一种碳化钨涂层网纹辊的制造方法与流程

本发明属于网纹辊技术领域，具体涉及一种用激光束在超音速火焰喷涂碳化钨涂层表面雕刻网纹辊的方法。

背景技术：

网纹辊主要分金属网纹辊和激光雕刻陶瓷网纹辊。金属网纹辊一般是在金属辊表面进行电雕或机械挤压雕刻后电镀铬层；激光雕刻陶瓷网纹辊是在金属辊表面喷涂合金底层，再等离子喷涂陶瓷层，经磨削抛光后，激光雕刻出网穴，再进行精抛。激光雕刻陶瓷网纹辊硬度高、传墨量大，可印刷满版、色彩鲜艳、吸墨量大的印品。金属镀铬网纹辊的耐印率为1000-3000万次，极易磨损，磨损后网穴体积发生变化，影响印刷质量。激光雕刻陶瓷网纹辊耐磨性高出镀铬辊20-30倍,可达4亿印次，耐磨性好,可使用刮刀装置。

传统激光雕刻陶瓷网纹辊主要有两种，一种为co2激光雕刻网纹辊，能满足中低档印刷的需要，可印刷全色调及较粗的文字，但仍存在很大的问题，主要表现在：1)co2激光的波长为10.6微米，聚焦后光斑较大，适用于雕刻网孔比较大，网孔排列不太密的网纹辊，即线数不太高的网纹辊，有效网线约为80－300lpi；2)co2激光在雕刻陶瓷时，co2激光的峰值功率密度与能量密度还不是很高，在雕刻时，部分陶瓷材料气化，还有部分陶瓷材料仍处于熔覆状态，在网孔内壁留下岩浆状表面，容易引起油墨或水墨的堵塞；3)较大功率的co2激光器，结构较复杂，体积较大，运行时需消耗氦气、氮气、co2，生产成本较高。另一种为nd:yag激光雕刻网纹辊，yag激光器的波长为1.06微米，聚焦后光斑的大小为co2激光器的十分之一，提高了功率密度，克服了网孔和网墙残存陶瓷熔融物造成网孔轮廓不够清晰和辊面不够平整的问题，使激光雕刻之后无需再精整加工，使网线数及网孔清晰度得到了一定的改善，但因光束模式不好，聚焦后光斑还是较大，加工的线数只能提高到600-800线左右。

专利申请cn201711007554.4公开了一种碳化钨网纹辊及其制造方法，采用低电功率、内送粉等离子喷涂系统喷涂碳化钨，喷涂后进行封孔处理，封闭涂层内通孔，避免外来介质渗透腐蚀基体。传统等离子喷涂技术，等离子射流温度超过10000℃，喷涂过程中，wc颗粒被加热到超过wc的分解温度(2755℃)，也超过了wc的熔融温度(2800℃)，碳化钨分解严重,导致涂层硬度和耐磨性能下降。

超音速火焰喷涂是利用煤油、丙烷、丙烯等燃料、利用高压氧气或空气作为液体燃料氧化剂—助燃气体，一起在燃烧室内连续燃烧，产生高温、高速燃烧焰流，燃烧焰流速度可达1500m/s以上，采用轴向或者径向将粉末送进火焰，粉末粒子被加热至熔融或半熔融状态，并加速到300-500m/s或更高，从而获得结合强度高、致密的高质量的涂层，其火焰速度很高，但温度相对较低，对于wc系粉末，可以有效地抑制wc在喷涂过程中的分解，涂层不仅结合强度高，且致密，耐蚀性好、摩擦系数小。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统激光雕刻陶瓷网纹辊线数不高、网孔轮廓不够清晰、涂层结合强度不高易脱落、涂层孔隙率大、易沾墨不易清洗、传统等离子喷涂技术导致wc分解严重从而降低涂层性能等问题，提供一种可提高线数、网孔轮廓清晰度及网纹辊耐蚀性、耐磨性的碳化钨涂层网纹辊的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

(1)用超音速火焰喷涂方法在金属辊表面制备一层碳化钨涂层；

(2)通过机械磨削加工和精密抛光；

(3)设定目标线数和网孔形状，根据网孔大小调节移动步长和辊转速，通过采用多光束、多次打击和单色/灰度雕刻技术，在辊表面雕刻出设定线数和网孔形状。

作为优选地，所述超音速火焰喷涂选自超音速氧气助燃火焰喷涂、超音速空气助燃火焰喷涂中的一种或多种；

作为优选地，所述金属辊选自铝金属辊、钢金属辊中的一种或多种；

作为优选地，所述碳化钨涂层包含wc硬质相的涂层；

作为优选地，所述wc硬质相的涂层选自wc-co、wc-ni、wc-cocr、wc-nicr、wc-crcni涂层中的一种或多种；

作为优选地，所述涂层的厚度为0.05-1.0mm；

作为优选地，步骤(2)中辊面粗糙度磨抛至ra＜0.2um；

作为优选地，所述网孔形状选自30°、60°六角形，45°斜纹、波浪纹中的一种或多种；

作为优选地，所述线数为20-1600线/英寸。

本发明相对于现有技术具有如下技术效果：

(1)本发明所述的一种碳化钨涂层网纹辊的制备方法，采用超音速火焰喷涂方法在铝或钢金属辊上喷涂碳化钨涂层，涂层厚度0.05-1.0mm，包括钴基、镍基或者钴铬基碳化钨涂层。碳化钨涂层显微硬度1100-1400hv0.3、涂层致密(孔隙率＜0.5％)、结合强度高(＞75mpa)、不易脱落；

