专利名称：轧辊和/或辊子以及轧辊和/或辊子的制备方法
轧辊和/或辊子以及轧辊和/或辊子的制备方法
技术领域：
本发明涉及轧辊(Walze)和/或辊子(Rolle)以及对表面磨损的轧辊进 行磨损检验(Verschleipkontrolle)的设备。此外，本发明还涉及制备和 /或维修轧辊和/或辊子的方法，在该轧辊和/或辊子的外壳表面 (Mantelflache )上至少部分(abschnittsweise)施力o有金属层。
轧辊和/或辊子用于各种技术领域，例如在造纸业、纺织业或金属工 业中用于材料的导向和加工处理。
如在炼钢厂和/或轧钢车间中，由金属初产品特别是呈板坯、大钢坯 或棒钢坯形式的钢制备金属成品如金属薄板、板、条钢或金属丝。在将 金属初产品转变成金属成品时通常使用轧辊，特别是工作轧辊 (Arbeitwalze )和支承轧辊(Stiitzwalze )。工作轧辊直接与待加工的金 属接触，特别是在热轧车间其要承受热应力和机械应力。
在炼钢厂中，特别是工作轧辊要经受高磨损。虽然经受高磨损和由 此改变该工作轧辊的表面，仍要求该工作轧辊能按所需质量制成金属成 品。该质量特征例如可以是金属成品的平整度。
由于轧辊和/或辊子表面的磨损现象导致轧辊表面或辊子表面的变 化，由此影响各轧辊之间或轧辊和用该轧辊加工的金属材料之间的摩擦 行为。但在轧辊和/或辊子与待加工的金属材料之间的摩擦系数 (Reibwert)是调整金属成品质量的决定性准则。
类似的磨损过程也在金属加工工业装置的矫直轧辊中出现。此外， 在有相应要求的造纸轧辊、制地毯轧辊和许多其它轧辊中也遇到这类磨 损过程。对导向、加工或输送材料的辊子如转向辊子(Umlenkrolle)或输 送辊子，这类磨损现象均是重要的。特别是加工具有纤维结构的产品如 纸或地毯纤维时，轧辊和辊子通常产生高的表面磨损。
为降低轧辊的磨损，在现有技术中可找到下列 一些启示
由专利文献JP 0129391 l-A中已知 一 种用于热轧钢^/L组 (WarmwalzstraPe )的工作轧辊，具有含金属陶资涂层的表面，该涂层 由WC、 CrC3、 TiC; 60-95质量％的含选自Co、 Ni、 Cr的一种或多于 两种的粘合金属制成。
由专利文献JP 2002282909-A中已知一种用于热轧钢才几组的轧辊，
4其具有在镍-钴合金中的含碳化鴒颗粒的外层，其体积比为50-80体积％， 其通过离心浇铸施加于该轧辊的内层上。
由专利文献JP 2000160283中已知一种轧辊表面的化学组成，其由 下列组分(质量。/。(mp))组成0.1-1.2 mp碳；0.1-2.5 mp硅；0.1-2.5 mp 4孟；1.0-5.0 mp4各；0.1-4.0 mp4目；0.1-5.0 mp4凡；0.1-5.0 mp 4左；0-7.3 mp 铌和0-7.8 mp钨。其余组分是含所定义质量％的鴒和钼的铁。
这种降低轧辊磨损的涂层的缺点在于，其制备昂贵、仅可达有限的 层厚准确度，以及由制备过程注定的层特性-如孔隙度-仅在一定的不 利范围内可调。特别是由于在金属层中的高杂质含量可通过硬质材料颗 粒的聚积而导致断裂位，其被称为裂紋并降低涂层的寿命。
本发明的目的在于提供一种轧辊和/或辊子、 一种制备轧辊和/或辊 子的方法以及一种用于磨损检验的设备，通过该设备降低该轧辊和/或辊 子的维修耗费。
本发明的目的设备部分通过具有外壳表面的轧辊和/或辊子实现的， 在该外壳表面上至少分段施加有金属层，该金属层经配置为含嵌入的硬 质材料颗粒的延性金属基质。
延性金属基质意指具有用于嵌入硬质材料颗粒的结构的金属。由 此，与现有技术不同，需要该金属部分基本上占该金属层的至少50体 积％。这里延性金属意指相对软的金属基材，其维氏硬度最大约180-230 HVm。维氏硬度测定依标准DIN EN ISO 6507进行。
由于应用延性金属基质，不会随在轧辊和/或辊子上的施压时导致材 料分离，特别是硬质材料颗粒的积累淀积。该延性基质优选包封每个硬 质材料颗粒，以使无两个硬质材料颗粒直接接触。由此避免额定断裂位。 该涂层甚至可在长时间的负荷下保持特性稳定。
