一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法
【专利摘要】一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，涉及一种气流纺纱转杯的处理方法，属于气流纺纱机【技术领域】。本发明是为了解决现有转杯的表面膜层绝缘性差的问题。本发明所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，首先通过直流脉冲对转杯整体的表面进行氧化，通过电场扩散和放电边缘效应使转杯表面获得均匀的陶瓷膜层，然后通过激光束对转杯的内槽进行扫描，进而起到局部强化的作用，使强化后的转杯内槽表面套侧膜层更加致密，从而使硬度超过HV1200，绝缘性能指标，即耐压值超过了500V，既避免了纺纱过程中凝聚槽产生积灰，又使转杯的使用寿命延长了20%。本发明所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法适用于为气流纺转杯表面镀膜。
【专利说明】一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气流纺纱转杯的处理方法，属于气流纺纱机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]转杯结合件是气流纺纱机中的关键核心部件，它由转杯和轴承构成，而纺纱的性能指标如条干、粗细节、断头率和强力等主要由转杯的性能决定。目前市场上的转杯产品主要有铝合金金刚涂层转杯、铝合金硬质阳极化转杯和电镀镍磷钢杯三种类型，铝合金金刚涂层转杯是气流纺业内普遍公认纺纱性能和寿命最好的产品，它的优点是纺纱性能好，凝聚槽寿命长，在纯棉纺纱中可用3至5年，再生棉或化纤纺纱中能用一年以上，但价格在所有转杯中最贵。铝合金硬质阳极化转杯的优点是在三种转杯产品中价格最低，但纺纱性能一般，凝聚槽寿命最低，在纯棉纺纱中可用I年，再生棉或化纤纺纱中仅能用3个月至半年。电镀镍磷钢杯的性能和价格介于金刚涂层和硬质阳极化转杯之间，但由于其基体材质是钢，因此转杯的重量比铝合金材质的金刚涂层和硬质阳极化转杯要重很多，导致它在转杯组件中的轴承寿命短，并且消耗电能多。
[0003]上述三种转杯的表面处理膜层均不能有效隔绝外部静电的影响，使外部由龙带等产生的静电能够传入转杯中，导致纺纱过程中凝聚槽产生积灰现象，而凝聚槽积灰将导致纱线条干恶化，严重时甚至使纱线报废。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有转杯的表面膜层绝缘性差的问题，现提供一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法。
[0005]一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，所述处理方法包括以下步骤:
[0006]步骤一:对待处理的转杯进行整体氧化处理，具体过程为:将石墨阴极和待处理的转杯完全浸入工作液中，且所述石墨阴极位于转杯内，利用脉冲电源在石墨阴极与转杯之间施加一个周期的正负交变直流脉冲，对转杯整体进行氧化，然后执行步骤二 ；
[0007]步骤二:对上述氧化处理过的转杯进行局部强化处理，具体过程为:将步骤一氧化处理后的转杯固定在激光器工作台上，调节激光器的激光头，使激光器发射出来的激光入射到所述转杯内槽的一个回转半径的扫描带上，在激光器发射激光的同时旋转该转杯，使激光在0.8mm/S至20mm/s的速度下,在当前扫描带上呈螺旋式的路径对转杯进行扫描，当转杯I的旋转角度达到360°时，停止旋转转杯，然后执行步骤三；
[0008]步骤三:将激光入射点移动至转杯的下一个回转半径的扫描带上，并保持相邻的激光扫描带的重叠率在5%至50%之间，利用步骤二的扫描方法对转杯进行扫描，当转杯内槽均完成扫描后，获得复合陶瓷化处理后的转杯。
[0009]本发明所述的一种气流纺转杯 复合陶瓷化处理方法，首先通过直流脉冲对转杯整体的表面进行氧化，通过电场扩散和放电边缘效应使转杯表面获得均匀的陶瓷膜层，然后通过激光束对转杯的内槽进行扫描，进而起到局部强化的作用，使强化后的转杯内槽表面套侧膜层更加致密，从而使硬度超过HV1200，绝缘性能指标，即耐压值超过了 500V，既避免了纺纱过程中凝聚槽产生积灰，又使转杯的使用寿命延长了 20%。本发明所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法适用于为气流纺转杯表面镀膜。
【专利附图】
【附图说明】[0010]图1为【具体实施方式】一所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法的流程图。
[0011]图2为【具体实施方式】一所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，步骤一采用的处理装置的结构示意图。
