专利名称：钢丝圈及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于环锭细纱机或环锭加捻机的钢丝圈及其制造方法。
背景技术：
环锭细纱机或环锭加捻机的钢丝圈(Ring traveler)在相应环锭细纱机或环锭加捻机的钢领(Ring)上高速运动(30m/s至50m/s)。钢丝圈与钢领之间的接触面以及钢丝圈与纱线之间的接触面都承受高的磨损。然而，为了提高产量，需要将钢丝圈提升到更高的运行速度。通过获得更长的使用寿命的同时就降低了成本。
最近几年，通过在钢丝圈上涂覆适当的材料，已经有可能显著提高钢丝圈的运行和工作性能。但是，在高于40m/s的钢丝圈速度下，还不可能充分改善纱线通道和钢领接触面处的耐磨性。
德国专利3545484记载了一种用于环锭细纱机的钢丝圈，所述钢丝圈带有陶瓷覆盖层，该陶瓷覆盖层至少覆盖了会与钢领接触的表面区域。该陶瓷覆盖层是从碳化物层、氮化物层、氧化物层或硼化物层中选择一层或多层组成，其中，碳化物层诸如SiC、TiC、ZrC，氮化物层诸如TiN、TiCN、ZrN，氧化物层诸如Al2O3、ZrO3、SiO3，硼化物层诸如TiB2和ZrB2。该陶瓷覆盖层通过CVD或PVD方法被涂覆至芯上。被涂覆的钢丝图随后被淬火和研磨。碳化钛层和氮化钛层具有1900～2500HV的硬度。
瑞士专利487535记载了一种用于细纱机和加捻机的钢丝圈，用氮化铝钛涂层对钢领和/或钢丝圈进行涂覆。
瑞士专利589723记载了一种用碳化物、氮化物或碳氮化物涂覆无机衬底的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于环锭细纱机或环锭加捻机的钢丝圈，该钢丝圈具有更大幅度提高的运行和工作性能。进一步的，也详细说明了制造这种钢丝圈的方法。
通过具有权利要求1所述特征的钢丝圈和权利要求12所要求的方法达到了该目的。其它的优选实施例是从属权利要求的主题。
按照本发明的钢丝圈具有包含铁材料的芯，至少在该芯在环锭细纱机或环锭加捻机的钢领上滑动的运行表面区域内，或者在引导纱线的运行表面区域内，该芯具有覆盖层。该覆盖层包含细晶的TiCN(碳氮化钛)、CrN(氮化铬)或VC(碳化钒)。
覆盖层的这种细晶结构导致覆盖层的固有应力变得更低，所以没有微裂纹出现。当微裂纹出现时，总是有覆盖层破裂的风险，特别是当钢丝圈被安置在位时，这就必然导致更换钢丝圈。因此，按照本发明的钢丝圈在纱线通道和钢领接触面处具有显著提高的耐磨性。与具有传统陶瓷层、电镀或镍扩散涂层的钢丝圈相比，磨损率下降约80％，钢丝圈的使用寿命延长3到10倍，也就是说500～1500工作小时。从而显著降低了运行成本。按照本发明的钢丝圈由于该覆盖层而具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
在一个优选实施例中，该覆盖层包含细晶TiCN，特别优选纯的细晶TiCN，其硬度为2600～3600 HV0.025。TiCN是硬的并且相对耐磨的，这使其特别适合作为本发明钢丝圈的覆盖层。
在一个优选实施例中，包含TiN的中间层作为助粘剂被涂覆在覆盖层和芯之间。使用其他诸如CrN的金属氮化物来代替TiN也是可能的。该氮化钛层与铁材料有非常好的亲和性，这样就长期提高了钢丝圈的稳定性。因而，例如可以防止材料的破裂。中间层可以是单层或多层。包含细晶碳氮化钛、氮化铬或碳化钒的覆盖层可容易地涂覆至包含氮化钛的中间层。
按照本发明的钢丝圈的覆盖层可以是单层或多层。在一个优选实施例中，该覆盖层是多层。覆盖层的厚度为0.1～20μm，优选为4～10μm。覆盖层越厚，钢丝圈的耐磨性越强。
在一个特别优选的实施例中，覆盖层被涂覆到芯或中间层的整个面积。
钢丝圈的铁材料可以是任何所需的钢的形式，但是钢丝圈的芯特别适合包含非合金工具钢、冷作钢、弹簧钢或高速钢。
按照本发明的钢丝圈通过用覆盖层覆盖在至少部分芯上制造而成。在这种情况下，第一步，在反应室中将芯加热到700℃～1200℃。然后，将沉积气体导入到反应室中，以便将带有细晶的碳氮化钛、氮化铬或碳化钒的层涂覆到芯的表面。然后，被涂覆的钢丝圈在保护气体中缓慢冷却2至4小时。被涂覆的钢丝圈在保护气体中的缓慢冷却构成一个必要的方法步骤，因为只有用这种方式才可能确保获得的覆盖层具有结晶的针状结构，即细晶，从而具有非常低的固有应力。
在一个优选实施例中，冷却的钢丝圈被后硬化，其中硬化温度适于该芯(the core carbon)，例如保持在840℃并持续30分钟。
在另一个优选实施例中，经后硬化的钢丝圈在热学浴(80℃的油或170℃～260℃的热浴)中淬火，并在200℃～350℃回火0.5至1.5个小时，即进行热处理。因此，钢丝圈获得更大的硬度和弹性，从而确保钢丝图有更长的使用寿命并且在层的附着力上具有非常有益的效果。
