专利名称：造纸机的辊和制辊方法
技术领域：
本发明涉及造纸机所用的辊，在该辊的圆柱形外壳上有一多孔涂层，以及制辊方法。
本发明的辊可以用作例如压榨部分的中心辊，或压光辊，卷筒纸直接与该辊接触并且从该辊脱开，或者用作例如带沟槽的辊或吸辊(或者丝网导辊、毛毡导辊，撒布辊)，这些辊用在造纸机上直接与纤维，例如与毛毡或丝网接触，或者用作干燥辊筒，卷绕机的辊，或输送辊。
带涂层的辊在造纸机或纸张压光机上有各种不同的应用，例如用作压辊，吸辊，压光机或高度压光机上的软辊，等等。不同的应用和不同的工艺过程对辊的涂层提出了不同的性能要求。例如，涂层的不同性能因素有在一定的温度下的硬度，温度稳定性，压力稳定性，化学稳定性，表面光滑度，抗机械性损伤的能力，弹性，表面能，与纸的脱离性，导电性和抗老化性。
众所周知，造纸机的挤压部分常应用花岗岩做的石头辊。选用花岗石是由于其表面特性可以使卷筒纸以一种可控制的方式从石质表面脱开。另外，花岗岩对刮刀的磨损作用还有良好的抵抗能力。但是花岗岩有一定的缺点。由于它是一种天然材料，其性质是变化的，花岗岩的内部缺陷及其碎裂倾向严重地影响到它在某些方面的应用。花岗石还是一种重材料，它增大了结构振动的倾向。石头辊的重量还会在提升装置的尺寸和造纸机的基础上反映出来。
已知还有合成石质辊，其原理相当于用聚合物涂层的辊，也就是把石粉(例如石英砂)加入到硬橡胶和聚氨酯里面。这类辊的缺点是卷筒纸对辊面的粘附性太强，辊的机械强度也差。
本申请人的FI 70723号专利描述了一种压光辊。其表面层由一种金属粉和一种无机物质的混合物构成。金属的用途是起一种粘合剂的作用，增加辊子涂层的韧度。无机材料的用途是为了获得有适当表面能的抗磨表面，因为辊面的表面能必须保持在某种限度内，以便有可能使卷筒纸以一种可控制的方式从压辊表面脱开。本申请人的FI 853544号专利申请还涉及一种类似的辊，其中的金属成份是一种含铬的不锈钢，铬用来增加钢的抗腐蚀性。
FI 882006号专利申请，描述了一种辊，该辊的外表面由含有大量碳化物的区域及位于其间的基本区域组成。
在US 4704776号专利中描述了一种造纸机压辊，它有金属的机身，其上有金属基的涂层，涂层的膨胀系数比金属机身表面的膨胀系数小，金属涂层在金属机身表面上形成一种带1-30%孔隙率的陶瓷层。
在先有技术的辊中，总是很难获得足够好的、同时又是不同的表面特性，例如，孔隙率就引起了问题。如果孔隙率太低，辊面上的水保持率和可湿润性就维持不住，因而使湿的卷笥纸不能均匀地脱开。如果孔隙率相反地太高，水保持率太高，结果是脱水能力降低，其后果是纸的含水量太高，强度和耐用性较差，因而，最终使该辊无法使用。
为了生产低孔隙率的表面从便增加强度，早期曾使用刷子或使用喷涂用塑料封闭剂封堵微孔。
在上述US 4704776号专利中，这个问题已经通过改变不同涂层的孔隙率来调整保水性的办法解决了。
本发明的一个目的就是从卷筒纸的脱开、抗腐蚀性和强度性能方面进一步发展在FI 882006和FI853544号专利申请中以及在FI70273号公开件中所描述的辊。
本发明的另一个目的是，通过发展辊的强度性能而不减弱纸的脱辊性能，进一步消除先有技术中关于辊的孔隙率的问题。
为达到这些目的，本发明的辊的主要特征在于利用由一种电解质构成的涂敷剂以电化学方法把微孔封死。
本发明关于制造这种辊的涂层的方法的特征包括下述步骤首先用一种本身被称为热喷涂的方法形成一多孔的涂层，然后，在该多孔涂层的内部和/或在该多孔涂层上面形成一电解质涂层，把微孔从多孔涂层的底面到外表面封住，并且越出多孔涂层，因而改变了涂层的表面特性并且增强了涂层。
本发明优选的实施例在从属权利要求中有详细说明。
