專利名稱：刀片涂層的制作方法
刀片涂層本發(fā)明涉及用于造紙機(jī)器用的刮刀，以及具體地，涉及涂覆紙幅時(shí)使用的刮刀的構(gòu)成。通常,造紙エ藝中制造的纖維幅(Faservliesbahn),即所謂的原紙幅，仍不具有各種待制造的紙類型所需的表面性能，因此必須對其進(jìn)行相應(yīng)加工。為了平滑紙幅表面，一般將包含顔料、粘合劑和助劑的膏狀涂層施用在所述表面上?？梢栽讵?dú)立的操作中涂布紙幅，但是一般通過將涂布機(jī)連接在造紙機(jī)中而整合入造紙エ藝中。通過刮刀涂布法實(shí)現(xiàn)平滑紙表面，在該方法中一開始將過量涂布介質(zhì)施用于紙上，之后用刮刀刮去。由于刮刀(稱作涂布刀片)施加在涂布顏料上的壓力，通過刮涂填充紙表面上的凹處，從而在經(jīng)涂布的紙上實(shí)現(xiàn)了均勻的表面。
表面結(jié)構(gòu)，例如衛(wèi)生用紙上的表面結(jié)構(gòu)通過起皺方法制造，其中引導(dǎo)紙幅使紙幅經(jīng)過稱作起皺刮刀的刮刀的上方。由于在這兩種方法中刮刀在紙幅上施加的壓カ高，在此通常接觸壓カ為150N/m(相對刮刀長度的接觸壓力)或更高，對刮刀的耐磨性提出了更高的要求。因此，用于紙幅表面處理的刮刀通常由高強(qiáng)度鋼制造。已知在施用于紙幅或接觸涂布材料的區(qū)域所提供的刮刀表面設(shè)置具有如下的涂層該涂層的耐磨性比刮刀基材的耐磨性更高。這樣的涂層通常由耐磨損材料使用金屬氧化物或硬質(zhì)金屬(其中金屬碳化物嵌入鈷基質(zhì)、鎳基質(zhì)或鐵基質(zhì)中)制造。為了施用物理上以及化學(xué)上盡可能均勻的涂層，優(yōu)選使用熱噴涂技術(shù)，其中涂布材料通過多次操作施用。毎次操作均將涂布材料薄層提供至刮刀上或先前已施用的涂層上。在此，以多個薄層施用涂層確保了涂布材料的各成分不會在形成涂層期間發(fā)生分離。由于單個層的化學(xué)和物理性質(zhì)的一致性，從而制造了均勻涂層。為了抑制刮涂時(shí)在紙幅或起皺紙幅上形成刮刀條紋，在施用后將刮刀涂層的表面研磨平滑至使其顯示盡可能小的粗糙度。利用一定的涂布材料組合以及針對設(shè)計(jì)刮刀基體中所使用的材料，可能需要在涂層和刮刀基體之間設(shè)置額外的層以實(shí)現(xiàn)涂層在刮刀基體上更好的粘附。國際專利申請WO 2006/134209 Al中記載了提供有粘合層的耐磨損刮刀涂層的進(jìn)一歩發(fā)展。該涂層具有多層結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，接觸紙幅的涂層的表面由硬質(zhì)材料形成，例如碳化鎢、碳化鉻或碳化鈦，其中涂層在鄰接刮刀基體的ー側(cè)由在刮刀基體上粘附性能好的材料形成。適用于這種層的材料是氧化鈦和氧化鋁。在所述兩個外層之間的層具有兩種層材料的混合物，其中層材料的比例隨著與由該材料形成的涂層表面的距離增加而減小。在刮刀刮涂方法中，刮刀在紙幅邊緣的損耗比中間區(qū)域的的損耗更大，因?yàn)楣蔚兜耐舛送ǔ２唤佑|刮涂介質(zhì)，因此與接觸刮涂材料的刮刀部分比較會更快地被形成原紙幅的纖維墊的粗燥表面磨損。為了對抗這種作用，國際專利申請WO 98/28089建議在刮刀上設(shè)置額外的層，其設(shè)置在刮刀基體和實(shí)際涂層之間。該硬質(zhì)材料中間層具有比工作涂層更小的磨損率，因此可以更長時(shí)間保持刀片輪廓。如果刮刀有破損，則必須更換刮刀。