一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，以中空厚壁辊或实心辊为基体，对基体进行清洗、除油除锈和表面粗化；采用热喷涂方法在基体表面制备金属涂层；采用热喷涂方法在金属涂层表面制备陶瓷涂层；在陶瓷涂层表面紧密固定一层圆柱形筛网；采用热喷涂方法将陶瓷粉末继续喷涂到经过筛网遮蔽的表面上，喷枪扫描5-15遍后取下筛网，涂层表面形成规则排列的多个凸点，即制成网纹辊。本发明处理的网纹辊基体变形小，热影响区很浅；材料选择广泛，且辊面硬度较大(>70HRC)，可以有效提高网纹辊的使用寿命，同时该方法工艺简单，不仅适用于制备新型网纹辊，同样也可用于对废旧网纹辊的修复，起到节能降耗的作用。
【专利说明】
一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及印刷机网纹辊表面处理技术领域，尤其是涉及一种基于热喷涂技术的 印刷机网纹辊制备方法。
【背景技术】
[0002] 柔性版印刷已成为包装印刷中最具生命力的一种印刷方式。多年来，网纹辊被称 为柔性版印刷工艺的"心脏"，在柔性版印刷中，网纹辊控制着印刷机油墨的转移，它不但控 制油墨的储存量，还能使传送量均衡，最终控制印刷质量的档次和一致性。
[0003] 传统的网纹辊制备方法如下：
[0004] 滚压法：滚压法加工网穴与普通滚花类似，滚刀体表面切削出正反螺旋线形成与 所要求的网纹辊网穴对应的凸起网点。在车床上使滚刀与待加工的网纹辊辊体合压对滚， 即可冷乳完成网穴的加工。
[0005] 电子雕刻法：与凹印滚筒的电子雕刻方法原理类似。
[0006] 这两种方法的加工过程为：辊体预加工（材料为45钢）一电镀铜（制作网纹铜 层）一镀后加工（使辊表面达到加工网纹要求）一网纹加工（滚压或电子雕刻）一镀铬前 去油脂处理（增强镀层附着力）一镀铬处理（提高耐磨性能）。该方法的材料选用45号钢， 重量较重，电镀原料用的铬均为六价铬，吸入人体后会出现肺硬化、肺气肿、恶心等症状，且 六价铬化合物为致癌物质，铜、盐酸、硫酸、氢氧化钠等镀液均会对人造成各种疾病，这两种 方法制备的网纹辊较重，且在加工过程中极不环保。
[0007] 激光雕刻法：是应用激光束作为动力对网纹辊表面进行蚀刻加工。网纹辊在激光 雕刻之前先用等离子喷涂的方法将金属氧化物（A1 203、Cr203或矾土-钛）喷涂在金属辊 表面形成牢固、致密的陶瓷薄膜，然后用激光雕刻，激光的高能量使陶瓷汽化蒸发而形成网 穴。激光雕刻陶瓷网纹辊的加工过程为：辊体预加工（材料为45钢）一辊体精加工（使辊 表面达到喷涂陶瓷的要求）一喷陶瓷一研磨一抛光一激光雕刻网纹（由于表面是陶瓷层， 其耐磨性很高）。这种网纹辊还是较重，加工过程虽然废除了极不环保的电镀工艺，但加工 硬度很大的陶瓷材料无法利用电子雕刻设备来雕刻，必须使用激光雕刻，成本极高。因此开 发一种新型的网纹辊制备方法具有重要的经济意义。
[0008] 热喷涂是一种常用的材料表面处理技术，采用热喷涂方法可以在网纹辊表面制备 出耐磨和抗腐蚀性能优良的涂层，且热喷涂具有不受工件尺寸和施工场所的限制、沉积效 率较高以及对基体材料的热影响小的特点，既可用于制备新型网纹辊，同样也可用于对废 旧网纹辊的修复，综合成本较低。当前利用热喷涂方法完成网纹辊的全程制作的技术还未 见报道，主要的原因是还没有解决如何利用热喷涂方法在网纹辊表面制备出均匀分布的微 小凹孔或凸点。
[0009] 中国专利CN202370993U公开了及一种复合材料辊筒，包括内管层、中间结合层、 喷涂层，内管层为辊筒基体或套筒基体；中间结合层螺旋状缠绕并固定在内管层的外表面； 中间结合层外热喷涂有喷涂层。制作得到的复合材料辊筒不受钢或铝合金管型材规格的限 制，可以做成任何所要求的尺寸的金属或陶瓷辊面的导向（或传导、传递）辊筒、网纹辊、套 筒式网纹辊，广泛应用于印刷、包装、纺织、印染设备或其它相关领域。虽然采用了热喷涂构 成的喷涂层，但是该复合材料辊筒仍没有解决如何在表面形成微小凹孔或凸点的问题。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有与激光雕 刻陶瓷网纹辊同等的使用性能，但工艺相对简单，节能环保，综合成本较低的基于热喷涂技 术的印刷机网纹辊制备方法。
[0011] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012] 一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，采用以下步骤：
