专利名称：造纸辊筒及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸用的辊筒，尤其涉及压榨中的一种中心辊筒，纸幅与该辊筒直接接触并由此辊筒分离开，在该辊筒的圆柱形罩层上形成一层复合结构。
本发明还涉及制造按照本发明的辊筒的方法。
众所周知，在造纸机的压榨区段中使用由花岗岩制成的石辊。普遍使用花岗岩完全基于其表面特性，这种特性使得纸幅可控地由石辊分离开。此外，花岗石能很好地承受刮刀的磨损作用。
不过，花岗岩也有某些缺陷。由于它是一种自然材料，因此它的性质是变化的，而且，花岗岩内部的裂纹以及其爆裂的倾向对其用于某些用途构成了严重的障碍。此外，花岗岩辊比较笨重，因而增加了结构振动的趋势。石辊的重量也反映在造纸机的提升设备及机座的尺寸上。
在现有技术中，人造石辊也是已知的，它主要是一种表面涂覆聚合物的辊筒，在这种辊筒中，将例如石英砂的岩石粉末加在硬橡胶或氨酯中。这些辊筒的缺陷一直表现在纸幅与辊筒表面的过份粘连以及其机械强度差的问题。
在本申请人的芬兰专利第70273号中描述了一种压榨辊，其表面层由金属粉末和一种无机物的混合物构成的。金属的功能是起粘合剂的作用并增加辊筒涂覆层的韧性。无机物的功能是提供具有适宜的表面能的耐磨表面，因为辊筒表面的表面能必须在一定的范围内，以便纸幅由压榨辊的表面的分离开是可控的。
在本申请人的芬兰专利申请第853544号的辊筒中，适宜的表面能已实施得更好，使得金属成分明显地为含有铬的不锈钢，金属中铬的含量为9-35%。含有丰富的铬的不锈钢是一种亲水性材料(铬可增加亲水性)。另一方面，借助铬的合金化，可在结构中获得耐磨的铬的碳化物。铬还增加钢的耐腐蚀性。在这样一种“合金”中，陶瓷材料如碳化铬钢本身相分离。
在本申请人的芬兰专利申请第882006号中叙述了一种解决方案，这种方案的主要目的是要提供一种辊筒和制造这种辊筒的方法，借助这种辊筒纸幅由辊筒表面的分离开是可控的，而且辊筒的耐热性以及抗机械应变的能力还更好。考虑到实现这种目的，芬兰专利申请第882006号中叙述的辊筒的特征在于辊筒涂覆层的外表面包含富碳化物的区域和位于该区域之间的结合料区域组成的。
本发明的主要目的是提供一种制造辊筒的方法以及借助这种方法制造的辊筒，借此，纸幅由辊筒表面的分离可以比现有技术更容易得到优化，而且辊筒的长期抗腐蚀能力更加可靠。
考虑到实现上面所述目的以及下面对本发明的详细描述，本发明的辊筒的主要特征在于辊筒表面配置以一层即能防止辊筒磨损又能提借良好的纸幅分离特性的表面层，该表面层是用由金属相和陶瓷相均处于相同的粉末颗粒内的粉末进行热喷镀而形成的，辊筒表面还配置以防腐蚀的致密层，该致密层是由其铬含量为10-29%的不锈钢制成的，该致密层介于表面层和辊筒罩层之间，所述致密层的功能是防止辊筒罩层受腐蚀并促进该表面涂覆层与辊筒的粘附性。
另一方面，本发明的方法的主要特征在于在辊筒表面上形成了一层即能防止辊筒磨损又能提供良好的纸幅分离特性的表面层，该表面层是用由金属相和陶瓷相均处于相同的粉末颗粒内的粉末经热喷镀而形成的;在辊筒表面还设置一抗腐蚀的致密层，该致密层是由其铬含量为10-29%的不锈钢制成的，该致密层介于表面层和辊筒罩层之间，其功能是防止辊筒罩层受腐蚀和促进该表面涂覆层与辊筒的粘附性。
出现在本发明辊筒的涂覆层中的陶瓷是钨、铬、钛、铌和硼的碳化物或这些碳化物的混合碳化物。防止腐蚀的中间层通过熔敷焊或以薄钢板套衬该罩层的方式加到该辊筒上。为使新的表面涂覆层可以加在其形状已加工出来的现有防腐层上，该防腐层的厚度必须至少为0.5毫米。防腐层的致密度高于96%，而且，考虑到提供和保证必要的和合适的致密度，防腐层可借助激光熔化、感应熔化、等离子体熔化、火焰熔化或电子束熔化的方式进行致密。在本发明的辊筒中，表面涂覆层的显微硬度高于900HV0.3。由于表面层具有这么高的显微硬度，表面涂覆层的厚度才可能很薄，不过至少应有30微米。表面涂覆层的粘附强度高于50兆帕。借助于热喷镀就可生成该防腐层。如果需要，可以将诸如氟塑料或酚醛树脂的有机材料浸渍进该表面层内，表面层的表面粗糙度低于Ra5.2微米。如果需要，表面层和防腐层之间可以有一层独立的粘附层。