在本发明的一个优选实施例中，钢丝圈的表面在涂覆前和/或涂覆后还要进行抛光，以便获得细纹表面。适合的抛光设备例如为高于覆盖层硬度的含金刚石的磨浆或磨料。
在涂覆前最好对芯进行去脂。
按照本发明的钢丝圈可用于纺纱厂和捻丝厂。它们良好的运行性能，例如良好的滑动和低磨损，与被涂覆的钢领一起带来特别有益的效果，但是它们也可在其他钢领上使用，例如烧结或未涂覆钢领。
按照本发明的带有细晶碳氮化钛覆盖层的钢丝圈可普遍使用，但是它们特别适合用作承受相对高的力或者缺少润滑情况下的钢丝圈。
按照本发明的带有细晶碳化钒覆盖层的钢丝圈同样可普遍使用，但是它们特别优选在以非常高的运行速度工作时使用，这是因为细晶碳化钒覆盖层非常硬，具有3000～4000HV硬度。原则上，在这里也可以设想使用纹理粗糙的碳化钒覆盖层。
按照本发明的带有细晶氮化铬覆盖层的钢丝圈同样可普遍使用，但是它们特别优选在生产混合纱线时使用，这是因为该覆盖层非常耐腐蚀，而在生产合成纱线时，软化剂和含氯的纤维必然会增加腐蚀性。原则上，在这里也可以设想使用纹理粗糙的氮化铬覆盖层。
在下文中参考在纯粹是示意性的附图中示出的示例性实施例更详细地说明按照本发明的钢丝圈。其中，图1a～图1f示出了钢丝圈的各种实施例；图2示出了在加工钢丝圈的芯之前通过芯的剖面图；图3示出了通过按照本发明的钢丝圈的第一实施例的剖面图，其中覆盖层直接涂覆在芯上；
图4示出了通过按照本发明的钢丝圈的第二实施例的剖面图，其中覆盖层涂覆在形成于覆盖层和芯之间的中间层上。
具体实施例方式
图1a到图1f示出了各种实施例中的钢丝圈10a、...、10f。图1a和图1b示出了C形钢丝圈10a、10b，正如通常在环锭细纱机或环锭加捻机的T形法兰钢领上使用的钢丝圈。相对照的，图1c到1f示出了耳形和钩形钢丝圈10c、...、10f。钢丝圈10c和10d用在倾斜法兰钢领上，钢丝圈10e用在锥形延伸的法兰钢领上，钢丝圈10f用在垂直延伸的法兰钢领上。
钢丝圈10a到10f在操作时滑动在法兰钢领上形成运行表面的那些区域在每个例子里都用1表示。由此，对于C形钢丝圈10a、10b，由于它们的对称结构，两个侧面a、b都用作运行表面。在耳形法兰或倾斜法兰钢丝圈和SU钢丝圈10c到10f的例子里，运行表面区域1很清楚是由形状决定的。
按照本发明的钢丝圈10或10a到10f可以在图1a到1f中表示的各实施例或任何其它所需的实施例生产。
按照本发明的钢丝圈10具有包含铁材料的未涂覆芯20。包含细晶氮化铬、碳化钒或碳氮化钛的覆盖层24布置在芯上，至少在钢丝圈在环锭细纱机或环锭加捻机的钢领上被引导的运行表面的区域1内布置有覆盖层。在这种情况中，纱线通道位于钢丝圈10a、...、10f的用4表示的那些区域。
在运行表面的区域1中，钢丝圈10中用3表示的内侧首要一定是耐磨损和具备良好的滑动性能的，因而具有覆盖层。由于在适当的纱线张力作用下，钢丝圈在钢领上沿倾斜的通道运行，所以为两个端面2提供覆盖层也是有益的。
图2示出了通过未处理钢丝圈10的芯20的剖面。芯20的铁材料21优选是非合金或低合金碳钢，铁材料优选是非合金工具钢、冷作钢或高速钢。该芯在涂覆前是或者可以是经硬化或者是未经硬化的。
在一个优选实施例中，芯的表面在涂覆前被抛光。该芯在涂覆前最好还被去脂。从而确保覆盖层在芯上最佳的层附着性。
图3示出了通过按照本发明的钢丝圈的第一实施例的剖面，其中，覆盖层直接布置在芯上。钢丝圈优选在其整个面积内用覆盖层24涂覆，虽然仅在承受高的机械应力和/或化学应力的区域提供覆盖层24也是可以的。如前在图1中所提到的，特别在运行表面的区域1，钢丝圈10的用3表示的内侧一定是要耐磨损和具备良好滑动性能的，因而具有覆盖层。为两个端面2提供覆盖层24同样也是有益的。
按照本发明的钢丝圈是通过把优选经硬化、抛光和去脂的芯在反应室中加热到700℃～1200℃获得。在这种情况下，芯的硬度降低到HV100～400。随后，按照CVD方法(化学气相沉积)将沉积气体导入至反应室。如果覆盖层包含碳氮化钛，那么使用的沉积气体为CH3CN和TiCl4。用于产生氮化铬层或碳化钒层的沉积气体是本领域的技术人员所熟知的。在这种情况下，带有细晶碳氮化钛、氮化铬或碳化钒的层被涂覆到芯的表面。该方法可以应用不止一次，以便获得多层的覆盖层。在覆盖层的每一层涂覆之间，最好每次都将钢丝圈冷却。随后，被涂覆的钢丝圈在保护气体中，最好是在氮气中冷却2至4个小时。这样获得的覆盖层具有结晶的针状结构。这样获得的钢丝圈随后优选被后硬化、在热油或热浴中淬火并在285℃下回火1小时。最后，为了获得细纹表面，钢丝圈也要被抛光。
