改进的涂布刮刀的制作方法

专利名称：：改进的涂布刮刀的制作方法
技术领域：
：本发明涉及层状的涂布刮刀，具体地涉及一种具有耐磨的顶部沉积物的涂布刮刀，该耐磨的顶部沉积物包含金属、碳化物、金属陶瓷或它们的组合。
背景技术：
：高性能的涂布刮刀通常应用于将薄层涂料(coatingcolor)涂布到移动的纸幅(paperweb)上。纸纤维和涂料中颜料的高矿物含量的影响以及现代刮刀涂布装置的高速，导致了在使用过程中刮刀尖端遭受到强烈磨损的情况。描述为了延长涂布刮刀的使用寿命，因此在涂布过程中提高了生产效率而使用陶瓷尖端的刮刀的第一类文献之一是GB2130924。文献W098/26877描述了具有柔软弹性体尖端的刮刀的使用，以提供在改善纤维覆盖方面具有特殊优势的高性能涂布刮刀。最近，开发了另外一类涂布刮刀并引入市场。这些刮刀的耐磨的工作刀口(edge)包含金属或碳化物沉积物(具有作为粘结剂的金属基质的碳化物)或陶资沉积物。这类刮刀主要通过热喷涂生产，然后磨削得到所需的几何刀口性能。与包含陶瓷沉积物、氧化混合物等的传统的刮刀相比，这些沉积物在刮刀涂布中提供了多个优点。一个优点为这类刮刀提供了与传统的陶瓷尖端的刮刀相比更好的耐磨能力，以及在涂布工作台上更进一步提高产率的优点。另外，陶瓷刮刀的缺点一直是其内在的脆性，导致刮刀的工作刀口产生裂紋或碎片。这些裂紋或碎片可能是在刮刀制作过程中、在刮刀处理过程中或甚至是在涂布操作中刮刀的使用过程中产生的。在工作刀口上出现碎片或裂紋的结果可能是涂布产物中的称作条紋的线缺陷，或者可能甚至导致纸幅破裂或材料损失。金属和碳化物基材料的高韧性，使其对刀口裂紋不敏感，因而在制造和处理以及刮刀使用过程中为其提供了重要的优势。与陶瓷刮刀相比，这种刮刀的另外一个优点是它们对刀口磨损不敏感，这些磨损发生在邻近于纸幅的纵向边缘涂料边界中。此外，金属或碳化物材料很好地适于通过HVOF喷涂(高速氧燃料(HighVelocityOxyFuel))沉积。在HVOF中，材料以与等离子体喷涂(此后者使用了更高的热能沐比更高的动能喷涂到基材上。因此，可以形成非常致密的沉积物(具有低于2%的孔隙率)，提高了机械性能，并减少了异物颗粒陷在孔隙中的危险。因此，推动使用基于金属、碳化物或金属陶瓷的涂布刮刀以改善在造纸厂中的生产力并且还提高制造的产品的质量具有很多优点。
发明内容然而，已经发现具有金属或碳化物刀口沉积物或者金属陶瓷刀口沉积物的涂布刮刀遭受着严重的缺陷，即这些沉积物的导热系数非常高。这可能会导致许多实际限制，这些限制将在下面进行说明。当对移动幅片(web)力。载刮刀时(即当刮刀夹闭合时)，在一些初始时间内(典型地为几秒钟)刮刀与幅片之间的接触点将不会有任何涂料。在这段时间内，发生干摩擦，可能会导致在局部产生大量的热。包含金属或碳化物的刮刀尖端典型地经受住所产生的温度而不放松任何耐磨性能。但是，所产生的热量被迅速转移到刮刀的钢带基体。刮刀典型地被牢固地夹紧在刮刀夹中，使得刮刀的受热刀口部分不会由于温度的提高而自由膨胀。结果，刮刀在工作刀口处开始变得起伏不平。当对幅片加载刮刀时，这种现象不易被发现，但是如果在一定量的干摩擦后打开刮刀夹，保持夹具紧闭，可以发现刮刀刀口呈现"蛇形"的起伏不平的形状。在初始的干摩擦结束后(由于涂料到达刮刀刀口)，温度会降低，一些起伏会减少。但是，刮刀刀口上的一些起伏将会典型地保留，刮刀被称为"烧过的"，并且不再能用于合适的涂布操作。"