轧辊的外壳表面意指轧辊和/或辊子的其上施加有笫 一金属层的面。 下面在本申请范围内该轧辊的表面意指该最外金属层的通常为圆筒外
壳形的外界面。
该外壳表面通过该轧辊的基体形成。该轧辊和/或辊子的基体的基材 优选如此形成，即在其上粘附延性金属基质。通常对常用的轧辊和其基 体即如此。
作为硬质材料颗粒可优选使用其硬度大于该延性金属基质的所有 颗粒。硬质材料颗粒的选择特别可以与该轧辊和/或辊子拟^使用的领域和应用有关。
例如对在造纸业和/或印刷业使用的轧辊，可使用与加工金属的轧辊 的涂层不同的硬质材料颗粒。这类似地适用于辊子。例如对运送原料的 输送带的驱动滚轮所经受的磨损可能性不同于例如在轧钢车间中的用 于金属物料的导向辊子所经受的磨损可能性。按该轧辊和/或辊子所预计 的磨损可选择要用的硬质材料颗粒的种类。
在轧辊和/或辊子上也可施加具有不同特性的多层金属层。也可将各 种硬质材料颗粒相互组合在一层中。
维修该轧辊和/或辊子的耗费 一 方面也通过降低制备涂层的耗费而
下降。再则，还通过降低该轧辊和/或辊子的磨损而延长运行时间并降低 停机时间。此外，还提供降低磨损和/或腐蚀的层，这时在施加金属层后 无需其它的表面处理措施来降低轧辊的磨损和/或腐蚀。
在本发明的 一个有利实施方案中，硬质材料颗粒由选自碳化物特别 是碳化硼、碳化鴒或碳化硅，或钛酸铝，或碳变体特别是金刚石、碳纳 米管或石墨，或氧化锆中的至少一种要素制成。由这类材料形成的颗粒 已经实验证实其适用性，并适合用作硬质颗粒嵌入延性的金属基质中。 通过应用选自碳化物(特别是碳化硼、碳化鵠或碳化硅)或碳变体(特 别是金刚石、碳纳米管或石墨)或氧化锆或钛酸铝的要素可多重降低轧 辊和/或辊子表面上的磨损。特别是也可应用其它的呈高硬度的碳变体如 富勒烯。优选该硬质材料颗粒的维氏硬度大于延性金属基质的维氏硬
度，特别是维氏硬度明显大于180HV01。
有利的是该延性金属基质主要呈镍基质。用镍合金基质作为延性金 属基质也是有利的。例如可用钴和/或铁作为镍合金组分。
特别是上迷硬质材料颗粒在镍基质或镍合金基质中具有优良的溶 解度，以致可产生例如匀质的层特性而无由析出引起的技术问题。通过 选择作为基质的基础的材料可调节层特性如延展性。
在本发明的 一个有利实施方案中，待引入金属层的硬质材料颗粒由 硬质材料颗粒涂层包封。在轧辊和/或辊子上施加金属层之前在硬质材料
用电解法引入到金属基质中的硬质材:牛p颗粒如氧化锆:由l匕明显增加了
可用的硬质材料颗粒的数量，这样专业人员可按各目的选用硬质材料颗 粒。有利的是该硬质材料颗粒涂层由要将该涂覆的硬质材料颗粒引入其中的金属基质的同样材料制成。特别是可应用提高该硬质材料颗粒在金 属基质中的溶解度和/或活性的适于该硬质材料颗粒涂层的材料。
在本发明的另 一个有利实施方案中，该延性金属基质的嵌入硬质材 料颗粒具有可预先设定的密度分布。由此可依应用领域和用该轧辊和/ 或辊子要加工的物品来调节涂层特性。所述可预先设定的密度分布可以 是在金属层中的硬质材料颗粒的线密度、面密度或体积密度。
例如在淀积的金属层的层厚上的硬质材料颗粒面密度的浓度梯度 可作为线密度的实例。每个层厚截面内的恒定面密度是径向对称分布， 其可通过与径向有关的硬质材料颗粒浓度表征。例如首先在外壳表面上 淀积的金属层具有最高的硬质材料颗粒含量，以例如在推迟维修措施时 不会危及该轧辊和/或辊子的外壳表面，而该硬质材料颗粒浓度由径向向 外依线性或非线性下降直到合适的限值。在轧辊和/或辊子的径向上表征 硬质材料颗粒分布的梯度函数也可认为是线密度。
例如在该轧辊和/或辊子的外壳表面的示例性的环状面截面中的硬 质材料颗粒浓度的增加是面密度的实例，其承受的负荷比该轧辊和/或辊 子的其它面区的负荷更高。在具有预计较高负荷的这种面区情况下，有 利的是实施例如增加该硬质材料颗粒密度的局部适配，以在虽有不同的 表面有局部负荷下可实现该表面的均匀磨损。由此可均匀利用该轧辊的 表面，并且就轧辊外形而言该礼辊的外形随时间保持稳定。
