于硬質材料顆粒的有效結合，金屬陶瓷-涂層的金屬基質必須具有粘性。用于 形成金屬粉末的合適材料是例如鐵、鈷、銅、鎳、鉻。然而優選的是基于這些物質的硬質金屬 合金，其中特別優選鎳以及鎳-鉻合金、鈷-鉻合金和鎳-鈷-鉻合金。其他材料也可以用 于形成金屬粉末，但是至少8096的金屬粉末應該包括一種或多種所列出的材料。
〔0029〕 以下材料可以用作形成硬質材料粉末的材料碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化 物和陶瓷金屬氧化物。碳化物可以是純碳化物或混合碳化物，其中優選使用元素鎢作)、 鉻收)、釩⑴、鉭(丁已)、鈦(丁土)、鑰(陳銀(他)和硼⑶的碳化物和混合碳化物。根 據一實施方案，在噴粉的硬質材料粉末中所使用的碳化物優選顯示了 -1.0/+0.4 9??！、特 別優選8八0丨6 9 的粒徑分布。由此，金屬陶瓷涂層中的硬質材料顆粒的尺寸僅發 生非常小的變化，由此金屬陶瓷涂層表面的載荷均勻地通過嵌入其中的硬質材料顆粒被 除去。當陶瓷金屬氧化物用作形成硬質材料粉末的材料時，優選由以下元素形成的金屬 氧化物鉻(⑵、招(八”、鈦(打)、釔⑴和鋯⑶，即具體是0203、八1203、丁102、1203和 2『02。-1. 0 11 111/+1511111、特別是8八0丨511111的粒徑分布對于硬質材料粉末中的陶瓷金屬 氧化物顆粒是優選的。
〔0030〕 除了分散性能好以及由此所促進的硬質材料部分在金屬陶瓷涂層中的均勻分布 外，通過所給的硬質材料粉末的粒徑可以形成更平滑的涂層表面，從而極大地減小了用于 使涂層表面平滑化的后處理的費用。另外，發生在涂布期間的過度噴涂也減少了，從而更有 效地利用了材料。
〔0031〕 具有如上所述的噴粉的涂層主要用于包括彈簧鋼、不銹鋼和非鐵合金的刮刀基體 的涂層，其中刮刀基體的厚度典型地為0丨25至1. 施用有上述噴粉的涂層12的厚度根 據應用情況而變化，并且可以具有的值為0丨15至3009！11。但是要注意的是，在薄層的情況 下優選使用不大于以及盡可能小于待實現的層厚度的粒徑分布。在這樣的層厚時，由于噴 粉中的硬質材料顆粒具有更小的尺寸，減薄涂層用的后加工費用小于常規噴涂介質。
權利要求
1.用于在刮刀表面(11)上制造金屬陶瓷涂層(12)的噴粉，其中所述噴粉(30)包括金屬粉末和硬質材料粉末的混合物，其中所述金屬粉末中至少90%的顆粒的尺寸小于63 μ m、優選小于48 μ m,所述硬質材料粉末中至少90%的顆粒的尺寸小于2 μ m。
2.根據權利要求I的噴粉，其中所述金屬粉末中至少90%的顆粒的尺寸大于10μ m，優選大于18 μ m。
3.根據權利要求I或2的噴粉，其中所述硬質材料粉末中至少90%的顆粒的尺寸大于15nm,優選大于O. 5 μ m。
4.根據權利要求1、2或3的噴粉，其中所述金屬粉末包括至少80%的選自以下的材料鐵、鈷、銅、鎳、鉻及其合金，以及它們的混合物。
5.根據權利要求4的噴粉，其中所述金屬粉末包括至少80%的選自以下的材料Ni、Ni Cr、CoCr 和 NiCoCr。
6.根據上述權利要求中任一項的噴粉，其中所述硬質材料粉末包括至少80%的選自以下的材料碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和陶瓷金屬氧化物。
7.根據權利要求6的噴粉，其中所述硬質材料粉末包括選自以下的碳化物W、Cr、V、Ta、Ti、Mo、Nb、B的碳化物和混合碳化物。
8.根據權利要求6或7的噴粉，其中所述硬質材料粉末包括碳化物，并且至少90%的所述碳化物顆粒的尺寸大于O. 4 μ m、優選大于O. 6 μ m,至少90%的所述碳化物顆粒的尺寸小于I. O μ m、優選小于O. 8 μ m。
9.根據權利要求6的噴粉，其中所述硬質材料粉末包括選自以下的陶瓷金屬氧化物元素Cr、Al、Ti、Y和Zr的陶瓷金屬氧化物，以及它們的混合物。
10.根據權利要求6至9中任一項的噴粉，其中所述硬質材料粉末包括陶瓷金屬氧化物，并且至少90%的所述金屬氧化物顆粒的尺寸大于15nm、優選大于O. 5 μ m,以及至少90%的所述金屬氧化物顆粒的尺寸小于2. O μ m、優選小于O. 8 μ m。
11.具有金屬陶瓷涂層(12)的刮刀，其通過使用根據上述權利要求任一項的噴粉(30)在熱涂布工藝中制造，其中所述金屬陶瓷涂層(12)的厚度是至少0.15 μ m和最大300 μ m，優選至少l.Oym和最大200 μ m。
全文摘要
本發明涉及用于在刮刀表面(11)上制造金屬陶瓷涂層(12)的噴粉，其中噴粉(30)包括金屬粉末和硬質材料粉末的混合物，其中所述金屬粉末中至少90%的顆粒的尺寸小于63μm、優選小于48μm，所述硬質材料粉末中至少90%的顆粒的尺寸小于2μm。
文檔編號C23C4/06GK102666904SQ201080052911
公開日2012年9月12日 申請日期2010年8月3日 優先權日2009年9月23日
發明者A.艾西梅爾, A.貝倫德斯, H.比肖夫, N.加姆斯賈格, W.P.梅爾 申請人:沃依特專利有限責任公司