烧过的"且起伏不平的涂布刮刀的使用会产生低和高的涂布重量的连续区域，这是由起伏不平的刀口所引起的变化的线性负荷所造成的。从质量的观点来看，这当然不能够接受。上述的加热和起伏不平的问题通常阻碍了基于金属或碳化物的刮刀在高速在线涂布机上的使用，在这些机器中刮刀以全速加载在幅片上。如果由于某种原因涂料供给突然停止，可能会产生类似的问题。如果在涂料流停止之后刮刀夹未立即打开，干摩擦也会随着幅片裂紋而产生。刮刀刀口的这种过热和随后的起伏不平导致过早的刮刀改变，以致刮刀的全部潜在寿命远未达到。因此，在工业上人们有兴趣提供一种新的、经济有效的解决办法来克服上述基于金属和碳化物的刮刀的局限性。在这里提出了一种解决办法，其在保持所有其它内在优点的同时，避免了基于金属和碳化物的刮刀的局限性。应当容易理解，本说明书的教导也可应用到具有导热系数相对较大的顶部沉积物的其它类型的刮刀上。通常，建议在刮刀基体和耐磨的顶部沉积物之间带有中间层，其中所述中间层用来作为减少向钢基体传热的阻热层。推荐用阻热层代替一些传统的沉积物厚度，这样刀口沉积物的总厚度保持与现有技术的刮刀(不具有本发明的阻热层)的沉积物厚度基本上相同。例如，阻热层厚度可以为顶部沉积物厚度的三分之一。总体上来说，中间层应当具有比耐磨的顶部沉积物小的导热系数。中间层的导热系数优选小于顶部沉积物的导热系数的0.5倍，更优选小于顶部沉积物的导热系数的0.2倍。中间阻热层优选具有小于大约40W/(m'K),更优选小于15W/(m'K)的导热系数。阻热层的宽度优选等于或者大于耐磨的沉积物的宽度，例如3-20mm，更优选l-10mm。阻热层的厚度优选为10-100pm，更优选为20-80拜。适合于中间阻热层的材料包括氧化物和氧化物共混物(oxideblend);陶瓷材料；渗透有聚合物粘结剂的陶瓷材料；陶瓷材料和一定量金属粘合剂的混合物；氧化锆、二氧化钛或其混合物；聚合材料；及包含陶瓷填料的聚合材料。中间层可以包含稳定的氧化锆以及在基体侧和顶部沉积物侧上的粘结涂层，以确保层状结构的机械完整性。作为选择，中间阻热层可以包含二氧化钛(Ti02),该二氧化钛可能是与4各的混合物。本说明书的教导可以应用到任何具有导热系数相对高的耐磨的顶部沉积物的涂布刮刀，以减少向下面基体的传热。适合用于根据本发明刮刀的耐磨的顶部层沉积物的材料包括Ni和Co合金或它们的混合物；WC/Co、WC/CoCr或WC/Ni材料；CrC/NiCr材料；在金属粘结剂中的WC和CrC的混合物；铬镀层(chromiumplating);及化学沉积的NiP或NiB。一般说来，耐磨的顶部沉积物可以是基于金属、碳化物或金属陶瓷的沉积物，或者包含它们的混合物的沉积物。如材料科学的现有技术所知，金属陶瓷是包含陶瓷和金属的材料。WC/Co和WC/Ni是金属陶t;的实例。耐磨的沉积物的厚度优选为大约30-大约300|am,更优选为30-150|_im。中间层(阻热层)优选通过等离子体喷涂或HVOF而沉积。顶部层优选通过HVOF喷涂。下面给出的详细描述参照附图，其中图la是根据本发明刮刀的截面示意图，其用在弯曲模式(bentmode)中；图lb是根据本发明刮刀的截面示意图，其用在硬模式(stiffmode)中；图2是表示了根据本发明改进的涂布刮刀的多层详细结构的示意图；图3是表示了根据本发明改进的涂布刮刀的横截面示意图；图4是表示了对比干摩擦试验测量。在附图中，所有相同部分由相同的附图标记标明。