体积密度意指局部的体积密度以及平均体积密度。此外，这也适用 于面密度和线密度。平均体积密度是与该金属层总体积相比的整个金属 层中硬质材料颗粒的体积份额。但平均体积密度的数据并不总是意味硬 质材料颗粒在金属层中呈平均分布。相反地，与硬质材料颗粒的平均体
积;度给;。 、'工p 、 、 "" ' "、 口 5,-,
在本发明的一个优选实施方案中，该延性金属基质的所嵌入的硬质
材料颗粒的平均体积密度基本上最高为40体积％。随金属层中该硬质材 料颗粒份额的不断增加，该金属层会越来越脆。通过层中硬质材料颗粒 的堆积或聚积可导致额定断裂位，因为在该堆积中的硬质材料颗粒不再 完全由延性基质所包封，而呈相互接触。在金属层受长期的和大的负荷 下，这可导致金属层中的断裂特别是微裂紋。如果多条微裂紋汇聚，则 又可导致金属层段剥离。因此，该硬质材料颗粒的平均体积密度基本上不超过40体积％。
特别有利的是，在金属层中的硬质材料颗粒的体积百分数为8体积 %-25体积％。由此该延性基质的份额为92体积％-75体积％。用所述范 围的金属层的组成可在很大程度上降低该轧辊和/或辊子的磨损，同时该 金属层有低的脆性。
特别有利的是，该金属层是延性镍合金且嵌入的硬质材料颗粒具有 优选的均匀分布。层厚有利地为lpm-100 nm,优选2pm-50 |iim或5(tim-20 pm。金属层中的硬质材料颗粒的体积份额有利地为1%-40%,优选 2%-15%或4%-12%。该硬质材料颗粒的粒度有利地选择为0.1|iim-5 |am， 优选0.5pm-3 pm或0.8pm-2 pm。该硬质材料颗粒有利地由碳化硼、金 刚石、碳化鴒或氧化锆制成，由两种上述材料的混合物制成也是有利的， 特别是对轧辊和/或辊子应用多次涂覆，尤其是两次涂覆情况下。其可在 每个轧辊和/或辊子的相同层成本下有倍增的寿命，即在容许限度内保持 更长的轧辊研磨。此外，由于这些优点还提高了装置可利用率，并且由 于减少轧辊更换次数或辊子更换次数而提高了装置的年生产率。
优选如此在轧辊和/或辊子上施加涂层，即该施加的金属层在磨损 时，尽管有磨损但该磨擦系数特别是局部保持恒定。如对工业装置如对 炼钢厂特别是具有导向辊子(Fiihrungsrolle)的浇铸装置、对轧钢车间、对 造纸业和印刷业或纺织业的可实现与该轧辊和/或辊子的磨损无关的恒 定的程序控制，只要该金属层不完全由磨损而磨蚀掉。另一方面，也可 预先设定关于该金属层厚度随磨损越来越多确定的摩擦系数曲线。
在本发明的另一个有利实施方案中，该延性金属基质具有所嵌入硬 质材料颗粒的可预先设定的粒度分布。通过调节可预先设定的粒度分布 可改变辊子对辊子或轧辊对轧辊的摩擦系数，但也局部改变辊子上的或 轧辊上的摩擦系数。这在金属层适配于某些应用时可以有高的工艺灵活 性。该可预先设定的粒度分布例如可如此实现，即为施加金属层制备一 定粒度或粒度分布的硬质材料颗粒，例如在电解槽中制备。如借助于调 节电解槽中硬质材料颗粒的浓度可实现在金属层中的硬质材料颗粒的 径向粒度分布。为此可在电解期间将具有不同粒度或粒度分布的硬质材 料颗粒连续加到电解槽中，以调整在金属层中的 一定的径向粒度分布。
在本发明的一个有利的实施方案中，在外壳表面上施加相互叠置的 多层金属层，其中毗邻的金属层具有不同的颜色。基本上每种金属层均
8有在其制备后所固有的颜色，无需另行处理。该颜色例如可通过嵌入金 属层中的硬质材料颗粒共同决定，因为不同的硬质材料颗粒在延性金属 基质中具有不同的光学特性。只要视需要通过选用两个毗邻金属层中的 合适的硬质材料颗粒就可具有不同颜色，因为对该两金属层总使用不同
的硬质材料颗粒。
该颜色也可用任意的其它方式实现。但对金属层的着色方法的选择 要使各整个金属层中的颜色优选呈均匀分布。
优选是在延性金属基质中嵌入有色颗粒。可在轧辊和/或辊子上施加 多层即至少两层金属层，毗邻的颜色层是颜色不同的。例如可通过为两 金属层的至少 一层提供有色颗粒来实现。