借助于本发明，可以获得许多超过现有技术解决方案的显著优点，这些优点中下述优点须加以陈述。本发明的方法使应用本发明的主题辊筒类型的辊筒更为经济，因为，当辊筒的表面涂覆层逐渐磨蚀时，防腐层基于其厚度(超过0.5毫米)的关系，辊筒仍可以重新研磨成它的形状，然后再涂覆上一层新的表面涂覆层。
此外，有可能通过烧焊的方式修复致密防腐层(其致密度高于96%)。从延长辊筒使用寿命的观点看，这个性能是必要的，因为，例如，在造纸机的压榨区段，不时会出现损坏和故障现象，在这类损坏和故障中，辊筒的表面层和防腐层可能受到损害。此外，与现有技术的解决方案相比，本发明的辊筒明显要好得多，因为在此种辊筒类型中，防腐层防止腐蚀的完善能力减少了对表面层所规定的要求，因而对纸幅的分离作用以及辊筒的耐磨性的优化可以有更大的自由度，以便例如允许表面涂覆层有某种可控的孔隙度。
通过应用本发明的方法，有可能采用由现有铸造技术制造的辊筒体连同该辊筒体的两端和轴头，借助所述辊筒体，辊筒的机械强度大体上达到了，而辊筒表面的表面特性和强度用一种新颖的方法获得。此外，有可能使用一种钢罩层代替铸造的罩层。
表面涂覆层的功用主要是起辊筒的压榨表面的作用，它具有良好的纸幅分离特性的特殊特征。
该分离特性以碳化物涂覆层的特性为基础，后者包括微孔性、低磨阻、适宜的表面粗糙度，以及对这些特性的维持。
在下文中，将对本发明的辊筒的构造，化学成份和其它特性进行详细的描述。
在本发明的辊筒涂覆层是由位于表面上的金属-陶瓷表面层和厚度至少为0.5毫米的防腐蚀下垫层组成的。在本发明的这种构造中，已经考虑到在某些情况下通过采用位于表面层和防腐层之间的一层独立的粘附层的方式可以改善这种构造的可靠性。
在相应的基础上，可以这样完成该构造，使得防腐层和表面层的成分平稳地变化，即没有明显界定的界面层。
本发明的辊筒的表面涂覆层通过粉末热喷度形成，在这种粉末中，金属相和陶瓷相处于相同的粉末颗粒中。至于喷镀方法，可采用例如德国标准第32530号(1987年10月)中的喷度方法。
对于这种喷镀，有可能使用颗粒粒度为5-100微米的粉末。在较佳的实施例中，颗粒粒度要尽可能地小，小于45微米，因为在这种情况下，所形成的涂覆层是非常致密的。粉末的结构可以是团聚的、团聚-烧结的、球化处理的、烧结-粉碎的或者是由溶胶-凝胶方法制备的。
所选择的较佳实施例，使得采用低能量涂覆方法例如团聚-烧结粉末的方法时，可使用具有大的比表面面积的粉末，因为这些粉末的比表面面积大，而大的比表面面积便于能量传递给颗粒(良好熔化性)。
在一种相应的方法中，采用高能量方法(例如等离子体方法)时，可使用具有小的比表面面积的粉末，因为存在可利用的熔融粉末所需要的大量能量。
从表面涂覆层的功能角度上来看，熔融液滴最好以尽可能高的速度投射到辊筒表面上，在这种情况下，表面涂覆层的硬度变得最高。
在一个较佳的实施例中，颗粒获得的速度高于300米/秒。以这种方式，有可能获得高于1300HV的显微硬度。例如，借助存在于涂覆层中的诸如钨、铬、钛、铌和硼的碳化物以及这些碳化物的混合碳化物可以获得很高的显微硬度，而且涂覆层中所述碳化物的比例可以高达96%。碳化物的粒度一般为1-10微米。已经完成的实验证实，从功能的观点看，碳化物最好尽可能的细小，最好甚至小于1微米。由于其高显微硬度，最好高于900HV0.3，表面涂覆层就不必很厚，因为经查明只需几十微米厚的涂覆层就已可获得适宜的使用寿命。