具体实施方式在干摩擦的情况下，利用通过等离子体喷涂施加的诸如氧化铝或氧化铬的陶瓷氧化物的涂布刮刀不会经受如上所述的起伏不平作用。鉴于它们相对低的导热系数，这是很容易理解的；文献中所报道的松散氧化铝(bulkAlumina)的K值在20-200°C为大约20-35W/mK。热喷涂层的实际值可以给出基本上更低的值，这是由于所得到的沉积物的内在孔隙所致。另一方面，通过HVOF施加的WC/Co/Cr材料产生具有相当高导热系数的沉积物。文献中松散粘结的碳化物(bulk-cementedcarbide)的K值在60-80W/mK。假定HVOF沉积物非常接近该范围，因为几乎没有孔隙。图la和lb示意性地表示了分别用于弯曲模式(图la)和硬模式(图lb)的根据本发明的刮刀。总体上，刮刀包括钢基体1和耐磨的顶部沉积物2，顶部沉积物2例如由金属碳化物或金属陶资基材料构成。在顶部沉积物2和钢基体l之间，提供中间层3，该中间层与顶部沉积物相比具有较低的导热系数。中间层的功能是减少从顶部沉积物2向刮刀基体1传热，从而减少刮刀的热膨胀和"起伏不平"。图2更详细地表示了根据本发明的刮刀，其中示出中间层还包括粘结涂层，粘结涂层与顶部沉积物和刮刀基体相邻。因此，在图2所示的实施例中，中间层3包括中心层5及内粘结涂层4和外粘结涂层6。图3表示了刮刀各层之间如何排列的截面示意图。在该实施例中，前斜面具有一个35。的角，但应当理解，根据所需的应用目的其它的前斜面也是可以想象到的。为了限制传递到刮刀钢基体上的热量，从而限制钢的热膨胀，做了以下实验。实验l该实验涉及使用氧化物基陶瓷中间层来制备改进的涂布刮刀。如图2所示，中间层3通过等离子体喷涂法喷涂，并包含了稳定的氧化锆层和在氧化锆每个侧面上的两层粘结薄层。刮刀通过进行以下步骤来制备1.首先，在一个刀口利用35度磨削(grinding)预斜切厚度为0.381mm、宽度为lOOmm的涂布刮刀钢基体，。2.然后，使用FIOO金刚砂对基体的磨削过的刀口部分喷砂超过5mm宽。3.沿着刮刀长度提供遮蔽胶带、钢遮蔽体系或某些其他等价的遮蔽装置来将随后的沉积物限制到5mm宽。4.通过等离子体喷涂施加IO微米厚的NiCr(80/20)层，图2中的附图标记4。HC.Starck的Amperit251.693是典型的合适的产品。5.通过等离子体喷涂施加30微米厚的稳定的氧化锆层，图2中的附图标记5。SulzerMetco的SM6600是典型的合适的产品。6.通过等离子体喷涂施加10微米厚的NiCr(80/20)层，图2中的附图标记6。HC.Starck的Amperit251.693是典型的合适的产品。7.通过HVOF喷涂施加IOO微米(在抛光后)的WCCoCr(86/10/4重量％)顶部耐磨的沉积物。SulzerMetco的Diamalloy5844是典型的合适的产在后面的表i中给出了根据该实验用于制备刮刀的喷涂参数。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>如图3所示，随后研磨前表面和顶表面以获得所需的几何尺寸。比较该刮刀与由大约150微米(抛光后)的Diamalloy5844耐磨的顶层沉积物制成的现有技术碳化物尖端的刮刀的状态，根据本实验的刮刀使用了作为阻热层的中间层来代替50微米厚的高热传导性材料。实验2该实验涉及基于陶瓷氧化物和通过HVOF施加的中间层的制备。所选择的材料为Ti02,其是价格低廉、导热系数低的氧化物，尤其是具有最低熔点(2090。C)之一的氧化物。刮刀通过采用以下步骤来制备1.