两毗邻金属层的不同颜色使可察觉通过金属层所形成的轧辊表面 和/或辊子表面的磨损，因为通过磨损从外金属层过渡到其毗邻的金属层 时会出现颜色变化。所述金属层除颜色外可以有相同的特性。
如果新涂覆的轧辊有多层金属层，且毗邻金属层在颜色上有区别， 则可确定何时该上金属层至少部分经磨损。这可以是在一定时间需对轧 辊进行重新涂覆的量度。
优选是该毗邻金属层颜色的选择要使其是有差异的，如是黄和蓝、 红和蓝或红和绿，优选是互补色。备选地，例如可利用不同技术领域所 用的颜色如交通技术领域用的颜色如绿、黄和红，以对轧辊和/或辊子所 处状态发出信号。
也可采用由多层金属层组成的金属层体系，其中任一金属层的颜色 均与该金属层体系的其余金属层的颜色相区别。金属层体系中的金属层 数目在各金属层小层厚情况下可非常大。如果金属层体系所包括的所有
辊和/或辊子的磨损分布或粗糙度分布。基于此例如可实施该轧辊和/或 辊子的重新涂覆。对此可在出现高磨损现象的部位即直达深置的金属层 的金属层体系的高磨蚀处(磨蚀深度可由显出的颜色确定)，在重新涂覆 时施加适配于该轧辊和/或辊子的局部负荷的硬质材料颗粒的密度。
有利的是该轧辊可以配置成用于加工金属物品的工业装置特别是 铸造装置和轧钢车间的铸造轧辊、工作轧辊、支承轧辊和矫直轧辊。辊 子例如可以制成导向辊子、输送辊子或转向辊子。其也包括矫直轧辊和 转向轧辊。本发明也应包括所有其它承受高机械负荷和/或高热负荷的轧辊和/或辊子。
由于该金属层的优良导热性和热稳定性，这类辊子和轧辊可在高温 下特别在热轧和浇铸中应用。
因此本发明制备的辊子有利地用作导向辊子和/或转向辊子，特别是 在加工金属的工业装置中使用。
本发明的目的是通过用于制备和/或维修轧辊和/或辊子的方法实现 的，其中在该轧辊和/或辊子的外壳表面上至少部分涂覆金属层。由于使 用含嵌入硬质材料颗粒的延性金属基质作为金属层，所以可在经磨损后 重新施加该层，由此明显延长了轧辊的寿命。
在本发明的 一 个有利的实施方案中，在施加金属层时使该轧辊绕其
旋转轴相对于用于施加该金属层的机构(Mittel)旋转。用于施加该金 属层的结构通常以如下方式配置使用某一种方法将金属层施加到该轧 辊和/或辊子的外壳表面上。为此可使用于施加该金属层的结构围绕该轧 辊和/或辊子旋转，以至少部分涂覆其外壳表面。备选地，通常较简单的 是，在涂覆过程中使该轧辊和/或辊子围绕其各自纵轴旋转。这是有利的， 因为旋转对称体的纵轴即这里的轧辊和/或辊子的纵轴围绕其轴以最小 的转动惯量旋转。所以对此只需较小的力或马达功率来使该轧辊和/或辊 子旋转。视需要也可使该轧辊和机构呈组合运动来施加金属层。
在本发明的一个有利的实施方案中，用电解法施加嵌入的硬质材料 颗粒的延性金属基质。对此通常是将该轧辊和/或辊子至少部分置于电解 槽中。即将该轧辊的外壳表面部分浸入电解质中。对该轧辊施加电压， 以致在电解槽中存在的金属离子如镍离子淀积在该轧辊的外壳表面上。 为此在电解槽中安置至少一个金属电极如镍电极。
在该金属离子的淀积过程中，通过空气流或借助于液体流将硬质材 料颗粒输送到该轧辊和/或辊子的外壳表面。这例如可使已在于电解质中 存在的硬质材料颗粒并通过电流输送到该外壳表面来实现。备选地，可 经形成电流的机构将该硬质材料颗粒导入电解槽中。 一种成本有利的制 备该金属离子的可能性是在电解槽中采用相应的金属电极，而金属离子 从该电极进入溶液。特别是可使用施加以正电压的镍电极。
通过应用空气流或液体流，该硬质材料颗粒至少部分地在周围沖刷 该轧辊和/或辊子的外壳表面，并在镍经电化学淀积于该轧辊和/或辊子 的外壳表面的过程中，该硬质材料颗粒嵌入所淀积的金属基质中。该将说 硬质材料颗粒引向外壳表面的空气流或液体流对该硬质材料颗粒的嵌 入起决定性的作用。由其中淀积出该延性金属基质的电解质以如下方式 配置，使在该电化学电压顺序范围中的前几个阳离子以所需金属离子形 式由溶液中淀积出。