但是在更換后直到新刮刀“試運(yùn)行(eingelaufen) ”需要一些時(shí)間，其代表的事實(shí)是雖然將刮刀涂層研磨至精確匹配紙幅方向的幾何配置，但是實(shí)際上在幾何配置中仍舊存在較小的偏差。結(jié)果導(dǎo)致刮刀不能制造具有所需質(zhì)量的紙幅表面。刮刀“試運(yùn)行”的時(shí)間是直到紙表面顯示所需質(zhì)量所需的時(shí)間，可以長達(dá)I小吋。在“試運(yùn)行”期間制造的紙質(zhì)量較差，并且在一定情況下必須被丟棄。因此，期望提供處理纖維幅例如紙幅的表面用的刮刀，其使得更短的試運(yùn)行時(shí)間成為可能。根據(jù)ー實(shí)施方案，刮刀具有基體和設(shè)置在基體表面上的涂層，其中該涂層至少覆蓋基體表面的部分區(qū)域，在該部分區(qū)域上該刮刀設(shè)置為與纖維幅接觸，其中該涂層在背離基體設(shè)置的表面上的孔隙度大于涂層在鄰接基體的表面上的孔隙度。本上下文中，本說明書和權(quán)利要求書中列出特征時(shí)使用的術(shù)語，例如“包括”、“具有/顯示”、“包含”、“含有”和“有”以及它們的語法變格通常不被認(rèn)為是特征的封閉式說 明，所述特征例如過程步驟、設(shè)備、區(qū)域、尺寸和類似，不排除存在其他的或額外的特征以及其他的或額外的特征的組合。涂層具有多孔性表面區(qū)域的刮刀，與表面區(qū)域?yàn)榛旧戏嵌嗫仔缘墓蔚断啾?，耐磨性更小，因此更快地適應(yīng)在刮刀上方移動的紙幅所具有的偏離刮刀幾何尺寸的幾何尺寸。本上下文中的基本上非多孔性(無孔)理解為孔隙度相應(yīng)于技術(shù)上可能的最小值。刮刀的另ー實(shí)施方案具有如下的涂層，從鄰接基體的第一表面向與其相對設(shè)置的表面，該涂層的孔隙度増加。在這樣的孔隙度隨著涂層厚度的増加而增加的情況中，刮刀涂層的耐磨性隨著磨損的增加而增加，由此磨損率在試運(yùn)行后減小，并且得到了試運(yùn)行的刮刀輪廓，其也稱作“試運(yùn)行輪廓”。根據(jù)另ー實(shí)施方案，刮刀涂層具有第一層和第二層，第一層鄰接基體并且基本上為無孔的，而在第一層上設(shè)置的第二層具有特定的孔隙度。因此，涂層的多孔性部分的厚度可以限制于形成和獲得試運(yùn)行輪廓所需的厚度。在另ー實(shí)施方案中，刮刀的涂層可以包括ー個或多個額外層，其設(shè)置在第二層背離基體的ー側(cè)上。在此，額外層的孔隙度大于設(shè)置在所述涂層的額外層和第一層之間的每個層的孔隙度。由此形成的涂層在孔隙度變化的配置方面提供了很大的自由度，從而提供了針對不同試運(yùn)行過程的具體特點(diǎn)調(diào)整孔隙度變化的可能性。根據(jù)另ー實(shí)施方案，涂層的第一層包括多個層，實(shí)現(xiàn)了第一層在化學(xué)上和物理上均勻的構(gòu)成。在又一實(shí)施方案中，第二層或至少ー個額外層可以分別由多個層形成，使得可以在一定的層厚上保持一定的孔隙度以及材料組成。為了確保涂層在試運(yùn)行后的工作壽命長，提供另ー實(shí)施方案，其中第一層的厚度為涂層厚度的至少一半。根據(jù)刮刀的另ー實(shí)施方案，涂層的第二層和/或額外層的材料組成不同于涂層的第一層的材料組成。這使得可以額外地改變單個層的耐磨性，以便一方面使刮刀輪廓盡可能快地適應(yīng)紙幅輪廓并因此縮短了試運(yùn)行(run-in)階段，另ー方面使得刮刀在整個使用期限上保持在試運(yùn)行階段中所得到的刮刀輪廓。例如，第一層可以由第一材料形成，而第二層和/或ー個或多個額外層由第二材料形成，或由第一和第二材料的混合物形成。根據(jù)另ー實(shí)施方案,第一材料包含金屬樣碳化物(metallartiges Carbid),從而實(shí)現(xiàn)了高硬度的層。在另ー實(shí)施方案中，第二材料包含金屬氧化物，從而也實(shí)現(xiàn)了足夠高的硬度，然而優(yōu)選小于用第一材料制造的層的硬度。本發(fā)明的其他特征由以下對實(shí)施例的說明以及權(quán)利要求書和附圖