表面涂覆层的金属结合料的选择应使其防腐蚀能力足以适应造纸机的状况。以腐蚀的观点来看，适宜的粘合料是通过将镍、钴或铁或者这些金属的合金用元素周期表中4b-6b族的过渡金属进行合金化而获得的。表面涂覆层的表面粗造度可以高达Ra5.2微米，尽管在较佳的实施例中粗糙度只有Ra1-3微米。
在表面涂覆层和辊筒体之间，有一防磨蚀层，它是由不锈钢制成的，其主要的功能是防止辊筒罩层受腐蚀。
防腐层的厚度必须至少为0.5毫米，以便同一防腐层可以(在重新研磨出其形状后)用在下一表面层之下。以这种方法足以有效地节约成本。此外，在本发明中已利用这样的事实在机件或工具通过其中的压榨区段出现故障时，压榨辊便会因此受到损坏。在这种情下，还可能必须修复防腐层。如果防腐层有足够厚度(超过0.5毫米)且由易于焊接的材料(不锈钢)制成，就很容易通过焊接方法修复防腐层。
从防腐蚀能力的观点看，防腐层没有开口的孔隙即隙率小于4%极为重要。象这样致密的结构是可以获得的，例如，通过熔敷焊或使用薄钢板套衬便可实现。如果粘附层已由热喷镀方法制成，它必须借助激光熔化、感应熔化、等离子体熔化、火焰熔化或电子束熔化的方式进行致密。
适宜的防腐层的防腐能力是通过将在钢中的至少10%的铬合金化而获得的。从防腐能力的观点看，适宜的钢的品质作为示例列在附表中。
表钢的品质
表(续)组分%美国钢 Mn P S Si 其它铁学会 C 最高 最高 最高 最高 Cr Ni Mo403 0，15 1，00 0，040 0，030 0，50 11，5最高 13，0410 0，15 1，00 0，040 0，030 1，00 11，5最高 13，5414 0，15 1，00 0，040 0，030 1，00 11，5 1，25 X最高 13，5 2，50416 0，15 1，25 0，060 0，15 1，00 12，0 0，60X最高 最低 14，0 最高416S
0，15 1，25 0，060 0，060 1，00 12，0 S
最高 14，0 0，15最低420 0，15 1，00 0，040 0，030 1，00 12，0最低 14，0431 0，20 1，00 0，040 0，030 1，00 15，0 1，25最高 17，0 2，50440A 0，60 1，00 0，040 0，030 1，00 16，0 0，750，75 18，0 最高440B 0，75 1，00 0，040 0，030 1，00 16，0 0，750，95 18，0 最高440C 0，95 1，00 0，040 0，030 1，00 16，0 0，751，20 18，0 最高
在极需条件下，铬(或镍)合金化的量必须增加，以使其成份接近于所谓铁基超级合金，例如Sandvik的SANI CRO28(铬27、钼3.5、镍31.0、其余为铁)。与自熔化镍-铬-硼-硅合金和镍-硼-硅合金相比，铁基防腐层更为经济，这种情况在本发明中得到强调，因为本发明涉及的辊筒表面面积非常大。
与钼基粘附层相比，钢基层提供较好的防腐蚀能力而且承受疲劳载荷的韧性也要好些。
表面涂覆层的粗糙度借助涂覆层的孔隙率、碳化物的粒度及精加工研磨进行调节。孔隙率受涂覆层参数的影响。随着孔隙率的增加，表面粗糙度也随着增加。碳化物粒度主要是由形成涂覆层的粉末中的碳化物粒度确定的。涂覆层参数的变化只使碳化物粒度稍许减小。当碳化物粒度变大时，表面粗糙度也增加，表面粗糙度受到研磨掉表面中存在的碳化物尖点时精加工研磨的影响，由此使表面粗糙度减小，而与此同时也磨掉了宏观不平坦的部分。所希望的表面粗糙度取决于使用的目的;当需要增加磨阻和分离特性时，就选择比较高的表面粗糙度，例如Ra1-3.2微米，而当强调低磨阻和低磨损品质时，表面粗糙度则为例如Ra0.08-1微米。