[0013] (1)以中空厚壁辊或实心辊为基体，对基体进行清洗、除油除锈和表面粗化；
[0014] (2)采用热喷涂方法在基体表面制备金属涂层；
[0015] (3)采用热喷涂方法在金属涂层表面制备陶瓷涂层；
[0016] (4)在陶瓷涂层表面紧密固定一层圆柱形筛网。
[0017] (5)采用热喷涂方法将陶瓷粉末继续喷涂到经过筛网遮蔽的表面上，喷枪扫描 5-15遍后取下筛网，涂层表面形成规则排列的多个凸点，即制成网纹辊。
[0018] 优选的，步骤（1)所述的表面粗化方法包括喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛处理。
[0019] 优选的，热喷涂方法包括超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂或电 弧喷涂方法。
[0020] 更加优选的，步骤（2)所述的热喷涂方法为超音速火焰喷涂方法，其喷涂参数为： 助燃气、燃气和辅助气的压力分别为16~20bar、3~6bar和5~8bar，流量分别为300~ 800slpm、50~70slpm和300~500slpm，送粉气压力为3~9bar，流量为10~20slpm，送 粉速率为40~150g/min，喷涂距离为150~300mm。
[0021] 经过热喷涂得到的金属涂层为NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、NiCrBSiFe或 NiCrBSiMoFe 涂层，厚度为 80 μ m ~150 μ m。
[0022] 更加优选的，步骤（3)中所述的热喷涂方法为等离子喷涂方法，其喷涂参数为：主 气和辅气的压力分别为3~5bar、和1~3bar，流量分别为30~50slpm和2~4slpm ;送 粉气压力为〇· 5~lbar，流量为2~4slpm，送粉速率为20~100g/min ;喷涂过程中电流 为450~750A，电压为50~70V，喷涂距离为100~120_。
[0023] 经过热喷涂得到的陶瓷涂层为Cr203、A120 3, Zr02、1102或Cr 3C2涂层中的一种或几 种，厚度为200 μ m~500 μ m。
[0024] 更加优选的，步骤（5)中所述的热喷涂方法为等离子喷涂方法，其喷涂参数为：主 气和辅气的压力分别为3~5bar、和1~3bar，流量分别为30~50slpm和2~4slpm ;送 粉气压力为〇· 5~lbar，流量为2~4slpm，送粉速率为20~100g/min ;喷涂过程中电流 为450~750A，电压为50~70V，喷涂距离为100~120_。
[0025] 本发明中基于热喷涂技术的印刷机网纹辊新型制备方法具有工艺简单、综合成本 较低、生产效率高和适于产业化的优点，可替代目前广泛使用的激光雕刻工艺，采用该方法 处理的网纹辊基体变形小，热影响区很浅；材料选择广泛，且辊面硬度较大O70HRC)，可以 有效提高网纹辊的使用寿命。同时该方法工艺简单，不仅适用于制备新型网纹辊，同样也可 用于对废旧网纹辊的修复，起到节能降耗的作用，是符合国家循环经济和可持续发展战略 的绿色制造技术，具有广阔的应用前景与经济效益。
[0026] 本发明预先在陶瓷涂层表面紧密固定一层圆柱形筛网，随后将陶瓷粉末继续热喷 涂到经过筛网遮蔽的表面上，喷涂5-15遍后取下筛网，由于筛网的部分遮蔽作用，在筛孔 部位发生粉末沉积而成为凸点，被筛网遮蔽的部位不发生粉末沉积而成为凹点，因此，该方 法直接通过热喷涂就可制备出网纹辊表面的陶瓷涂层和涂层表面规则排列的凸点和凹点， 省略了现阶段常用的激光雕刻步骤，具有如下优点：
[0027] (1)金属涂层与网纹辊表面的结合强度高，可有效防止使用过程中涂层的脱落； 陶瓷涂层硬度高，耐磨损性能良好，能较好地承受网纹辊工作时遭受的摩擦磨损，显著延长 其使用寿命。
[0028] (2)所用的设备和工艺相对简单，易于操作，生产效率较高，且不受网纹辊尺寸和 施工场所的限制，适用于新型网纹辊的制备和废旧网纹辊的修复。
【附图说明】
[0029] 图1为是本发明中采用热喷涂方法制备印刷机网纹辊的工艺过程示意图；
[0030] 图2是实施例1中制得的网纹辊涂层截面抛光后的显微形貌图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0032] 为了表征本发明网纹辊表面陶瓷涂层的性能，利用荧光金相显微镜、拉伸试验机 和显微硬度计对所得到的涂层样品进行表征，以下是具体的性能测试方法。
[0033] (1)涂层显微硬度测试方法：
