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耐腐蚀辊筒涂层

阅读：1037发布：2020-10-03

IPRDB可以提供耐腐蚀辊筒涂层专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于在辊筒部件上施加耐腐蚀辊筒涂层的方法，该方法带有如下步骤：提供用于热喷涂涂层的设备，提供合金钢材料，通过使用用于热喷涂涂层的设备施加合金钢材料将辊筒部件的表面的至少一个部分涂层，和以聚合物材料将所施加的涂层封闭。此外，本发明涉及带有以聚合物材料封闭的合金钢热喷涂涂层的辊筒和辊筒部件。，下面是耐腐蚀辊筒涂层专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于在辊筒部件上施加耐腐蚀辊筒涂层的方法，其中所述方法具有如下步骤：-提供用于热喷涂涂层的设备，

-提供合金钢材料，

-通过使用用于热喷涂涂层的设备施加合金钢材料将辊筒部件的表面的至少一个部分涂层，-以聚合物材料将所施加的涂层封闭。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述合金钢材料上施加由另外的材料制成的另外的涂层。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述另外的材料是碳化物、氮化物或硼化物，或由它们形成的混合物，或带有第四副族、第五副族或第六副族金属的混合物。

4.根据权利要求1至3中一项所述的方法，其中所提供的用于热喷涂涂层的设备设计为用于执行高速火焰喷涂或激光喷涂。

5.根据权利要求1至4中一项所述的方法，其中所述合金钢材料以细粉的形式提供。

6.根据权利要求1至3中一项所述的方法，其中所提供的用于热喷涂涂层的设备设计为用于执行电弧喷涂。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其中所述合金钢材料以线的形式提供。

8.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中所述合金钢材料由带有根据材料号

1.4401、1.4404、1.4406、1.4435、1.4436或1.4440的成分的铬-镍钢形成。

9.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中辊筒部件的表面的涂层通过在多个行程中施加合金钢材料以及另外的材料进行。

10.根据权利要求9所述的方法，其中用于施加所述合金钢材料的行程的数量最少为4最大为6。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中用于施加所述另外的材料的行程的数量最少为1最大为3。

12.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中用于封闭喷涂涂层的聚合物材料包括环氧树脂。

13.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中用于封闭喷涂涂层的聚合物材料包括硅聚酯树脂。

14.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中用于封闭喷涂涂层的聚合物材料包括其内嵌入有填料的聚合物。

15.根据权利要求14所述的方法，其中使用含有聚氟乙烯且尤其是含有聚四氟乙烯的填料作为填料。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中使用具有微粒形式的填料，尤其是具有平均直径在0.1μm至5μm的范围内的微粒形式的填料。

17.根据权利要求1所述的方法，其中使用聚氟乙烯且尤其是聚四氟乙烯作为聚合物材料。

18.一种使用在造纸机内的辊筒的辊筒部件，其中所述辊筒部件具有金属基体，由合金钢材料形成的、覆盖所述金属基体的表面的至少一个部分的热喷涂涂层，和施加在所述合金钢热喷涂涂层的表面上的聚合物封闭层。

19.根据权利要求18所述的辊筒部件，其中提供了以另外的材料形成的、覆盖由合金钢形成的热喷涂涂层的表面的至少一个部分的涂层。

20.根据权利要求19所述的辊筒部件，其中所述另外的材料是碳化物、氮化物或硼化物，或由它们形成的混合物，或带有第四副族、第五副族或第六副族金属的混合物。

21.根据权利要求19所述的辊筒部件，其中所述合金钢材料由带有根据材料号

1.4401、1.4404、1.4440或1.4435的成分的铬-镍钢形成。

22.根据权利要求19至21中一项所述的辊筒部件，其中所述聚合物封闭层的材料具有至少一种从包括环氧树脂、硅聚酯树脂和聚氟乙烯的聚合物组中选出的材料。

23.根据权利要求19至22中一项所述的辊筒部件，其中所述辊筒基体的涂层通过使用根据权利要求1至14中一项所述的方法制造。

24.一种带有根据权利要求19至23中一项所述的辊筒部件的辊筒。

说明书全文

耐腐蚀辊筒涂层

技术领域

[0001] 本发明涉及使用在造纸机中的辊筒的耐腐蚀涂层。

背景技术

[0002] 在造纸中-在此文献中在下文中理解为所有的含有纤维素的纤维幅，即也例如纸板、毡材料等，造纸机的辊筒暴露于带有电解质传导性的过程水和蒸汽。为使得此侵蚀性介质不到达由非贵重金属制成的辊筒芯，将辊筒或辊筒芯以耐腐蚀材料覆盖。