表面涂覆层的硬度高于900HV0.3，而其内部强度则高于50兆帕。
本发明辊筒的涂覆层是由粉末组成的，其性质将简述在下文中。
涂覆层受潮和表面张力的性能接近于花岗岩的性能，花岗岩在传统上一直用于所涉及的这种辊筒。
高硬度(900HV)所产生的高耐磨性和基于合金化而取得的良好耐磨蚀性保证了表面涂覆层的长期操作品质。这两个因素起着保持微孔率和表面粗糙度的作用，这对于纸幅的分离而言是很重要的。借助涂覆工艺的参数可以对微孔率的原始水平进行调节。
此外，将通过下述实例对本发明进行描述。
本申请的复合涂覆层是在本申请人的试验机的压榨的中心辊筒上制备的，使得铸铁罩层包上一个10毫米厚的AISI 316套筒(铬17，镍12余量为铁)的罩层。罩层的固定是由热套合式实现的。在热套后，将辊筒研磨成其形状，然后用热喷镀方法涂上一层0.09毫米厚的Co+WC涂覆层。这种辊筒的纸幅分离特性类似于本申请人芬兰专利申请第882006号中
图1所示的辊筒。所测得的热套防腐层的张力高于250兆帕，这个数值超过了对辊筒所规定的要求。
下文将给出本专利的权利要求，其调节可能显示出在所述权利要求中所界定的本发明构思范围内的变化。
权利要求
1.一种造纸用辊筒，尤其指压榨中的一种中心辊筒，纸幅与所述辊筒直接接触并由此辊筒分离开，在该辊筒的圆柱形罩层上形成一层复合结构，其特征在于所述辊筒表面配置以一层即能防止辊筒磨损又能提供良好的纸幅分离特性的表面层，所述表面层是由金属相和陶瓷相均处于相同的粉末颗粒内的粉末经热喷镀而形成的，在该辊筒表面还配置以一抗腐蚀的致密层，该致密层是由其铬含量为10-29%的不锈钢制成的，所述致密层介于该表面层和辊筒罩层之间，所述致密层的功能在于防止辊筒罩层受腐蚀和促进所述所述表面涂覆层与辊筒的粘附性。
2.如权利要求1所述的辊筒，其特征在于在上述涂覆层中出现的陶瓷是钨、铬、钛、铌和硼的碳化物或所述碳化物的混合碳化物。
3.如权利要求1或2所述的辊筒，其特征在于所述中间防腐层通过熔敷焊或以薄钢板套衬所述罩层的方式制成。
4.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述防腐层的厚度至少为0.5毫米以便允许再次加工。
5.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述防腐层的致密度高于96%。
6.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述表面涂覆层的显微硬度高于900HV0.3。
7.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述表面涂覆层是很薄的，不过，厚度以至少为30微米为较佳。
8.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述表面涂覆层的粘附强度高于50兆帕。
9.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于在已加工成其形状的现存防腐层上形成新的表面涂覆层。
10.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于上述防腐层是用热喷镀方法喷镀的。
11.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述防腐层借助激光熔化、感应熔化、等离子体熔化、火焰熔化或电子束熔化的方法致密化以得到适宜的致密度。
12.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于将一种有机材料，例如氟塑料或酚醛树酯，浸渍进涂覆层内。