[0034] 将涂层样品的横截面镶嵌后抛光，采用数显硬度计测量涂层横截面的显微硬度， 所加载荷为300g，保压时间为10s。硬度计算公式为：
[0036] 式中：P--所加载荷；
[0037] d--压痕对角线长度；
[0038] α 一一正方形四棱角锥体压头两相对面夹角（规定为136° )。
[0039] 每个试样测试5个点，最后的硬度取其平均值。
[0040] (2)涂层结合强度测试方法：
[0041] 该性能测试根据国标G98642-88 (热喷涂层结合强度的测定）进行。拉伸试样的 材质是普通的Q235钢，经车削加工成直径为25. 4mm，高度为30mm的圆柱形标准试样。具体 试验步骤如下：将试样对偶件A、B喷砂处理，将试件端面A均匀地喷上本发明的热喷涂复合 涂层，然后用E-7胶将试件A、B件粘合，并将A试件置于B试件之上，使其同轴，经过100°C、 lh加热固化以后，将试件夹在材料万能试验机夹具上，以lmm/min的速度进行拉伸，记下拉 断时所施加的载荷大小，同时观察拉断时，试件端面涂层的剥落情况。每种涂层进行五次以 上的拉伸测试，结合强度取其平均值。
[0042] 实施例1
[0043] 本实施例中，网纹辊涂层从基体表面往外依次是由NiCrBSi涂层和Cr20 3涂层组 成，该NiCrBSi涂层厚度为90μπι，Cr203涂层厚度为350 μπι。NiCrBSi涂层是由市售15~ 45 μ m的NiCrBSi粉末经热喷涂方法制备而得，Cr203涂层是由市售10~40 μ m的Cr 203粉 末经热喷涂方法制备而得，该网纹辊的具体制备方法如下：
[0044] 1、喷涂前，将基体进行清洗、除油除锈后采用20目合金砂进行表面喷砂预处理， 使其粗糙度达到喷涂要求；
[0045] 2、首先喷涂NiCrBSi涂层，采用超音速火焰喷涂方法，控制超音速火焰喷涂枪的 喷涂参数为：助燃气〇 2、燃气丙烷和压缩空气的压力分别为l〇bar、6bar、7bar，流量分别为 240slpm、70slpm、380slpm，送粉气队流量为15slpm，粉末输送速率为40g/min，喷涂距离为 250mm。然后喷涂Cr203涂层，采用等离子喷涂方法，控制喷涂参数为：主气Ar和辅气H 2的压 力分别为4bar、和2bar，流量分别为40slpm和3slpm ;送粉气压力为0· 5bar，流量为3slpm， 送粉速率为40g/min ;喷涂过程中电流为600A，电压为60V，喷涂距离为110mm(如图1中（1) 所示）。将150目的不锈钢筛网紧密固定在Cr 203涂层表面（如图1中（2)所示），最后采 用与上述相同的等离子喷涂参数将Cr20 3粉末喷涂到经过筛网遮蔽的涂层表面（如图1中 (3)所示），喷枪扫描7遍后取下筛网，在涂层表面形成均匀分布的凸点（如图1中（4)所 示），即完成网纹辊的制备。
[0046] 对上述制备得到的网纹辊涂层进行如下性能测试：
[0047] 1.涂层显微硬度：利用涂层显微硬度测试方法测得Cr203涂层的平均硬度为 1255. 7HV(75. 1HRC) 〇
[0048] 2.涂层结合强度：利用涂层结合强度测试方法，经拉伸试验测得涂层在E7胶结合 处拉断，结果表明涂层的结合强度大于70MPa。
[0049] 图2是本实施例中制得的网纹辊涂层的截面微观形貌图，由图可见，涂层的显微 组织十分致密均匀，无微裂纹和孔隙等缺陷存在，这是修复层具有较高硬度和结合强度的 原因，同时，涂层表面形成了均匀分布的微小凸点。
[0050] 实施例2
[0051] 本实施例中，网纹辊涂层从基体表面往外依次是由NiAl涂层和Cr203涂层组成， 该NiAl涂层厚度为100 μπι，Cr203涂层厚度为380 μπι。NiAl涂层是由市售15~45 μπι的 NiAl粉末经热喷涂方法制备而得，Cr203涂层是由市售10~40 μπι的Cr 203粉末经热喷涂 方法制备而得。
[0052] 上述网纹辊涂层的具体制备方法与实施例1中的制备方法相同，所不同的是，粉 末分别是NiAl与Cr 203粉末，得到网纹辊表面涂层。
[0053] 对上述制备得到的网纹辊涂层进行如下性能测试：
[0054] 1.涂层显微硬度：利用涂层显微硬度测试方法测得Cr203涂层的平均硬度为 1335. 1HV(76. 4HRC) 〇
[0055] 2.涂层结合强度：利用涂层结合强度测试方法，经拉伸试验测得涂层在E7胶结合 处拉断，结果表明涂层的结合强度大于70MPa。
[0056] 实施例3