特别是该空气流或液体流的流速以及在空气流或液体流中的硬质 材料颗粒的浓度对在外壳表面上所淀积的层的特性起决定作用。在电解 槽中应用空气流是有缺点的，因为在该轧辊的外壳表面上产生的具有硬 质材料颗粒的小气泡是难以控制的。通常对优质的个别调节的层，应用 液体流，这时该硬质材料颗粒己存在于电解槽中。
借助于电解可淀积几微米至毫米或更厚的层。因此该层厚几乎可任 意选择。同时也可借助于电解实现非常高准确度的层厚调节。
降低轧辊和/或辊子的维修耗费的目的可通过按权利要求11或12 制备的用于轧辊和/或辊子表面的磨损检验的设备实现，该设备具有查知 表面上颜色变换的探测器。查知从第一颜色向第二颜色的变换是磨损检 验的基础。规定表面的颜色不是必需的。仅需可查知从第一颜色状态变 成第二颜色状态的变化。由此可查知轧辊和/或辊子何时是磨损了 ，以致 需更换相关的轧辊和/或辊子。该方法提高了运行的安全性，因为可可靠、 连续和对人无危险地查知轧辊和/或辊子的磨损。也可提高轧辊更换和/ 或辊子更换的可计划性。作为探测器例如可采用照相机或颜色传感器。 优选该探测器与用于认别颜色变换的设备联合作用，后者通常为数据处 理设备。
也有利的是，该用于查知颜色变换的探测器可检验金属层的颜色。 由此轧辊和/或辊子磨损不受限于颜色变换的时间间隔，而是可在任何时 间查知该轧辊和/或辊子的状态。优选将在轧辊和/或辊子上施加的有色 金属层的与磨损相关的色级表送入可存储编程的单元，以致在检验颜色 时总可给出该轧辊和/或辊子是否呈临界或非临界磨损状态。例如这可由 上述的专利加工设备实行。
在本发明的一个有利的实施方案中采用在查知颜色变换时给出信 号的设备。该信号例如可输送给中央控制设备，该在控制室或监视中心 的设备在显示屏上再给出相应于该信号的输出。该信号也可送往远程的 服务中心，也可是监视中心，该中心依该信号查知对相关工业装置的某 一轧辊和/或辊子的服务指令。
ii特别有利的是，借助于探测器还可识别具有查知的磨损现象的轧辊 和/或辊子。例如可通过对每一辊子准确分配一个探测器来实现，该探测 器除提供颜色或颜色变换外也提供特有的识别信号作为该信号的组成 部分，或者一并获得可通过该探测器检测的辊子信号。
本发明的其它优点由实施例给出，这些实施例依据下列附图进行详
述
图1示出用于在轧辊上施加金属层的电解设备， 图2示出涂有金属层的轧辊的侧截面， 图3示出涂有多种颜色的金属层的轧辊， 图4示出用于监测轧钢机的轧机基座的轧辊磨损的设备， 图5示出用于浇铸设备的导向辊子磨损检验的设备， 图6示出用于示意性表示本发明制备方法流程的流程图。 图1示出用于在轧辊1上产生本发明的金属层的电解设备7。待施 加的金属层经配置为含嵌入硬质材料颗粒的延性金属基质。为在轧辊1 的外壳表面2上施加这种金属层，将具有一段外壳表面2的轧辊1置于 电解设备7的槽7，中，该槽7，中充有含镍电解质17，该电解质优选为 水溶液。该轧辊1的外壳表面2部分浸入电解质17中。为在轧辊1上 均匀淀积延性金属基质，采用马达19，该马达驱动轧辊1以使其绕旋转 轴6旋转。连续地将部分外壳表面2送入含镍电解质17中，并且同时 在另一位置由电解质17中引出部分外壳表面2。轧辊1绕其旋转轴6的 旋转速度的调节可用于调整该待淀积的金属层的层特性，例如调整在该 金属层的层厚中的硬质材料颗粒浓度梯度。
此外，至少对该轧辊l的外壳表面2施加负电压，以使在电解质17 中溶解的镍离子淀积在该轧辊1的外壳表面2上。在电解质17中溶解 的镍离子的制备可成本有利地用至少一种安置在电解质17中的未示出 的镍电极实现，对该镍电极施加正电压。为此可应用在图1中施加在槽 7'上的电压。
此外，借助于在槽7'中存在的产生液体流的阀18将在电解质17中 存在的硬质材料颗粒(在本情况下是碳化硼)输送到该轧辊1的外壳表面 2。该液体流是可易控制，并可控地将该硬质材料颗粒输送至该轧辊1 的外壳表面2。