[0003] 作为辊筒或辊筒芯的耐腐蚀涂层，目前使用电镀的硬铬层和使用热喷涂方法涂覆的硬质金属层。电镀的铬化提供了廉价地可制造的且有效的防腐，但由于所使用的电镀槽的毒性，被认为是不环保的方法。此外，电镀的硬铬层的机械清洁由于铬的脆的性能而仅困难地实现。作为硬质金属涂层，通常使用嵌入在钴元-镍基质内的碳化钨硬材料的复合材料，所述复合材料以例如HVOF（高速火焰喷涂）的热喷涂方法涂敷在表面上。硬质金属喷涂层的热涂覆在多个行程中即在多个部分层中进行，以保证涂层的物理均匀性。

[0004] 热喷涂的硬质金属涂层具有良好的耐腐蚀效果和高的耐磨性。在造纸过程中出现的污染物在硬质金属表面上的附着相对低，因此所述硬质金属表面相对容易地通过刮擦拭而被清洁。当然，硬质金属热喷涂涂层的制造与铬化相比很昂贵。

[0005] 因此，在其处防腐层不与纸张表面接触的造纸机的更不关键的位置上，例如在用于筛或毡的导辊上，现在优选的是更廉价的，但与更高的环境危害有关的电镀硬铬化。当然，这些硬铬化涂层不被刮拭。

[0006] 因此，希望的是给出廉价的且相对于电镀硬铬化而言对于环境危害更小的但有效的用于辊筒部件的防腐。

发明内容

[0007] 相应的防腐可通过如下方法实现，所述方法带有如下步骤：提供用于热喷涂涂层的设备，提供合金钢材料，通过使用用于热喷涂涂层的设备施加合金钢材料涂覆辊筒部件的表面的至少一个部分，和以聚合物材料将所施加的涂层封闭。

[0008] 与之相关地，应指明，在此说明书和权利要求中为列举特点而使用的概念“包括”、“具有”、“含有”和“带有”以及其语法变换，一般地理解为非详尽地列举了特征，例如部件、方法步骤、装置、区域、大小等，且不排除另外的或附加的特征或它们组合的存在。

[0009] 用于造纸的机器内的所使用的辊筒的廉价的且环境相容地制造的防腐蚀的辊筒部件具有金属基体，覆盖金属基体的表面的至少一个部分的由合金钢材料制成的热喷涂涂层，和施加在合金钢热喷涂涂层的表面上的聚合物封闭层。

[0010] 因为用于热喷涂涂层的合金钢材料比例如硬质金属的可喷涂的金属陶瓷材料明显更廉价，所以由此制造的防腐层也更廉价。合金钢喷涂涂层的以聚合物的封闭防止电解质作用在涂层材料的杂质上，且因此有效地预防了喷涂涂层的腐蚀和导致腐蚀的电解质向基体材料的侵入。

[0011] 在用于在辊筒部件上施加防腐涂层的方法的实施形式中，所提供的用于热喷涂涂层的设备设计为用于执行高速火焰喷涂或激光喷涂。此热喷涂方法不导致喷涂材料的明显的冶金变化，因此以此方法制造的热喷涂涂层的冶金成分对应于用于涂层的原材料的冶金成分。有利地，提供具有细粉形式的合金钢材料作为用于涂层的原材料，其微粒在遇到待涂层的表面上时发生塑性变形，由此以简单的方式可制造孔隙度低的很紧密的涂层。