[0057] 本实施例中，网纹辊涂层从基体表面往外依次是由NiCrBSi涂层和A120 3涂层组 成，该NiCrBSi涂层厚度为75 μm，A1203涂层厚度为300 μπι。NiCrBSi涂层是由市售15~ 45 μπι的NiCrBSi粉末经热喷涂方法制备而得，A1203涂层是由市售10~40 μπι的A1 203粉 末经热喷涂方法制备而得。
[0058] 上述网纹辊涂层的具体制备方法与实施例1中的制备方法相同，所不同的是，粉 末分别是NiCrBSi与A1 203粉末，得到网纹辊表面涂层。
[0059] 对上述制备得到的网纹辊涂层进行如下性能测试：
[0060] 1.涂层显微硬度：利用涂层显微硬度测试方法测得A1203涂层的平均硬度为 1175. 4HV(73. 7HRC) 〇
[0061] 2.涂层结合强度：利用涂层结合强度测试方法，经拉伸试验测得涂层在E7胶结合 处拉断，结果表明涂层的结合强度大于70MPa。
[0062] 实施例4
[0063] 本实施例中，网纹辊涂层从基体表面往外依次是由NiCrBSi涂层和 Α1203-13??02(ω % )涂层组成，该 NiCrBSi 涂层厚度为 125μπι，Α1203-13??02(ω % )涂层厚 度为400 μ m。NiCrBSi涂层是由市售15~45 μ m的NiCrBSi粉末经热喷涂方法制备而得， Α1203_13??02(ω % )涂层是由市售10~40 μπι的Α1203_13??02(ω % )粉末经热喷涂方法 制备而得。
[0064] 上述网纹辊涂层的具体制备方法与实施例1中的制备方法相同，所不同的是，粉 末分别是NiCrBSi与Α1 203-13??02(ω % )粉末，得到网纹辊表面涂层。
[0065] 对上述制备得到的网纹辊涂层进行如下性能测试：
[0066] 1.涂层显微硬度：利用涂层显微硬度测试方法测得Α1203_13??0 2(ω % )涂层的平 均硬度为 1185. 1HV(73. 9HRC)。
[0067] 2.涂层结合强度：利用涂层结合强度测试方法，经拉伸试验测得涂层在E7胶结合 处拉断，结果表明涂层的结合强度大于70MPa。
[0068] 实施例5
[0069] 本实施例中，网纹辊涂层从基体表面往外依次是由NiCrBSi涂层和Cr20 3涂层组 成，该NiCrBSi涂层厚度为95 μm，Cr203涂层厚度为340 μπι。NiCrBSi涂层是由市售15~ 45 μ m的NiCrBSi粉末经热喷涂方法制备而得，Cr203涂层是由市售10~40 μ m的Cr 203粉 末经热喷涂方法制备而得，该网纹辊的具体制备方法如下：
[0070] 1、喷涂前，将基体进行清洗、除油除锈后采用20目合金砂进行表面喷砂预处理， 使其粗糙度达到喷涂要求；
[0071] 2、首先喷涂NiAl涂层，采用爆炸喷涂方法，控制爆炸喷涂枪的喷涂参数为：助燃 气〇 2、燃气C2H2和送粉气N2的压力分别为11. 5bar、12bar和11. 5bar，流量分别为55slpm、 26slpm和25slpm，送粉速率为45g/min，喷涂距离为180mm。然后喷涂Cr 203涂层，采用等离 子喷涂方法，控制喷涂参数为：主气Ar和辅气H2的压力分别为4bar、和2bar，流量分别为 40slpm和3slpm ;送粉气压力为0. 5bar，流量为3slpm，送粉速率为40g/min ;喷涂过程中电 流为600A，电压为60V，喷涂距离为110_。将150目的不锈钢筛网紧密固定在Cr20 3涂层表 面，最后采用与上述相同的等离子喷涂参数将Cr203粉末喷涂到经过筛网遮蔽的涂层表面， 喷枪扫描9遍后取下筛网，在涂层表面形成均匀分布的凸点，即完成网纹辊的制备。
[0072] 对上述制备得到的网纹辊涂层进行如下性能测试：
[0073] 1.涂层显微硬度：利用涂层显微硬度测试方法测得Cr203涂层的平均硬度为 1206. 8HV(74. 3HRC) 〇
[0074] 2.涂层结合强度：利用涂层结合强度测试方法，经拉伸试验测得涂层在E7胶结合 处拉断，结果表明涂层的结合强度大于70MPa。
[0075] 实施例6
[0076] 本实施例中，网纹辊涂层从基体表面往外依次是由NiCrBSi涂层和Cr20 3涂层组 成，该NiCrBSi涂层厚度为95μπι，Cr203涂层厚度为340 μπι。NiCrBSi涂层是由市售15~ 45 μ m的NiCrBSi粉末经热喷涂方法制备而得，Cr203涂层是由市售10~40 μ m的Cr 203粉 末经热喷涂方法制备而得。
[0077] 上述网纹辊涂层的具体制备方法与实施例1中的制备方法相同，所不同的是，筛 网是600目的不锈钢筛网，得到网纹辊表面涂层。
[0078] 对上述制备得到的网纹辊涂层进行如下性能测试：