用众所熟知的铸造技术制造的辊体以及端部和轴颈可以用于本发明中。这种辊体主要是用来产生辊的机械强度，而辊的表面特性和表面强度则以一种独特的方式获得。
本发明的辊的多孔表面可以用几种不同的方法制作，这些方法已在FI 70273号专利和FI 853544号专利申请里描述过了，本发明的辊的多孔表面最好采用热喷涂的方法加工。
本发明的多孔涂层的孔隙大小根据发明要求最好为5-50微米，孔隙的体积为多孔涂层的4-30%，而涂层厚度为0.2-1.5毫米。
根据本发明，采用电化学方法封堵导电的、多孔弱导电的、绝缘陶瓷的、金属的或金属-陶瓷的涂层。
电化学涂层的方法有镀铬法、镀镍法、刷涂法、电镀法、以及铜、锌、镉、铑、铅、银、黄铜和青铜的电化学涂层法。
镀铬法在涂布槽中用这样的方法进行把镀件浸没在一种电解液中。电解液由水组成，根据本发明的一个优选实施例，水中溶解有CrO3(浓度250克/升)和硫酸(浓度2.5克/升)。CrO3与硫酸的比例在100∶0.9与100∶1.3之间变动。电解质液的温度为35-70℃。在涂布的过程中，辊与阴极连接，不溶性的铅板作为阳极。阴极的电流密度调整到约40-70安/分米2。图3所示的镀铬的情形。
镀镍法从原理上说是一个与镀铬法相似的过程。镀镍法中所使用的典型的电解质及镀镍法的工艺条件例在表1中。
表1 镀镍法条件瓦特 氨基磺酸盐 氟硼酸盐组分 盎斯/加仑 在镀液中(a) 在镀液中 在镀液中硫酸镍 NiSO4·6H2O 30-55 - -氯化镍 NiCl2·6H2O 4-8(a) 0-4 0-2氨基 Ni(SO3NH2)2- 35-60 -磺酸镍氟硼酸镍 Ni(BF4)2- - 30-40镍的总量(金属(met.)) 7.7-14.2 8.2-15 7.6-10.5硼酸 H3BO34-6 4-6 2-4抗腐蚀剂 (b) (b) (b)
操作条件pH 1.5-5.2 3-5 2.5-4温度，F° 115-160 100-140 100-160电流密度，安/英尺210-100 25-300 25-300涂层的机械特性抗张强度 1000磅/英寸250-100 55-155 55-120硬度(维氏) 100-250 130-600 125-300应变2英寸，% 10-35 3-30 5-30应力，1000磅/英寸215-30 0.5-16 13-30其他电化学涂层法见“金属手册，卷2(第8版)P409～489”所述。
刷涂法是一种用于局部修复被磨损或被腐蚀的表面或以其他方式损坏的表面的电涂布方法。为获得相互之间较大差异的表面特性，可以交替选用几种不同的涂料。刷涂法可产生抗磨和抗腐蚀的涂层，即非常硬、密实、粘附牢靠和耐腐蚀的表面。
可以从60种不同的涂料中作出选择。表2示出了各种可用的涂料。最普通的是镍和铜。
上述的方法可制出硬的，尺寸准确的和高质量的涂层。涂层的形成快速、致密且粘附牢靠。用本发明的方法制备的涂层也能较好地保护辊体抵抗腐蚀。
电化学法制备的涂层比用喷涂法的更致密，本发明利用其差别形成不同的表面特性。
本发明还进一步考虑到了封堵孔隙所必须依据的电化学涂层法中使用的适宜的工艺参数，这些被考虑的参数有，例如被涂布的“有效”面积要小于工件上没有喷涂的面积。
表2 各种电涂布用电解质贵金属电解质Sb GaAs AuBi Au(用于内涂层)Cd(酸) Au(硬合金)Cd LHE Au(中性)Cd(碱) Au-Sb(1%)Cr(中性) Au(酸)Cr(酸) InCo(可加工的) In(B)Co(半光，重构) PdCu(酸) Pd E.G.
Cu(高速酸) PtCu(重构，碱) RaCu(DILItho) Ra(低应力)Cu(中性) ReFe RuFe(半光，上层用(high leveling) AgPb Ag E.G.