[0012] 在方法的另外的实施形式中，所提供的用于热喷涂涂层的设备设计为用于执行电弧喷涂，其中涂层原料在电弧中熔融且借助于载体气体转运到待涂层的工件处。电弧喷涂特别适合于在大面积上涂覆附着很好的厚度超过200μm至数毫米的层。在使用其中涂层原料为涂覆而通过提供电能熔融的热涂层方法时，例如在电弧喷涂中，简化供给，优选以线形提供合金钢材料。

[0013] 为实现高耐腐蚀性的热喷涂涂层，优选使用合金钢材料，所述合金钢材料由带有根据材料号1.4401、1.4404、1.4406、1.4435、1.4436或1.4440的成分的铬-镍钢形成。此材料号的合金钢也符合美国钢铁学会（AISI）标准316L和316。

[0014] 孔隙度低的、很密实的涂层有利地通过在多个行程中将不锈钢材料施加在辊筒部件的表面上实现，即通过多个相继地沉积的部分层实现。厚度为大约50至200微米的密实的热涂层通过4至6个行程已可实现。

[0015] 对于在高载荷的位置中的使用，可有利的是施加由另外的材料形成的另外的涂层，所述涂层覆盖由合金钢制成的热喷涂涂层的表面的至少一个部分，其中另外的材料可以是碳化物、硼化物或氮化物或由它们形成的混合物或带有第四副族、第五副族或第六副族金属的混合物。涂层可通过与合金钢层相同的涂层方法涂覆，其中厚度可为另外的1至3个行程。以此，在合金钢上形成了虽然不封闭的但至少用于密封目的的涂层，所述涂层保证了升高的耐腐蚀性。

[0016] 有利地，用于密封喷涂涂层的聚合物材料包括环氧树脂，所述环氧树脂以非交联的以及部分交联的状态良好地润湿了合金钢表面，且因此保证了牢固的、材料配合的连接。此外，良好的可润湿性也保证树脂侵入到表面的凹处内且完全地填充此凹处，以便在喷涂涂层与聚合物密封层的边界面上不形成中空空间。在另外的有利的实施形式中，用于封闭喷涂涂层的聚合物材料包括硅聚酯树脂，所述硅聚酯树脂导致带有防附着和防污染作用的合金钢喷涂涂层的良好的润湿。

[0017] 一般地，在封闭层的聚合物材料中也可嵌入填料，以便实现其表面的不粘和防污特性的改进。在与之优选的实施形式中，优选使用含有聚氟乙烯且尤其是含有聚四氟乙烯的材料作为填料。合适地，填料以微粒的形式且尤其是以平均直径在0.1μm至5μm的范围内的微粒的形式嵌入到封闭的聚合物基础材料内。

[0018] 代替带有具有PFE或PEFE的填料的环氧树脂或硅聚酯树脂，所述聚合物也可直接由聚氟乙烯且尤其是由聚四氟乙烯形成，或由包括此材料的聚合物形成。为将聚四氟乙烯施加在喷涂涂层的表面上，优选将尺寸范围为50 μm至100nm的聚四氟乙烯微粒悬浮且将因此而获得的扩散物涂覆在喷涂涂层上，例如借助于浸浴、通过喷涂或通过以刷或另一个涂模装置涂覆来涂覆。为此，优选使用具有如下尺寸分布的颗粒形式的聚合物，在所述微粒的尺寸分布中至少65%的微粒具有一个或多个在50μm至100nm的范围内的尺寸。

附图说明

[0019] 本发明的另外的特点从如下的实施例描述中结合附图以及权利要求获得。应注意的是本发明不限制于所述的实施例的实施形式，而是通过附带的权利要求的范围确定。尤其是，在根据本发明的实施形式中的单独的特征可以以不同于如下的示例的另外的数量和组合实现。在下文中参考附图对于本发明的一些实施例进行解释，其中

[0020] 图1A在明显示意性的图示中解释了由封闭的喷涂涂层在辊筒部件上形成的防腐蚀层，

[0021] 图1B示出了带有用于密封的附加涂层的本发明的另外的实施例，

[0022] 图2A示出了用于制造用作辊筒部件的防腐蚀的封闭的喷涂涂层的基本步骤，和[0023] 图2B示出了用于制造根据图1B的实施形式的封闭的喷涂涂层的基本步骤。