[0012]图3为【具体实施方式】四所述的一个周期内的正负直流脉冲示意图。
【具体实施方式】
[0013]【具体实施方式】一:参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，所述处理方法包括以下步骤:
[0014]步骤一:对待处理的转杯I进行整体氧化处理，具体过程为:将石墨阴极2和待处理的转杯I完全浸入工作液中，且所述石墨阴极2位于转杯I内，利用脉冲电源3在石墨阴极2与转杯I之间施加一个周期的正负交变直流脉冲，对转杯I整体进行氧化，然后执行步
骤二 ；
[0015]步骤二:对上述氧化处理过的转杯I进行局部强化处理，具体过程为:将步骤一氧化处理后的转杯I固定在激光器工作台上，调节激光器的激光头，使激光器发射出来的激光入射到所述转杯I内槽的一个回转半径的扫描带上，在激光器发射激光的同时旋转该转杯I，使激光在0.8mm/s至20mm/s的速度下,在当前扫描带上呈螺旋式的路径对转杯I进行扫描，当转杯I的旋转角度达到360°时，停止旋转转杯1，然后执行步骤三；
[0016]步骤三:将激光入射点移动至转杯I的下一个回转半径的扫描带上，并保持相邻的激光扫描带的重叠率在5%至50%之间，利用步骤二的扫描方法对转杯I进行扫描，当转杯I内槽均完成扫描后，获得复合陶瓷化处理后的转杯I。
[0017]对转杯I进行清洗能够去除转杯I表面携带的杂质和离子，减少腐蚀。步骤一能够使转杯表面获得10 ii m~60 ii m厚的均匀陶瓷涂层，该涂层能够使转杯的硬度达到400HV以上，粗糙度达到Ral.6以上。复合陶瓷化处理后的转杯表面具有较高的致密性和硬度，在与高速纱线的相对作用过程中，表现出更优良的耐磨性能。激光速度的设置能够使熔融物有足够的时间填充膜层内部的微孔形成致密的氧化层。
[0018]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，在步骤一之前，首先对转杯I进行清洗，具体方法包括以下步骤:
[0019]步骤--:将转杯在清水中清洗Imin至3min,然后执行步骤一二 ；
[0020]步骤一二:将经过步骤一一清洗后的转杯放入丙酮或无水乙醇中，利用频率为24KHz~40KHz的超声波清洗Imin至3min，然后执行步骤一三；
[0021]步骤一三:将经过步骤一二清洗后的转杯放入去离子水中清洗Imin至2min，然后执行步骤一四；
[0022]步骤一四:将步骤一三清洗后的转杯烘干，获得清洗后的转杯。[0023]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一所述工作液为碱性，温度在30°C至40°C之间。
[0024]维持工作液的温度范围，能够保证制备的整体陶瓷膜层的一致性。
[0025]【具体实施方式】四:参照图3具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一所述利用脉冲电源3在石墨阴极2与转杯I之间施加一个周期的正负交变直流脉冲的具体过程为:
[0026]在tl时刻，脉冲电源3输出一个宽度为Tz、幅值为Vz的正向脉冲，在该正向脉冲的结束时刻，脉冲电源3输出一个宽度为Tf、幅值为Vf的负向脉冲；
[0027]在t2时刻，脉冲电源3输出一个宽度为Tz、幅值为Vz的正向脉冲，在该正向脉冲的结束时刻，脉冲电源3输出一个宽度为Tf、幅值为Vf的负向脉冲；
[0028]依此类推，
[0029]在ti时刻，脉冲电源3输出一个宽度为Tz、幅值为Vz的正向脉冲，在该正向脉冲的结束时刻，脉冲电源3输出一个宽度为Tf、幅值为Vf的负向脉冲；
[0030]其中Vz 为 500V 至 700V，Vf 为-150V 至-30V，且 Vz > Vf, ti > t1-1+Tz+Tf,Tz≥Tf，Tz和Tf均为0.0Ols至0.08s，i=l，2，3，4，……n，n为正整数，从tl时刻开始到第η个脉冲的结束时刻为一个周期,一个周期为20min至60min。
[0031]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】一、二、三或四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，步骤二和三过程中，激光器的输出功率保持在50W至400W之间。
[0032]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，所述正向脉冲和负向脉冲的频率均在20Hz至500Hz之间。
[0033]【具体实施方式】七:本实施方式是对【具体实施方式】一、二、三或四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，局部强化处理是在有保护气体的环境下进行的，所述保护气体为氩气或氮气。
[0034]【具体实施方式】八:本实施方式是对【具体实施方式】一、二、三或四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，激光器发射出激光的能量在20j/mm2 至 300j/mm2 之间。