一起得出。單個的特征可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中単獨(dú)或組合實(shí)現(xiàn)。以下將參考附圖對本發(fā)明的多個實(shí)施例進(jìn)行說明圖I顯示經(jīng)涂布的刮刀的橫截面示意圖，圖2顯示圖I的刮刀靠近刮刀刃區(qū)域的放大示意圖，圖3顯示在涂層的厚度上不同孔隙度變化的圖，以及圖4顯示解釋刮刀磨損行為的圖。圖I示意性示出了經(jīng)過設(shè)置有涂層12的刮刀10的前端區(qū)域的橫截面。涂層12占據(jù)了刮刀10的至少一部分，該至少一部分接觸纖維幅或接觸施用在纖維幅上的刮涂材料。 刮刀10具有基體11(例如可以由鋼構(gòu)成)以及涂層12。刮刀10還具有斜面13，其通常稱為刮刀刃(Wate)。通常，涂層12如所示覆蓋基體11，也覆蓋刮刀刃13的區(qū)域。圖2中的橫截面示意圖示出了圖I中的刮刀10在過渡到刮刀刃13處的詳細(xì)截面圖。如從圖中可見，涂層12具有密度向著涂層自由表面(即在涂層12背離基體11 ー側(cè)的方向上)増加的空隙。換句話說，涂層12在其上側(cè)的孔隙度大于其鄰接基體的下側(cè)的孔隙度。在此，孔隙度理解為空隙體積相對涂層體積單元的總體積的比值。多孔性表面上接受涂布材料的部分小于它的整個表面。因此，在多孔性表面的情況中，與非多孔性表面的情況相比，更少的涂布材料接觸紙幅的纖維或刮涂材料。在相同的接觸壓カ下，多孔性表面的磨損率因此更高。在此，磨損率更高，表面的孔隙度越高。為了縮短刮刀試運(yùn)行所需的時(shí)間，將涂層12的表面設(shè)計(jì)成多孔性的，在此孔優(yōu)選至少延伸至在試運(yùn)行段期間研磨的深度。在一實(shí)施方案中，涂層12具有兩個層，其中鄰接基體11的第一層不具有孔或具有可以在用于制造層的エ藝中能夠?qū)崿F(xiàn)的最少量孔。以此方式形成的涂層確保了在試運(yùn)行后存在耐磨涂層，其確保了刮刀的使用期限長。第二層設(shè)置在該第一層上，第二層的厚度至少等于所期望的試運(yùn)行段期間刮刀輪廓變化。特別地，該第二層的厚度值至少等干與試運(yùn)行段期間層的最大損耗和最小損耗之間的差。在另ー實(shí)施方案中，在第一層上設(shè)置多于ー個額外層，其中每個所述額外層的孔隙度隨著與第一層的距離的增加而增加，使得在涂層12背離基體11的表面上存在最大孔隙度。備選地，多個相鄰層內(nèi)部的孔隙度也可以保持不變，其中靠近涂層自由表面即靠近其上側(cè)的層的孔隙度大于更靠近涂層下側(cè)設(shè)置的層的孔隙度。涂層12優(yōu)選借由熱噴涂通過多次操作施用至基體11，例如在10次操作和100次操作之間。毎次操作制造涂布材料的薄層，其中第一層直接噴涂在基體的表面上，額外層噴涂在各個之前施用的層上。物理均勻性以及單個層的孔隙度可以通過所利用方法的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。例如在已知為縮寫HVOF (高速氧燃料)噴涂方法中，孔隙度可以通過燃料/氧的關(guān)系和形成層所需的粉末材料的進(jìn)料速率進(jìn)行調(diào)整。