具体实施方式

[0024] 应注意的是图1A和图1B仅用于图示目的且不给出实际部件的描述。因此，单独的部件的尺寸，如关系考虑到情况的清晰图示而选择且实际的实施形式与之不同。

[0025] 图1A的明显示意性的横截面图示出了提供有防腐蚀表面的辊筒部件10的部分。辊筒部件的所图示的实施形式具有辊筒芯1，在所述辊筒芯1的表面上设有由喷涂涂层4和施加在其上的封闭层3所形成的防腐蚀层5。防腐蚀层5优选覆盖辊筒部件10的暴露于在辊筒的一定的使用中所出现的腐蚀性介质的全部表面区域。喷涂涂层4在所解释的实施形式中由单独的合金钢微粒2构成，所述微粒2为形成封闭的且因此密实的层而形状配合地相互邻接。相应的被防腐蚀的辊筒例如适合于用作造纸机内的筛或毡的导辊。

[0026] 作为喷涂涂层4的合金钢材料，优选地使用带有根据材料号1.4401（短名：X5CrNiMo17-12-2）、1.4404（短名：X2CrNiMo17-12-2）、1.4406（短名：X2CrNiMo17-11-2）、
1.4435（短名：X2CrNiMo18-14-3）、1.4436（短名：X3CrNiMo17-13-3）或1.4440（短名：
X2CrNiMo19-12）的成分的铬镍不锈钢，所述合金钢材料具有高的耐腐蚀和耐酸性。所述的钢种也满足了美国钢铁学会（AISI）标准316和316L。

[0027] 为将涂层材料2涂覆在由辊筒部件形成的工件10的基体1上，优选地使用热喷涂方法，所述热喷涂方法的基本步骤在图2A中图示。

[0028] 方法在步骤S1中以提供用于热喷涂的设备开始。热喷涂涂层理解为一种表面涂层方法，其中涂层材料被融化、熔融或熔化且作为喷涂微粒借助气体流在待涂层的表面的方向上被加速。待涂层的工件的表面在此仅受到少量的热负荷。在到达工件表面上时，喷涂微粒通常通过机械夹紧被平整且连接。以此，实现了带有均匀的微观结构的孔隙度低的且在工件上很好地连接的无缝隙的涂层。在电弧喷涂中线形喷涂或涂层材料的熔化以电弧进行，在高速火焰喷涂中喷涂材料微粒的熔融在燃料氧气高速火焰中进行，且在激光喷涂中以激光束进行。当然，也可使用与示例中所执行的热喷涂涂层方法不同的方法。

[0029] 在图2A中所图示的方法的步骤2S中，在辊筒部件上提供了具有合金钢材料的形式的喷涂材料，其中优选使用不锈合金钢，例如AISI标准316L和316的铬镍钢，所述铬镍钢也以材料号1.4401、1.4404、1.4406、1.4435、1.44036或1.4440表示。喷涂材料的提供形式根据各用于涂层的设备决定。在电弧喷涂的情况中涂层材料例如以线形提供，在高速火焰喷涂的情况中涂层材料以粉末形式提供。此粉末的平均微粒尺寸的尺寸级根据希望的涂层厚度选择，且因为微粒在到达工件表面上时被平整，所以可涂覆从涂层厚度几乎100μm至数百μm的例如大致50μm的涂层。

[0030] 在提供了涂层设备和涂层材料以及在设置了工件之后，在步骤S3中通过使用设备将工件10的表面或表面的部分以喷涂材料涂层。为实现实际的无孔的或完全密实的涂层，喷涂材料的涂覆优选在多个行程中进行。行程的数量取决于在涂层设备上分别设置的过程参数、粉末微粒的可能的大小、工件和设备射出喷涂材料的部分之间的距离以及希望的涂层厚度。通常，行程的数量通过实验确定。喷涂涂层的孔隙度也可通过涂层过程的过程参数影响，其中尤其是以高速火焰喷涂可实现小于0.5%的孔隙度。孔隙度在此理解为在贯穿所研究的材料的横断面中被所述材料内所含的中空空间所占据的面积份额。