首先，在一个刀口利用35度磨削预斜切厚度为0.381mm、宽度为100mm的涂布刮刀钢基体。2.然后，使用F100金刚砂对磨削过的刀口"喷砂"5mm宽。3.沿着刮刀长度提供遮蔽胶带、钢遮蔽体系或某些其他等价的遮蔽装置来将随后的沉积物限制到5mm宽。4.尝试使用表2中记载的参数来喷涂50微米的1102层(来自HCStarck<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>因此，实验2说明使用HVOF来施加由Ti02构成的沉积物并不是适合的方法。换句话说，Ti02看起来通过HVOF是不可喷涂的。通过该不成功的实验，决定进行进一步试验，来找到一种合适的在HVOF方法中生产改进涂布刮刀的方法。为了达到此目的，实验3涉及寻找通过HVOF可喷涂的金属基质的任务，其可具有俘获氧化物颗粒的能力，虽然通过HVOF喷涂纯Ti()2的努力是不成功的。因此，尽管如Ti02的氧化物颗粒难以或者甚至是不可能通过HFOV喷涂，但是可以设想的是如果将这种氧化物颗粒俘获在金属基质中，它们就可沉积，其中金属基质本身很适于HVOF沉积。最后，在实验4中，制备了通过HVOF可喷涂的、由陶瓷金属复合物制成的中间层。在该实验中，由于氧化物材料嵌入在金属基质中，所以沉积了氧化物材料。实验3该实验涉及使用金属基中间层的改进涂布刮刀的制备。中间层3是由Ni/Cr(80/20)构成的。在该实马全中，中间层和耐磨的顶部沉积物都是通过HVOF来沉积的。刮刀通过采取以下步骤来制备-.1.首先，在一个刀口利用35度磨削预斜切厚度为0.381mm、宽度为1OOmm的涂布刮刀的钢基体。2.然后，使用F100金刚砂对磨削过的刀口"喷砂"5mm宽。3.沿着刮刀长度提供遮蔽胶带、钢遮蔽体系或某些其他等价的遮蔽装置来将随后的沉积物限制到5mm宽。4.通过HVOF喷涂施加50微米的NiCr(80/20)层，图2中的附图标记3。HCStarck的Amperit251.090是典型的合适的产品。5.通过HVOF喷涂施加IO(M鼓米(抛光后)的WC/Co/Cr(86/10/4重量％)顶部耐磨的沉积物。SulzerMetco的Diamalloy5844是典型的合适的产口ff。下面的表3给出了根据本实验3用于制备刮刀的喷涂参数。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实验4该实验涉及使用陶瓷/金属复合物中间层的改进涂布刮刀的制备。在该实验中，中间层和耐磨的顶部沉积物都是通过HVOF来施加的。刮刀通过采取以下步骤来制备1.首先，在一个刀口利用35度磨削预斜切厚度为0.381mm、宽度为100mm的涂布刮刀钢基体。2.然后，使用F100金刚砂对磨削过的刀口"喷砂，，5mm宽。3.沿着刮刀长度提供遮蔽胶带、钢遮蔽体系或某些其他等价的遮蔽装置来将随后的沉积物限制到5mm宽。4.通过HVOF喷涂施加50微米的2/3NiCr(80/20)(来自SulzerMetco的Amdry4532)和1/3Ti02(Amp6rit782.084)的混合物层。5.通过HVOF喷涂施加IOO微米(抛光后)的WC/Co/Cr(86/10/4重量％)顶部耐磨的沉积物。SulzerMetco的Diamalloy5844是典型的合适的产表4<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>进行了通过对所喷涂的中间层SEM截面分析的研究。