通過逐層改變參數(shù)，孔隙度可以增加直到涂層的上側(cè)。僅在試運(yùn)行段期間需要涂層的磨損率增加，試運(yùn)行時(shí)段通常僅表示刮刀的整個使用壽命的非常小的部分。在試運(yùn)行過程的最后，涂層12的表面具有輪廓，其經(jīng)最優(yōu)化調(diào)整為適合刮刀接觸區(qū)域處紙的纖維幅的幾何尺寸。如果涂層的孔隙度在涂層的深度范圍上變化太突然，在一些情況中可以暫時(shí)研磨試運(yùn)行輪廓。因此，孔隙度優(yōu)選在涂層初始上側(cè)的孔隙度和下側(cè)的孔隙度這兩個最大值之間平穩(wěn)地變化，即不跳躍地變化。圖3中的圖30示出了涂層12內(nèi)部的孔隙度變化的三個實(shí)例。在孔隙度變化31中，在涂層12的下側(cè)的涂布材料孔隙度等于零或?yàn)樽钚≈?，并且從層厚dl至層厚d2非線性増加，從層厚d2至涂層12的上側(cè)線性増加。相應(yīng)的孔隙度變化31特別適合用于例如試運(yùn)行時(shí)段涂層的最大損耗較小的情況。如果在試運(yùn)行時(shí)段研磨更深輪廓至涂層的上側(cè)中，涂層12的孔隙度優(yōu)選在涂層表面的更寬區(qū)域上延伸，例如根據(jù)如圖3的圖30中的曲線32所示的孔隙度變化。在該變化中，開始于涂布材料的下側(cè)至小于前述厚度dl的厚度d3的孔隙度是最小值或?yàn)榱悖⑶曳蔷€性增加直到涂層的上側(cè)。曲線32也可以在靠近涂層表面的區(qū)域明顯過渡為線性變化。在一定情況中，例如當(dāng)使用非常硬質(zhì)材料時(shí)，孔隙度也可以繼續(xù)直到或靠近基體11的界面處的涂層12的下側(cè)，如圖3中的曲線33所示?；谏鲜霾牧峡紫抖仍谕繉?2的厚度上的變化，涂層表面的磨損率可以根據(jù)它 的剰余厚度進(jìn)行調(diào)整。在層深度上的層材料組成的變化不是必須的。對于制造這樣的層，商業(yè)可購的具有約8-10%鈷和碳化鎢的硬質(zhì)金屬粉末優(yōu)選用作硬質(zhì)材料。根據(jù)另ー實(shí)施方案，除了孔隙度之外，在層的厚度上材料組成也有變化?；诖?，可以進(jìn)ー步增加涂層12的初始表面上的磨損率以及額外縮短試運(yùn)行時(shí)段，而涂層的較深層可以針對盡可能長的刮刀使用期限進(jìn)行最優(yōu)化。例如，與在涂層下側(cè)區(qū)域中占主導(dǎo)的材料相比，靠近涂層上側(cè)區(qū)域的材料可以包含具有更小硬度的材料。例如，靠近涂層12的上側(cè)的區(qū)域可以包含高比例的金屬氧化物或金屬氮化物，例如氧化鋁或氮化鈦，而靠近基體11的層包含高含量的金屬樣碳化物，例如碳化鎢、碳化硼、碳化鉻、碳化鈦或類似物。在圖4的圖40中，將非多孔性或低多孔性涂層的磨損行為41與前述多孔性涂層的的磨損性能42進(jìn)行比較。曲線41和42僅定性地說明了各自的磨損過程，未示出度量衡學(xué)上或理論上獲得的磨損曲線。為了更好地進(jìn)行理解，涂層12和基體11對應(yīng)圖中所示兩個曲線。涂層12的多孔性上側(cè)比低孔隙度的或非多孔性的涂層表面更快地?fù)p耗。因此，曲線42開始時(shí)比曲線41下降更急劇。由于涂層12的更深層的孔隙度降低，其磨損率減小以及最終在過渡至非多孔性的更深層處接近非多孔性涂層。本發(fā)明能夠在開始時(shí)高度地磨損接觸紙表面或涂層的刮刀表面，使得可以在短時(shí)間內(nèi)研磨刮刀直至沿著它移動的紙幅的幾何尺寸。由于靠近涂層下側(cè)的孔隙度降低，涂層的磨損率也減小?；诖耍３至嗽谠囘\(yùn)行過程期間所獲得的表面輪廓且形狀保持不變地轉(zhuǎn)移(UberfUhren)在涂層的低多孔性或非多孔性部分，將該部分制造為具有盡可能小的磨損率以及由此實(shí)現(xiàn)了刮刀的長使用期限。