[0079] 1.涂层显微硬度：利用涂层显微硬度测试方法测得Cr203涂层的平均硬度为 1235. 4HV(74. 8HRC) 〇
[0080] 2.涂层结合强度：利用涂层结合强度测试方法，经拉伸试验测得涂层在E7胶结合 处拉断，结果表明涂层的结合强度大于70MPa。
[0081] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是 以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做 的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在于，该方法采用以下步 骤： (1) 以中空厚壁辊或实心辊为基体，对基体进行清洗、除油除锈和表面粗化； (2) 采用热喷涂方法在基体表面制备金属涂层； (3) 采用热喷涂方法在金属涂层表面制备陶瓷涂层； (4) 在陶瓷涂层表面紧密固定一层圆柱形筛网； (5) 采用热喷涂方法将陶瓷粉末继续喷涂到经过筛网遮蔽的表面上，喷枪扫描5-15遍 后取下筛网，涂层表面形成规则排列的多个凸点，即制成网纹辊。2. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，步骤（1)所述的表面粗化方法包括喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛处理。3. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，所述的热喷涂方法包括超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂或电弧喷涂 方法。4. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，步骤（2)所述的热喷涂方法为超音速火焰喷涂方法，其喷涂参数为：助燃气、燃气和辅 助气的压力分别为16~20bar、3~6bar和5~8bar，流量分别为300~800slpm、50~ 70slpm和300~500slpm，送粉气压力为3~9bar，流量为10~20slpm，送粉速率为40~ 150g/min，喷涂距离为150~300mm。5. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，所述的金属涂层为 NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、NiCrBSiFe 或 NiCrBSiMoFe 涂层。6. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，所述的金属涂层的厚度为80 μπι~150 μπι。7. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，步骤（3)中所述的热喷涂方法为等离子喷涂方法，其喷涂参数为：主气和辅气的压力分 别为3~5bar、和1~3bar，流量分别为30~50slpm和2~4slpm ;送粉气压力为0· 5~ lbar，流量为2~4slpm，送粉速率为20~100g/min ;喷涂过程中电流为450~750A，电压 为50~70V，喷涂距离为100~120_。8. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，所述的陶瓷涂层为Cr20 3、Al2O3, Zr02、1102或Cr 3C2涂层中的一种或几种。9. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，所述的陶瓷涂层的厚度为200 μ m~500 μ m。10. 根据权利要求1所述的一种基于热喷涂技术的印刷机网纹辊制备方法，其特征在 于，步骤（5)中所述的热喷涂方法为等离子喷涂方法，其喷涂参数为：主气和辅气的压力分 别为3~5bar、和1~3bar，流量分别为30~50slpm和2~4slpm ;送粉气压力为0· 5~ lbar，流量为2~4slpm，送粉速率为20~100g/min ;喷涂过程中电流为450~750A，电压 为50~70V，喷涂距离为100~120_。
【文档编号】C23C4/08GK105886997SQ201510039377
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】袁建辉, 于治水, 李 东, 秦优琼, 马春伟, 任江伟
【申请人】上海工程技术大学