13.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于所述涂覆层的表面粗糙度低于Ra 5.2微米。
14.如前述权利要求中任一项所述的辊筒，其特征在于在所述表面层和防腐层之间有一独立的粘附层。
15.制造如前述权利要求中任一项所述的造纸辊筒的方法，尤其指制造压榨中的中心辊筒的方法，所述辊筒直接与纸幅接触，并由此辊筒分离开，在辊筒的圆柱形罩层上形成一复合结构，其特征在于在所述辊筒表面上形成一层即能防止辊筒磨损又能提供良好的纸幅分离特性的表面层，所述表面层是通过金属相和陶瓷相均处于相同的粉末颗粒内的粉末经热喷镀而形成的，在辊筒表面还形成防腐蚀的致密层，该致密层由其铬含量为10-29%的不锈钢制成，该致密层介于表面层和辊筒罩层之间，所述致密层的功能在于防止辊筒罩层受腐蚀和促进表面涂覆层与辊筒的粘附性。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述涂覆层中出现的陶瓷是钨、铬、钛、铌和硼的碳化物或所述碳化物的混合碳化物。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于所述中间防腐层通过熔敷焊或以薄钢板套衬该罩层的方式制成。
18.如权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于所述防腐层的厚度制成至少为0.5毫米以允许再次加工。
19.如权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于所述防腐层的致密度制成高于96%。
20.如权利要求15至19中任一项所述的方法，其特征在于所述表面涂覆层制成具有高于900HV0.3的显微硬度。
21.如权利要求15至20中任一项所述的方法，其特征在于所述表面涂覆制成极薄的厚度，不过，最好至少为30微米。
22.如权利要求15至21中任一项所述的方法，其特征在于所述表面涂覆层的粘附强度制成高于50兆帕。
23.如权利要求15至22中任一项所述的方法，其特征在于在已加工成其形状的现存防腐层上形成新的表面涂覆层。
24.如权利要求15至23中任一项所述的方法，其特征在于所述防腐层是通过热喷镀方式形成的。
25.如权利要求15至24中任一项所述的方法，其特征在于所述防腐层借助激光熔化、感应熔化、等离子体熔化火焰熔化、或电子束熔化进行致密化以提供适宜的致密度。
26.如权利要求15至25中任一项所述的方法，其特征在于将一种有机材料，例如氟塑料或酚醛树脂，浸渍进表面层内。
27.如权利要求15至26中任一项所述的方法，其特征在于所述表面层形成具有低于Ra 5.2微米的表面粗糙度。
28.如权利要求15至27中任一项所述的方法，其特征在于在所述表面层和防腐层之间形成一独立的粘附层。
全文摘要
本发明涉及造纸辊筒，尤其指压榨中的中心辊筒及其制造方法。纸幅与辊筒直接接触并由此辊筒分离开。在辊筒圆柱形罩层上形成复合结构，辊筒表面配置以即能防止辊筒磨损又能提供良好纸幅分离特性的表面层，该表面层由金属相和陶瓷相均处于相同粉末颗粒内的粉末经热喷镀而形成。辊筒表面还配置以抗腐蚀的致密层，它由其铬含量为10-29％的不锈钢制成，且介于表面层和辊筒罩层间，以防止辊筒罩层受腐蚀并促进表面涂覆层与辊筒的粘附性。
文档编号D21F3/08GK1051218SQ9010859
公开日1991年5月8日 申请日期1990年10月18日 优先权日1989年10月27日
发明者约尔马·莱伊诺, 尤卡·萨诺, 尤哈尼·维斯托拉, 阿里·特拉马 申请人:维美德造纸机械有限公司