备选地，该在槽7，中的硬质材料颗粒也可借助于载体如液体流或空气流引入。优选利用与如在槽7'中存在的电解质17相同的电解质17作 为硬质材料颗粒载体，以致不会通过将硬质材料颗粒输送至外壳表面2
而降低在外壳表面2周围的镍-浓度。通过借助于载体针对性地将硬质材
料颗粒引入电解槽可降低成本，因为仅需少量硬质材料颗粒用于制备金属层。
在将镍离子由含镍电解质17中淀积到外壳表面2上时，由于在外 壳表面2上施加的电压，该输送至外壳表面2的硬质材料颗粒-碳化硼 -在镍基质上淀积时嵌入其中。
通过将硬质材料颗粒输送至外壳表面2的液体流的流速和通过在该 液体流中的硬质材料颗粒浓度可调节在镍基质中的该硬质材料颗粒的 浓度或密度。
在应用通过阀18将硬质材料颗粒引入电解槽中的载体时，也可从 各个阀18引入不同的硬质材料颗粒。其结果是可沿旋转轴6调节该硬 质材料颗粒的不同的可预先设定的密度分布。优选采用的机构要可防止 毗邻阀18的载体流混入，并且该混入会导致该硬质材料颗粒的密度分 布与预定的密度分布的不利的偏差。
在金属层中可预先设定的硬质材料颗粒的密度分布的调节通常是 适配于该轧辊l的应用领域和特定的应用。这对辊子也同样适用。
通过在轧辊1或外壳表面2上施加的电压和绕其旋转轴6的优选连 续的旋转可导致镍基质的均匀淀积，其层厚基本上通过电解时间决定。 该电解可在轧辊1的外壳表面2上的施加几微米至若干毫米或更多的数 量级的层厚并可准确调节。电解结束和从槽7，中取出轧辊1后，该轧辊 1具有由所施加的金属层形成的表面。该层在加工轧制件如金属、纸或 织物时明显降低了该轧辊1的磨损。
图2示出涂有金属层3的轧辊1或辊子l，的制截面。该金属层3具 有层厚22。在轧辊1或辊子l，的外壳表面2上淀积的金属层3含硬质材 料颗粒5。该硬质材料颗粒5的密度分布以及该硬质材料颗粒5的粒度 分布是可预先设定的和可调节的。该硬质材料颗粒5嵌入延性金属基质 4中。优选该硬质材料颗粒5或硬质材料颗粒簇完全由该延性金属基质 4包围。在图2中示出的金属层3导致即使在其中部磨损但当金属层3 磨蚀时跨该金属层3的层厚22恒定的摩擦系数。
图3示出轧辊1的截面图，其上淀积有各具不同颜色的多层金属层8, 9, 10。该不同的颜色以不同的阴影线示出。在所示的轧辊l中，例 如通过电解在该轧辊1的外壳表面2上施加第一金属层8。其上例如也 可用电解施加具有不同于第 一沉积颜色的第二沉积颜色的第二金属层
9。 在该第二金属层9上施加具有不同于第一和第二沉积颜色的第三沉 积颜色的第三金属层10。经如此涂覆的轧辊1 一方面可有明显长的使用 寿命而不必更换该轧辊。另 一 方面可根据表面颜色确定该轧辊表面的磨 损已经历多长时间。
在图3中，该第一金属层8的第一颜色是红色，该第二金属层9的 第二颜色是黄色和该第三金属层10即在该新涂覆的轧辊运行开始时形 成表面2，的金属层的第三颜色是绿色。通过该轧辊1或这类经涂覆的辊 子的运行导致该轧辊1的表面2，的磨损现象，但该发生的磨损可通过该 金属层而明显降低。由于运行时引起的金属层8, 9, 10的磨蚀， 一旦 出现该轧辊1的表面2'的局部或整面的颜色变换时，就可确定在轧辊表 面出现了什么样的磨损和何种程度的磨损。
当能查知出现颜色变换如由绿向黄变换时，即发出信号表明该最外 金属层10至少部分一皮磨蚀。基于此认知例如可取消运行指令 (Serviceauftrag)以维修轧辊1,但无需暂且调节该轧辊的运行。
只要未能按时即在第二金属层9的磨损期间进行维修，该轧辊1的 第一金属屋8即在本实施例中的红色金属层可用作应急緩沖层 (Notpuffer)。由此可避免由于推迟维修而产生工业装置停机时间，并 且视需要在继续运行时尽管表面磨损但避免对轧辊1特别是该轧辊1的 基体产生明显损害。这对实施轧辊磨光可能是特别重要的。
图4示出用于对轧制金属件21的工作轧辊1的磨损检验的设备11。 该工作轧辊1由支承轧辊l"支承。至少该上工作轧辊1具有至少两层未 示出的其颜色上有区别的金属层。该最外金属层形成该工作轧辊1的表 面。通过用工作轧辊1轧制金属件21导致该工作轧辊1的表面磨损。 为检验这种磨损，采用探测器12,其的安装方式使得可查知该工作轧辊 1的表面的颜色。