[0035]合适的激光能量使得氧化膜层吸收的激光能量融化膜层表面的氧化物，且强化深度不能到达致密性组织处。
[0036]【具体实施方式】九:本实施方式是对【具体实施方式】一、二、三或四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，所述激光器为CO2激光器或Nd: YAG激光器。
[0037]【具体实施方式】十:本实施方式是对【具体实施方式】一、二、三或四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，所述转杯I的材料为铝或铝合金材料。
[0038]【具体实施方式】十一:本实施方式是对【具体实施方式】一、二、三或四所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法作进一步说明，本实施方式中，工作液包括:去离子水、氢氧化钾，铝酸钠，钨酸钠和硅酸钠，其中氢氧化钾的浓度为lg/L~10g/L，硅酸钠的浓度为3g/L~20g/L,招酸钠的浓度为lg/L~10g/L,鹤酸钠的浓度为lg/L~8g/L。
[0039]本发明的工作原理:在转杯整体进行表面氧化处理阶段，转杯置于工作液中，在转杯和石墨阴极之间加载电压，在电场作用下转杯表面逐渐被氧化形成绝缘膜层，随之在绝缘膜层的电绝缘性薄弱处被高压击穿形成等离子体放电，在放电通道内的氧化物由低硬度晶相逐渐转化为高硬度晶相，且氧化的整体陶瓷膜层具有多孔特征，外层组织疏松，内层致密；激光处理阶段，激光辐射能量至转杯，在激光范围内的多孔疏松层氧化物被融化，在高温熔融状态下，氧化物晶相进一步转化为高硬度的陶瓷晶相，同时膜层的致密性被提高。激光在一定速度范围内扫描整个转杯的槽体，实现转杯表面的局部强化。
[0040]采用下述试验验证本发明的效果:
[0041]试验一:
[0042]将转杯在清水中清洗3min，然后将其放入丙酮或无水乙醇中，经频率为40KHz的超声波清洗3min，最后在去离子水中清洗烘干；在工作液槽中调制工作液，其中氢氧化钾的浓度为lg/L，硅酸钠的浓度为5g/L，铝酸钠的浓度为2g/L，钨酸钠的浓度为5g/L，工作液温度维持在20~30°C ;
[0043]工作液槽体连接脉冲电源负极，转杯连接脉冲电源正极，设置处理时间为40min，电源频率为200Hz，占空比为40%，正向电流密度10A/dm2，负向电流密度为10A/dm2，制备的整体陶瓷氧化膜层厚度为30i!m。将转杯在去离子水中进行清洗5min，最后置于无水乙醇中，经频率为40KHz的超声波清洗5min后，在温度为30°C~80°C的条件下干燥8min，即得到整体氧化处理后的转杯 。
[0044]设置激光器的激光功率为29W，激光焦距为12mm，激光光斑扫描速度为2mm/s。调节激光头使得激光束入射路径在凝聚槽回转面法线上，在激光束辐射能量的同时回转气流纺转杯，在此回转半径上转杯旋转角度达到360°后，移动激光光斑至下一个回转半径的扫描带上转动转杯，且保持相邻的激光扫描带的重叠率为20%，直至激光束对整个凝聚槽面完成扫描。在激光局部强化处理后的表面比整体陶瓷氧化膜层具有较高的致密性和硬度，在对于高速纱线的相对作用过程中，表现出更优良的耐磨性能。
[0045]试验二:
[0046]将转杯在清水中适当清洗3min，然后将其放入丙酮或无水乙醇中，经频率为40KHz的超声波清洗3min，最后在去离子水中清洗烘干；在工作液槽中调制工作液，其中氢氧化钾的浓度为lg/L，硅酸钠的浓度为5g/L，铝酸钠的浓度为2g/L，钨酸钠的浓度为2g/L，工作液温度维持在20~30°C ;
[0047]工作液槽体连接脉冲电源负极，转杯连接脉冲电源正极，设置处理时间为40min，电源频率为200Hz，占空比为40%，正向电压520V，负向电压为80V，制备的整体陶瓷氧化膜层厚度为20i!m。将转杯在去离子水中进行清洗5min，最后置于无水乙醇中，经频率为40KHz的超声波清洗5min后，在温度为30°C~80°C的条件下干燥8min，即得到整体氧化处理理后的转杯。
[0048]设置激光器的激光功率为29W，激光焦距为12mm，激光光斑扫描速度为2mm/s。调节激光头使得激光束入射路径在凝聚槽回转面法线上，在激光束辐射能量的同时回转气流纺转杯，在此回转半径上转杯旋转角度达到360°后，移动激光光斑至下一个回转半径的扫描带上转动转杯，且保持相邻的激光扫描带的重叠率为30%，直至激光束对整个凝聚槽面完成扫描。在激光局部处理后的表面比整体陶瓷氧化膜层具有较高的致密性和硬度，在对于高速纱线的相对作用过程中，表现出更优良的耐磨性能。
[0049] 试验一和试验二中所述的气流纺转杯为铝合金，型号为LC4。试验中采用了英国GUS公司生产的型号为LUMONICS JK700的激光器进行膜层的局部强化处理。检测膜层的微观形貌的设备为美国FEI公司生产的SIRION扫描电子显微镜(SEM)。氧化膜层表面多颗粒和多孔隙，激光强化后的膜层表面较为平滑少孔。膜层显微硬度检测采用的设备为日本朱氏社所的DUH-W201S超显微硬度计，氧化膜层和激光强化膜层平均硬度值分别为451HV和1026HV,激光强化处理后显著提 高了膜层的硬度值。