權(quán)利要求
1.表面處理纖維幅用的刮刀，其包括基體(11)和設(shè)置在基體(11)表面上的涂層(12)，其中所述涂層至少覆蓋基體(11)的部分表面，在該部分表面上所述刮刀(10)設(shè)置為與所述纖維幅接觸，其中所述涂層(12)在鄰接基體(11)的第一表面上的孔隙度小于在與第一表面相對設(shè)置的表面上的孔隙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的刮刀，其中從鄰接基體(11)的第一表面到與該第一表面相對設(shè)置的表面，所述涂層(12)的孔隙度増加。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的刮刀，其中所述涂層(12)包括鄰接所述基體且基本上無孔的第一層以及設(shè)置在所述第一層上且具有給定孔隙度的第二層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的刮刀，其中所述涂層(12)包括ー個或多個額外的層，其設(shè)置在所述第二層背離基體(11)的ー側(cè)上，其中額外層的孔隙度大于設(shè)置在所述涂層(12)的額外層和第一層之間的每個層的孔隙度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的刮刀，其中所述第一層包括多個層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)的刮刀，其中所述第一層的厚度等于所述涂層(12)的厚度的至少一半。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的刮刀，其中所述第二層的材料組成或額外層的材料組成不同于所述第一層的材料組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的刮刀，其中所述第一層由第一材料形成，所述第二層和/或額外層由第二材料形成或由第一材料和第二材料的混合物形成。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的刮刀，其中所述第一層包含金屬樣碳化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的刮刀，其中所述第二材料包含金屬氧化物。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面處理纖維幅用的刮刀(10)，其包括基體(11)和設(shè)置在基體表面上的涂層(12)，其中所述涂層(12)至少覆蓋基體(11)的部分表面，在該部分表面上所述刮刀(10)設(shè)置為與所述纖維幅接觸，其中所述涂層(12)在鄰接基體(11)的第一表面上的孔隙度小于在與第一對面相對設(shè)置的表面上的孔隙度。
文檔編號D21G3/00GK102648317SQ201080052908
公開日2012年8月22日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者A.艾西梅爾, A.貝倫德斯, H.比肖夫, N.加姆斯賈格, W.P.梅爾 申請人:沃依特專利有限責(zé)任公司