该探测器12发出与查知的颜色相关的信号，并将该信号送入识别 设备13。该识别设备13不仅识别该工作轧辊1的表面颜色，还识别在 该工作轧辊1的表面的至少一段中是否发生颜色变换。通过由该识别设 备13所包括的信号发送设备14将该工作轧辊1的表面状态传送到控制室15的输出单元。
由信号发送设备14产生的信号同时传送到服务站16。该服务站16 通常属于维修该经涂覆的礼辊1和/或辊子l，(见图5)的企业。此外，在 服务中心16也收到不同工业装置的大量的这类信息。
查知工作轧辊1的表面的颜色或颜色变换不^叉可对图4所示轧;f几实 施，也可对大量其它辊子和轧机或轧辊实施，例如对支承轧辊l"实施。 该用于轧辊和/或辊子的磨损检验的设备11使得对工业装置的维修人员 和工业装置的运行人员总可掌握关于工作设备的磨损状态的实际情况。
图5示出浇铸设备的一部分，其中呈条状的金属件21通过多个导
向辊子r输送。至少部分导向辊子r涂覆有至少两层呈不同颜色的金属 层。由此一方面可降低该辊子r的表面的磨损，另一方面可查知该辊子 r的磨损状态。
图5示出多个探测器12,其通常被分配给上驱动辊子。该探测器
12查知其被分配给的各辊子r的表面的颜色。与所查知的辊子r的表 面的颜色相关的信号送至识别设备13。该识别设备13对所查知辊子r 识别其表面处于何种磨损状态，这时识别其颜色。
识别颜色例如可通过存储于识别设备13中的并各与颜色相关的参
比信号实现。与所查知的辊子r的各表面的颜色相关的信号送至信号发 送设备14,其将用于输出所查知的颜色或颜色变换的信号送至输出单 元。该输出单元优选是工业装置中央控制室15的一部分。如果出现辊r
的颜色变换，则不仅通知信号发送设备的控制室15,还将信号送至远程 服务中心16，以致使该中心了解即将采取的维修措施。
优选是所有遭受磨损的具有这类涂层即有至少两层呈不同颜色的 金属层的轧辊i或辊子r均通过这种用于磨损检验的设备ii来监视。 由此可减少停机时间，提高生产率和使维修措施最优化。
图6示出制备轧辊的方法的流程图。该方法涉及制备轧辊的金属层， 该金属层包括含嵌入碳化硼颗粒的延性金属基质，这里是镍基质
图6所示的流程图由以电解法在轧辊的外壳表面上施加金属层开
始。该轧辊已如此置于槽中，即使其外壳表面至少部分浸入含镍的电解
质溶液中。在第一方法步骤100中，该轧辊处于绕其旋转轴旋转状态。
接着调节针对在该轧辊上要淀积的金属层的层参数。基于该轧辊或待涂 辊子的应用领域首先调节针对该金属层的硬质材料颗粒的密度分布。这可在方法步骤101中进行。接着也基于该轧辊或辊子的应用领域在方法 步骤102中确定该硬质材料颗粒的粒度。该硬质材料颗粒的粒度和密度 分布可在该轧辊或辊子的外壳表面上局部变化。
有利的是由轧辊运行者设定与待加工件有关的该金属层所应具有 的理想摩擦系数或摩擦系数分布，以用于调节粒度和密度分布。在下一
方法步骤103中调节该硬质材料颗粒的输入。这涉及到例如待用的^5更质 材料颗粒的种类、将硬质材料颗粒输送至轧辊外壳表面的参数以及在输 送至该轧辊外壳表面的载体流中该硬质材料颗粒的浓度。
在另一方法步骤104中调节金属层应具有的颜色。因此在硬质材料 颗粒输入时混入在电解时嵌入镍基质的有色颗粒。
此外，在方法步骤105中设定在轧辊外壳表面上待淀积的金属层的 层厚。这也—见该轧辊或辊子的应用领域而定。
在方法步骤106中要调查在该第一金属层上是否应淀积其它金属 层。该在第一金属层上的后续金属层(如果配备的话)的特性可以不取 决于该第一层的层特性进行选择。确定适于轧辊外壳表面上的所需金属 层的参数后，开始和进行在方法步骤107中的电解。为此对该旋转轧辊 加上低电压，该硬质材料颗粒相应于调整输送至该轧辊的外壳表面。
优选是该金属层的整体制备方法，特别是经调节的粒度、经调节的
设备控制。由此可以高的方法可靠性对i一使用目的的轧辊或辊子上实 施运行者所需的涂覆。