令人吃惊的是，EDX半定量分析发现，中间层中Ti02的含量与混合的初始原料中的Ti02的含量在同一水平上。初始混合的粉末Ti0233%NiCr67%通过EDX测量的中间层Ti0230%NiCr70%因此，并不希望得到"几乎完美"程度的TK)2在金属基质中的俘获。就阻热范围而言，希望这种具体的中间层有利地发挥作用。干摩擦实验室试验为了评估根据前面的实验所制备的不同中间层的潜力，开发了干摩擦试验，其包括下列内容-为了模拟刮刀涂布中的支撑辊，使用了直径为150mm、宽80mm的橡胶涂布辊，该辊按照预先设定的速度通过装备有闭环速度控制器的电动^L驱动系统旋转，-在辊上，将一张纸施加到橡胶基材料上，并且每次试验后都要更换；所使用的纸是铜版纸(IOOg'm,,摩擦试验在其平滑面进行，-使用了ABC类型的(BTGUMV/瑞典)刮刀夹持器，其包括气动加载系统，用来在干燥的条件下使长100mm的刮刀样品的尖端边缘置于纸上。-在刮刀宽度的中部的各刮刀背面上安装的高敏感性热电偶用来测定刮刀温度的升高，-使用了数据采集系统，使得可以采集、储存和显示相对于干摩擦试验的时间的热电偶的响应以及的电动才几负载。实际的条件如下电动机驱动频率17.5Hz传动装置压力1.6/1.0bar试-险持续时间20sec每个刮刀样品试验两次第一次试验使触点(contact)与新纸在整个宽度上相接触，第二次试验测量温度升高和刮刀负载。图4是该试验结果的典型例子，从没有任何中间层的现有技术刮刀来获得。可以看出，经过刚刚20秒的干摩擦后，钢刮刀基体的相对侧的温度可达约176°C。假设热线性膨胀系数为12xl(T6/°C,在这种条件下lm刮刀的尖端的热膨胀由下式给出长度增量=lm长度xl2xlO-6厂Cx(176-20)。C=1.85mm在下面的表5中表示了这些结果，这里将通过现有技术的WCCoCr刮刀的状态获得的结果与此处所描述的实验1、3和4的刮刀所获得的结果进行比较。为了进一步比较，还展示了涉及现有技术陶瓷刮刀的结果。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如所期望的，与现有技术参照WC/Co/Cr相比，根据前面实验l的刮刀表现出了较低的经过20秒的干摩擦之后达到的尖端温度。就二氧化钛颗粒的嵌入程度而言，实验4是令人惊奇的，并引起峰值温度显著下降和随后的热膨胀。更令人惊奇的是这样的事实，即仅使用实验4中相应的基质的实验3也给出了非常令人感兴趣的结果。在热喷涂共通性中，完全没有预料到NiCr没有被当作阻热材料。通过以创新的方式将两种公知的喷涂材料结合在一起，改善了刮刀的热性能，其在保持了制造过程中使用一个单一过程的简便性的同时，极大的减少了前面所描述的局限性。结论公开了改进的涂布刮刀及其制造方法。本发明的刮刀具有中间刀口沉积物，其能有效地减少从耐磨的顶部沉积物向刮刀基体的传热。在一个实施方案中，中间层由NiCr构成，该NiCr可能具有嵌入的氧化物颗粒。合适地，通过HVOF方法施加中间层和顶部沉积物。也设想可以通过等离子体喷涂方式沉积中间层。中间层可以包含稳定的氧化锆。权利要求1.一种涂布刮刀，包括金属带形状的基体；和覆盖刮刀的工作刀口的耐磨的顶部沉积物，所述刮刀用来与移动纸幅相接触；其特征在于在基体和顶部沉积物之间具有中间层，所述中间层的导热系数小于所述顶部沉积物。2.根据权利要求1的涂布刮刀，其中中间层的导热系数小于顶部沉积物的导热系数的0.5倍，优选小于顶部沉积物的导热系数的0.2倍。