【权利要求】
1.一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤: 步骤一:对待处理的转杯(I)进行整体氧化处理，具体过程为:将石墨阴极(2)和待处理的转杯(I)完全浸入工作液中，且所述石墨阴极(2)位于转杯(I)内，利用脉冲电源(3)在石墨阴极(2)与转杯(I)之间施加一个周期的正负交变直流脉冲，对转杯(I)整体进行氧化，然后执行步骤二； 步骤二:对上述氧化处理过的转杯(I)进行局部强化处理，具体过程为:将步骤一氧化处理后的转杯(I)固定在激光器工作台上，调节激光器的激光头，使激光器发射出来的激光入射到所述转杯(I)内槽的一个回转半径的扫描带上，在激光器发射激光的同时旋转该转杯(I )，使激光在0.8mm/s至20mm/s的速度下，在当前扫描带上呈螺旋式的路径对转杯(I)进行扫描，当转杯(I)的旋转角度达到360°时，停止旋转转杯(I)，然后执行步骤三； 步骤三:将激光入射点移动至转杯(I)的下一个回转半径的扫描带上，并保持相邻的激光扫描带的重叠率在5%至50%之间，利用步骤二的扫描方法对转杯(I)进行扫描，当转杯(I)内槽均完成扫描后，获得复合陶瓷化处理后的转杯(I )。
2.根据权利要求1所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，在步骤一之前，首先对转杯(I)进行清洗，具体方法包括以下步骤: 步骤--:将转杯在清水中清洗Imin至3min,然后执行步骤一二 ； 步骤一二:将经过步骤一一清洗后的转杯放入丙酮或无水乙醇中，利用频率为24KHz~40KHz的超声波清洗Imin至3min，然后执行步骤一三； 步骤一三:将经过步骤一二清洗后的转杯放入去离子水中清洗Imin至2min，然后执行步骤一四； 步骤一四:将步骤一三清洗后的转杯烘干，获得清洗后的转杯。
3.根据权利要求1所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，步骤一所述工作液为碱性，温度在30°C至40°C之间。
4.根据权利要求1所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，步骤一所述利用脉冲电源(3)在石墨阴极(2)与转杯(I)之间施加一个周期的正负交变直流脉冲的具体过程为: 在tl时刻，脉冲电源(3)输出一个宽度为Tz、幅值为Vz的正向脉冲，在该正向脉冲的结束时刻，脉冲电源(3)输出一个宽度为Tf、幅值为Vf的负向脉冲； 在t2时刻，脉冲电源(3)输出一个宽度为Tz、幅值为Vz的正向脉冲，在该正向脉冲的结束时刻，脉冲电源(3)输出一个宽度为Tf、幅值为Vf的负向脉冲； 依此类推， 在ti时刻，脉冲电源(3)输出一个宽度为Tz、幅值为Vz的正向脉冲，在该正向脉冲的结束时刻，脉冲电源(3)输出一个宽度为Tf、幅值为Vf的负向脉冲；
其中 Vz 为 500V 至 700V，Vf 为-150V 至-30V，且 Vz > Vf, ti > t1-1+Tzl+TfI，Tz ≥ Tf,Tz和Tf均为0.0Ols至0.08s, i=l,2, 3,4,……η,η为正整数，从tl时刻开始到第η个脉冲的结束时刻为一个周期，一个周期为20min至60min。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，步骤二和三过程中，激光器的输出功率保持在50W至400W之间。
6.根据权利要求4所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，所述正向脉冲和负向脉冲的频率均在20Hz至500Hz之间。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，局部强化处理是在有保护气体的环境下进行的，所述保护气体为氩气或氮气。
8.根据权利要求1所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，激光器发射出激光的能量在20j/mm2至300j/mm2之间。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，所述激光器为C02激光器或Nd = YAG激光器。
10.根据权利要求1、2、3或4所述的一种气流纺转杯复合陶瓷化处理方法，其特征在于，所述转杯(I)的材料 为铝或铝合金材料。
【文档编号】C25D11/18GK103526252SQ201310532716
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】狄士春, 喻杰 申请人:哈尔滨工业大学