Pb(用于合金) Ag(重构)Pb(酸)Ni(酸) 组合电解质
Ni(高温)Ni(低应力) 巴比特合金(重构)Ni(特制) 巴比特合金Ni(酸，重构) Cr-(cap)Ni(半光，上层用(high levelihg)) Co-WNi(高速) FeNi(XHB) Ni(黑)Ni“M”(磁体用) Ni-WNi(中性) Ni-Co4Sn(酸) Ni-W“D”Sn(碱) Sn-SbZn(碱) Sn-In(80/20)Zn(碱) Sn-Pb(60/40)Sn-Zn下面用附图来进一步说明本发明。
图1表示刷涂法的原理。
图2a-2c为辊涂层的断面图，示出了在多孔涂层的最外部电解质表面是怎样逐渐形成的。
图3表示用镀铬法作为一种电化学涂层法。
图1表示了一种可以用在本发明中增强多孔涂层的装置。刷涂法要求有一个电源1，阳极夹头2和阴极夹3，以及通过例如导线4与阳极相连的各种电解质。依照图1，工件7(要涂布的辊)连接到整流器5的负极上作为阴极，而刷涂头3接到正极上作为阳极。用泵6通过一碳电极，或者不时地将刷涂头3在电解液中蘸一蘸而把电解质涂到工件7上。用作阳极的石墨上有多孔的材料，其中吸收有电解液。当刷涂头3(阳极)与工件7(阴极)互相接触时，电路接通，则在电解液中的金属就沉淀在工件7的表面上，即涂布在辊7上了。在涂布过程中，刷涂头3和工件7必须相对运动。实际上，通常是这样安排的;当工件是一个回转工件时，例如本发明中的辊，让工件转动，而让阳极3保持在原位不动。阳极相对阴极的移动速度约10-20米/分。
图2a所示为辊7的断面图，其上形成有多孔的涂层8。辊体有一个数字标记9。电解液10由可动的阳极3带到多孔涂层上，电解质涂层从微孔11的底部开始增长。
图2b表示电解质涂层在微孔中的增长情形。
图2c表示电解质涂层增长到表面，封堵住了微孔并增强了喷涂的多孔层8，从而改变了表面的性质。
图3所示为一给辊进行镀铬的装置。镀铬在一涂布槽中进行，工件浸没在电解液中。在涂布过程中，辊7连接到阴极而一块不溶的铅板14作为阳极。
本发明把电化学涂层法和喷涂法所获得的不同的优点以一种适当的方法结合起来加以利用，因而，与先有技术相比，改善了卷筒纸脱辊的性能，涂层的抗腐蚀性和强度性能(致密，并抗挤咬)。
本发明的各个细节可以在下面的权利要求书中所规定的本发明的范围内变动。
权利要求
1.一种选纸机中所用的辊，该辊的圆柱形壳上有一多孔涂层，其特征在于这些微孔用一种由电解质构成的涂敷剂通过电化学的方法封堵住。
2.一种如权利要求1所述的辊，其特征在于，多孔涂层一种陶瓷的、金属的或金属-陶瓷的涂层。
3.一种如权利要求2所述的辊，其特征在于，多孔涂层的孔隙率为4-50%，微孔尺寸为5-50微米。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的辊，其特征在于，从电解质中沉淀出来的材料包括例如C，Ni，Ni+C，Ni+W，Co+Ni，Co+W，Cu，Zn，Sn以及它们之间互相的混合物，或它们与其他元素的混合物。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的辊，其特征在于电解质表面延伸到多孔涂层表面或最好超过多孔涂层表面10微米。
6.一种用于制造如权利要求1-5中任一项所述的辊的涂层的方法，其特征在于，它包括下述的步骤首先用一种本身被称为热喷涂的方法形成一多孔的涂层，然后，在该多孔涂层的内部和/或在该多孔涂层上面形成一电解质涂层，它把微孔从多孔涂层的底面到外表面封堵住，并且越出多孔涂层，因而改变了涂层表面的特性并增强了该涂层。
7.一种如权利要求6所述的方法，其特征在于，多孔涂层是一种陶瓷的、金属的或金属一陶瓷的涂层。
8.一种如权利要求6所述的方法，其特征在于，多孔涂层的孔隙率为4-50%，微孔尺寸为5-50微米。
9.一种如权利要求6-8中的任一项所述的方法，其特征在于，从电解质中沉淀出来的材料包括例如C，Ni，Ni+C，Ni+W，Co+Ni，Co+W，Cu，Zn，Sn以及它们之间互相的混合物，或它们与其他元素的混合物。
10.一种如权利要求6-9中的任一项所述的方法，其特征在于，电解质的表面延伸超出多孔涂层表面10微米。
全文摘要
本发明涉及造纸机所使用的辊，在该辊的圆柱体壳上有一多孔涂层。微孔用一种由电解质构成的涂敷剂用电化学封堵住。本发明还涉及制辊的方法。
文档编号D21F3/08GK1050065SQ9010718
公开日1991年3月20日 申请日期1990年8月24日 优先权日1989年8月24日
发明者阿里·特拉马 申请人:维美德造纸机械有限公司