(2)喷涂后无需封孔处理，磨削抛光后ra＜0.2um，采用meridianhercules纳米脉冲激光器，采用多光束、多次打击和单色/灰度雕刻技术，网线数可达1600线/英寸，网穴形状多样，有30°六角形、60°六角形，45°斜纹、波浪纹等，网穴形状规则均匀、内壁光滑、载墨量准确、释墨量优良，不易沾墨、易清洗，对于印刷高质量的印品，意义重大；

(3)避免了电镀铬造成的环境污染问题，生产过程无废水、废渣等有害物质产生，环保性能更优；

(4)相对于传统的等离子喷涂技术，显著降低碳化钨的分解，改善涂层的硬度和耐磨性能，提高产品质量和使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1超音速氧气助燃火焰喷涂wc涂层金相图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)选择φ199.8mm的铝辊，然后经过常规的除油喷砂，用超音速氧气助燃火焰(hvof)喷枪喷涂wc-10co-4cr涂层，煤油25l/min，氧气900l/min，喷距380mm，工件线速度65m/min，送粉率120g/min，喷涂涂层厚度0.15mm，涂层金相图如图1所示；

(2)磨削加工和抛光后尺寸到φ200mm，涂层厚度0.10mm，光洁度达到ra0.05；

(3)采用meridianhercules纳米脉冲激光器，采用多光束、脉冲60和120ns，20mm聚焦镜，多次打击和灰度雕刻技术，网线数1600线/英寸，45°斜纹，网穴形状规则均匀、内壁光滑。

上机使用12个月，辊面没有磨损，载墨量准确、释墨量优良、不易沾墨、易清洗。

实施例2

(1)选择φ499.6mm的钢辊，经过常规的除油喷砂，用超音速空气助燃火焰(hvaf)喷涂wc-ni，空气0.55mpa，丙烷0.48mpa，h2流量为30l/min，工件线速度120m/min，送粉率110g/min；

(2)磨削加工和抛光后尺寸到φ500mm，涂层厚度0.20mm，光洁度达到ra0.05；

(3)采用meridianhercules纳米脉冲激光器，采用多光束、脉冲60和120ns，30mm聚焦镜，多次打击和单色雕刻技术，网线数1500线/英寸，60°斜纹，网穴形状规则均匀、内壁光滑。

上机使用10个月，辊面没有磨损，载墨量准确、释墨量优良、不易沾墨、易清洗。

对比例1

(1)选择φ199.8mm的铝辊，然后经过常规的除油喷砂，用低电功率、内送粉等离子喷涂系统喷涂wc-10co-4cr涂层，喷涂涂层厚度0.15mm；

(2)喷涂后进行封孔处理，封闭涂层内的通孔；

(3)磨削加工和抛光后尺寸到φ200mm，涂层厚度0.10mm，光洁度达到ra0.05；

(4)采用meridianhercules纳米脉冲激光器，采用多光束、脉冲60和120ns，20mm聚焦镜，多次打击和灰度雕刻技术，网线数1600线/英寸，45°斜纹，网穴形状规则均匀、内壁光滑。

对比例2

(1)选择φ499.6mm的钢辊，经过常规的除油喷砂，用低电功率、内送粉等离子喷涂系统喷涂wc-ni；

(2)喷涂后进行封孔处理，封闭涂层内的通孔；

(3)磨削加工和抛光后尺寸到φ500mm，涂层厚度0.20mm，光洁度达到ra0.05；

(4)采用meridianhercules纳米脉冲激光器，采用多光束、脉冲60和120ns，30mm聚焦镜，多次打击和单色雕刻技术，网线数1500线/英寸，60°斜纹，网穴形状规则均匀、内壁光滑。

验证例1

分别取根据实施例1-2、对比例1-2中方法获得的网纹辊进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1

从表1可以看到，根据本发明所述超音速火焰喷涂方法制备得到的网纹辊，相对于现有技术中采用等离子方法喷涂获得的网纹辊，其孔隙率更低，硬度更高，断裂韧性更强，结合强度更高，摩擦系数更小，各方面性能得到显著的改善；且采用超音速火焰喷涂方法避免了等离子喷涂过程中高温处理过程，可有效降低碳化钨的分解，改善涂层的硬度和耐磨性能，提高产品质量和使用寿命；同时，采用超音速火焰喷涂方法，在进行喷涂后，无需进行封孔处理，生产效率更高，成本更加低廉。

以上具体实施方式部分对本发明所涉及的网纹辊及其制备方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。