图6示出用于制备轧辊和/或辊子的金属层的示例性的可能方法。但 也可应用其它涂覆方法，如粉末涂覆法，特别是冷喷法来制备轧辊和/ 或辊子的金属层。
权利要求
1.具有外壳表面(2)的轧辊(1，1’)和/或辊子(1’)，其中在外壳表面(2)上至少部分施加有金属层(8，9，10)，其特征在于，该金属层(8，9，10)经配置为含嵌入的硬质材料颗粒(5)的延性金属基质(4)。
2. 权利要求1的轧辊和/或辊子，其特征在于，所述硬质材料颗粒(5)由选自碳化物特别是碳化硼、碳化鴒或碳化硅或者钛酸铝或者碳变体特别是金刚石、碳纳米管或石墨或者氧化锆中的要素制成。
3. 权利要求1或2的轧辊和/或辊子，其特征在于，所述延性金属基质(4)含镍。
4. 权利要求1-3之一的轧辊和/或辊子，其特征在于，所述延性金属基质(4)含钴。
5. 权利要求l-5之一的轧辊和/或辊子，其特征在于，引入金属层(4)中的硬质材料颗粒(5)由涂层包封。
6. 权利要求l-5之一的轧辊和/或辊子，其特征在于，所述延性金属基质(4)具有可预先设定的嵌入硬质材料颗粒(5)的密度分布。
7. 权利要求6的轧辊和/或辊子，其特征在于，所述延性金属基质(4)的嵌入硬质材料颗粒(5)的平均体积密度基本上最高为40体积％。
8. 权利要求l-7之一的轧辊和/或辊子，其特征在于，所述延性金属基质(4)具有可预先设定的嵌入硬质材料颗粒(5)的粒度分布。
9. 权利要求l-8之一的轧辊和/或辊子，其特征在于，在外壳表面(2)上施加多层叠置的金属层(8, 9， 10),其中毗邻的金属层(8, 9, IO)具有不同颜色。
10. 权利要求l-9之一的轧辊和/或辊子，其特征在于，将有色颗粒嵌入延性金属基质(4)中。
11. 权利要求l-10之一的轧辊，其特征在于，所述轧辊经配置为工作轧辊(i)或支承轧辊(i")或矫直轧辊或导向辊子(r),特别是转向辊子。
12. 用于制备和/或维修轧辊(1, r')和/或辊子(r)的方法，其中在轧辊(l, l")和/或辊子(l，)的外壳表面(2)上至少部分施加金属层(8, 9, 10),其特征在于，使用含嵌入的硬质材料颗粒(5)的延性金属基质(4)作为金属层(8, 9， 10)。
13. 权利要求12的方法，其特征在于，在施加金属层(8, 9, IO)时，所述轧辊(l, l")相对于机构(7, 7，， 18)绕用于施加所述金属层(3)的该轧辊的旋转轴(6)旋转(100)。
14. 权利要求12或13的方法，其特征在于，具有嵌入的硬质材料 颗粒(5)的所述延性金属基质(4)借助于电解施加(107)。
15. 用于对其表面(2，)经受磨损的权利要求9或IO的轧辊(I, l")和 /或辊子(1，)进行磨损检验的设备，其具有用于查知表面(2，)上的颜色变换 的探测器(12, 13)。
16. 权利要求15的设备，其特征在于，所述探测器(12, 13)查知该 金属层(3, 8, 9, IO)的颜色。
17. 权利要求15或16的设备，其特征在于用于至少在查知颜色变 换时发出信号的装置(14)。
18. 权利要求17的设备，其特征在于可向其输送信号的监视中心 (15, 16)。
全文摘要
本发明涉及轧辊和/或辊子和用于制备和/或维修轧辊和/或辊子的方法。其中在轧辊(1，1”)和/或辊子(1’)的外壳表面(2)上至少部分施加有金属层(8，9，10)。该金属层(8，9，10)具有含有嵌入的硬质材料颗粒(5)的延性金属基质(4)。通过制备该轧辊和/或辊子的方法和通过本发明的轧辊和/或辊子可降低用于维修该轧辊和/或辊子的耗费。
文档编号B21B27/03GK101636235SQ200780052322
公开日2010年1月27日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年2月20日
发明者A·克罗斯, G·霍亨比克勒, R·瓦格纳, S·萨纳, T·桑特根 申请人:西门子公司