3.根据权利要求1或2的涂布刮刀，其中中间层的厚度为10pm到100(am,优选为20lam到80nm。4.根据权利要求1或2的涂布刮刀，其中中间层的厚度为顶部沉积物的厚度的约50%。5.根据前面权利要求中任一项的涂布刮刀，其中中间层包括内粘结涂层、中心陶资氧化物层和外粘结涂层，其中中心陶瓷氧化物层包含选自氧化锆、二氧化钛或它们的混合物的材料。6.根据权利要求5的涂布刮刀，其中中心层包含稳定的氧化锆。7.根据权利要求1-4中任一项的涂布刮刀，其中中间层包含NiCr。8.根据权利要求7的涂布刮刀，中间层还包含嵌入到NiCr金属基质中的陶瓷氧化物颗粒。9.根据权利要求8的涂布刮刀，其中嵌入的颗粒包含二氧化钛。10.根据权利要求7的涂布刮刀，其中中间层含有MCr80/20。11.根据前面权利要求中任一项的涂布刮刀，其中中间层包含选自陶瓷材料、氧化锆、二氧化钛、聚合材料或它们的任何混合物的材料。12.根据权利要求5的涂布刮刀，其中中间层包含与铬(Cr)混合的二氧化钛。13.根据前面权利要求中任一项的涂布刮刀，其中耐磨的顶部沉积物包含金属或碳化物材料。14.根据权利要求1-12中任一项的涂布刮刀，其中耐磨的顶部沉积物包含金属陶瓷。15.根据权利要求1-12中任一项的涂布刮刀，其中耐磨的顶部沉积物选自Ni和Co合金；WC/Co、WC/CoCr或WC/Ni材料；CrC/NiCr材料；在金属粘结剂中的WC和CrC;4各镀层；和化学沉积的NiP或NiB。16.根据前面权利要求中任一项的涂布刮刀，其中耐磨的顶部沉积物的厚度为30jim到300|am,优选为30(am到150fmi。17.—种制造涂布刮刀的方法，包括下列步骤(i)在钢基体上沉积第一层；(ii)在第一层的上面沉积第二层，其特征在于第二层构成含有金属碳化物或金属陶壳的耐磨的顶部沉积物，及在于第一层构成有效地减少了从第二层向基体的传热的中间层。18.根据权利要求17的方法，其中第一层和第二层都通过HVOF喷涂法沉积。19.根据权利要求18的方法，其中沉积第一层的步骤包括沉积包含嵌入在金属基质中的氧化物颗粒的层。20.根据权利要求18的方法，其中沉积第一层的步骤包括沉积纯金属基质。21.根据权利要求19或20的方法，其中金属基质含有NiCr，优选为80重量。/。Ni和20重量％Cr的比例。22.根据权利要求17的方法，其中第一层通过等离子体喷涂沉积，第二层通过HVOF喷涂沉积。23.根据权利要求22的方法，其中沉积第一层的步骤包括沉积稳定的氧化锆层。24.根据权利要求22或23的方法，还包含沉积位于基体和第一层之间的内粘结涂层及沉积位于第一层和第二层之间的外粘结涂层的步骤。25.根据权利要求24的方法，其中内粘结涂层和外粘结涂层由NiCr构成。全文摘要公开了改进的涂布刮刀及制造这种刮刀的方法。本发明的刮刀具有中间刀口沉积物(3)，其能有效地减少从耐磨的顶部沉积物(2)向刮刀基体(1)的传热。在一个实施方案中，中间层含有NiCr，该NiCr可能具有嵌入的氧化物颗粒。合适地，中间层和顶部沉积物通过HVOF方法施加。也设想中间层可以通过等离子体喷涂沉积。中间层可以包含稳定的氧化锆。文档编号D21H25/00GK101218397SQ200680024131公开日2008年7月9日申请日期2006年6月29日优先权日2005年7月1日发明者席尔瓦诺·弗雷蒂,让-弗朗索瓦·莱西尔申请人:Btg埃克莱庞股份有限公司