图4示出了通过按照本发明的钢丝圈的第二实施例的剖面，其中，中间层26布置在覆盖层24和包含铁材料21的芯20之间。中间层优选包含TiN。氮化钛层与铁材料有非常好的亲和性，这样就增强了钢丝圈内层的附着性。中间层的厚度约为0.5μm，用与覆盖层相同的方法进行涂覆。亦即，优选经硬化、抛光和去脂的芯在反应室中被加热到700℃～1200℃。随后，按照CVD方法(化学气相沉积)将沉积气体导入至反应室。中间层优选与覆盖层完全一样地布置在芯的整个面积上，虽然仅在承受高的机械应力和前述提及的地方提供中间层也是可以的。涂覆中间层之后，如前面描述的那样将覆盖层涂覆到钢丝圈上。钢丝圈在保护气体内缓慢冷却后，如果适当的话，钢丝圈被后硬化、在油或热浴中淬火、回火和/或抛光。
权利要求
1.一种用于环锭细纱机或环锭加捻机的钢丝圈(10)，带有包含铁材料的芯(20)，覆盖层(24)布置在至少部分所述芯上，其中，所述覆盖层包含细晶氮化铬、碳化钒或碳氮化钛。
2.根据权利要求1所述的钢丝圈(10)，其中所述覆盖层(24)包含细晶碳氮化钛。
3.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中所述覆盖层(24)为单层。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的钢丝圈(10)，其中所述覆盖层(24)为多层。
5.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中一中间层(26)布置在所述覆盖层(24)和所述芯(20)之间，所述中间层(26)选自氮化钛和氮化铬。
6.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中所述覆盖层(24)布置在所述芯(20)的整个面积上。
7.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中所述芯(20)铁材料为非合金工具钢、冷作钢、弹簧钢或高速钢。
8.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中所述覆盖层的厚度为0.1～20μm。
9.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中所述钢丝圈的覆盖层(24)是被抛光的。
10.根据在前任一权利要求所述的钢丝圈(10)，其中所述覆盖层(24)的硬度为2600～4000 HV0.025。
11.一种用于环锭细纱机或环锭加捻机的钢丝圈(10)，带有包含铁材料的芯(20)，覆盖层(24)布置在至少部分所述芯上，其中，所述覆盖层(24)包含氮化铬或碳化钒。
12.一种制造钢丝圈(10)的方法，所述钢丝圈带有包含铁材料的芯(20)，至少部分所述芯用覆盖层(24)覆盖，所述覆盖层(24)包含TiCN、CrN或VC，在该方法中，所述芯在反应室中被加热到700℃～1200℃，将沉积气体导入到反应室中，以便将覆盖层(24)施加到所述芯的表面，被涂覆的钢丝圈被冷却，其中所述钢丝圈在保护气体中冷却2到4小时。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述沉积气体包含CH3CN和TiCl4。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其中，包含氮化钛或氮化铬的中间层布置在所述芯上。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述被冷却的钢丝圈被后硬化。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述被后硬化的钢丝圈在热浴中被淬火，并在200℃～350℃的温度范围内回火0.5至1.5个小时。
17.一种用如下方法得到的钢丝圈(10)，其中，具有包含铁材料的芯(20)的钢丝圈在反应室中被加热至700℃～900℃，包含CH3CN和TiCl4的沉积气体导入反应室，以便在芯的表面沉积一层，被涂覆的钢丝圈在保护气体中冷却2至4小时。
全文摘要
本发明涉及环锭细纱机或环锭加捻机的钢丝圈(10)，带有一个包含铁材料的芯(20)，覆盖层(24)布置在至少部分所述芯上。在这种情况下覆盖层(24)包含细晶氮化铬、碳化钒或碳氮化钛。按照本发明的钢丝圈由于该覆盖层而具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
文档编号D01H1/02GK1699650SQ20051007293
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月16日 优先权日2004年5月17日
发明者J·凯吉 申请人:布拉克公开股份有限公司