[0031] 在步骤S3中所涂覆的焊接管喷涂涂层最后在步骤S4中通过涂覆聚合物材料封闭，然后在步骤S5中，除了表面可能的后处理外，结束防腐蚀涂层方法。

[0032] 热喷涂涂层方法具有制造带有很低的孔隙度，即很少形成于涂层材料中的空腔的涂层的可能性。单独的中空空间在此通常不相互连接，使得孔不创造从涂层的表面到达基础材料的表面的、通过其使电解质作用的材料可渗透的通道。因此，相应地制造的涂层对于与造纸相关的过程水和蒸汽是密封的。

[0033] 当然，在造纸机的运行条件下，可能长时间后发生在涂层材料的杂质上的喷涂涂层的腐蚀，例如在晶界上的且尤其是在由边界面形成的、在其上单独的涂层微粒相互相邻的涂层内表面上的腐蚀。为防止在此边界面上随着随后的腐蚀侵入导致的侵蚀，涂层表面在热喷涂涂层完成之后以聚合物材料封闭。封闭作用在此不通过封闭层3可能的磨损直至喷涂涂层4的上部区域的暴露而消除，因为喷涂涂层的表面并非理想的是平的而是具有空间的轮廓，其中相互衔接的涂层微粒的边界面几乎仅布置在凹处内。

[0034] 作为用于形成封闭的聚合物材料，原理上合适的是所有可基于单组分系统和双组分系统制造的热塑性塑料和热固性塑料。特别合适的是如下热固性塑料，即所述热固性塑料的分解温度高于辊筒部件10的使用温度而使得所述热固性塑料表现为弹性。以类似的方式，其玻璃化过渡温度处于辊筒部件10的使用温度以上而使得在以聚合物封闭的喷涂涂层4使用时不能出现聚合物的干扰性的软化的热塑性塑料是合适的。可采用20℃作为使用温度和分解温度或玻璃转化温度之间的最小差异的粗略的标准值。使用温度理解为辊筒部件10在刀刃按规定使用期间的运行温度。

[0035] 作为聚合物，特别合适的是环氧树脂和其内嵌入了填料微粒的环氧树脂，所述填料例如由聚氟乙烯（PFE）且尤其是由聚四氟乙烯（PTFE）形成。因为环氧树脂在非交联或部分交联的状态中具有良好的涂层基础材料的润湿，所以环氧树脂也可侵入到带有不利的纵横比的涂层表面的凹陷内部。环氧树脂的粘性可通过添加例如酒精和甲酮的溶剂而降低，以匹配在涂层4的表面轮廓上的润湿。封闭过程可借助于浸浴、通过喷射或借助于例如刷或铲的涂模工具进行。

[0036] 在优选的实施例中，为形成大致90μm厚的喷涂涂层，借助于高速火焰喷涂设备“Diamond Jet ”（DJ2600）将由根据AISI标准316L的钢形成的喷涂材料在四个行程中施加到钢辊筒芯的表面上。然后，将如此制成的热喷涂涂层以基于环氧树脂的无色的双组分系统封闭。

[0037] 在附图1B中在与附图1A中相同的视图中图示了本发明的第二实施形式。与在图1A中所图示的实施变型不同，在此提供了附加的第二涂层6，所述第二涂层6布置在喷涂涂层4上且提供了将合金钢微粒2增密的功能。此实施例尤其是适合于使用在高载荷位置中。

[0038] 在此，在图2B中所图示的过程的一个中，在附加的方法步骤S6中在另外的1至3个行程中施加硬金属。作为涂覆方法，提供了与用于施加喷涂涂层4相同的方法，因此在此可省去重复的叙述。

[0039] 尤其是使用碳化物、氮化物或硼化物以及由它们形成的混合物以及带有元素周期表中的第四副族、第五副族或第六副族的另外的金属的混合物。作为优选的实施例，使用碳化钨。

[0040] 此硬金属层虽然不是密实的封闭的层，但通过例如钨的高密度将位于其下的层密封，使得可导致提高的耐腐蚀性。

[0041] 所述的本发明实现了对于使用在造纸机内的辊筒部件、辊筒且尤其是导辊的有效的、长久的且廉价的防腐蚀。

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