专利名称：刀片涂层的制作方法
刀片涂层本发明涉及用于造纸机器用的刮刀，以及具体地，涉及涂覆纸幅时使用的刮刀的构成。通常,造纸エ艺中制造的纤维幅(Faservliesbahn),即所谓的原纸幅，仍不具有各种待制造的纸类型所需的表面性能，因此必须对其进行相应加工。为了平滑纸幅表面，一般将包含顔料、粘合剂和助剂的膏状涂层施用在所述表面上。可以在独立的操作中涂布纸幅，但是一般通过将涂布机连接在造纸机中而整合入造纸エ艺中。通过刮刀涂布法实现平滑纸表面，在该方法中一开始将过量涂布介质施用于纸上，之后用刮刀刮去。由于刮刀(称作涂布刀片)施加在涂布颜料上的压力，通过刮涂填充纸表面上的凹处，从而在经涂布的纸上实现了均匀的表面。
表面结构，例如卫生用纸上的表面结构通过起皱方法制造，其中引导纸幅使纸幅经过称作起皱刮刀的刮刀的上方。由于在这两种方法中刮刀在纸幅上施加的压カ高，在此通常接触压カ为150N/m(相对刮刀长度的接触压力)或更高，对刮刀的耐磨性提出了更高的要求。因此，用于纸幅表面处理的刮刀通常由高强度钢制造。已知在施用于纸幅或接触涂布材料的区域所提供的刮刀表面设置具有如下的涂层该涂层的耐磨性比刮刀基材的耐磨性更高。这样的涂层通常由耐磨损材料使用金属氧化物或硬质金属(其中金属碳化物嵌入钴基质、镍基质或铁基质中)制造。为了施用物理上以及化学上尽可能均匀的涂层，优选使用热喷涂技术，其中涂布材料通过多次操作施用。毎次操作均将涂布材料薄层提供至刮刀上或先前已施用的涂层上。在此，以多个薄层施用涂层确保了涂布材料的各成分不会在形成涂层期间发生分离。由于单个层的化学和物理性质的一致性，从而制造了均匀涂层。为了抑制刮涂时在纸幅或起皱纸幅上形成刮刀条纹，在施用后将刮刀涂层的表面研磨平滑至使其显示尽可能小的粗糙度。利用一定的涂布材料组合以及针对设计刮刀基体中所使用的材料，可能需要在涂层和刮刀基体之间设置额外的层以实现涂层在刮刀基体上更好的粘附。国际专利申请WO 2006/134209 Al中记载了提供有粘合层的耐磨损刮刀涂层的进一歩发展。该涂层具有多层结构，在该结构中，接触纸幅的涂层的表面由硬质材料形成，例如碳化钨、碳化铬或碳化钛，其中涂层在邻接刮刀基体的ー侧由在刮刀基体上粘附性能好的材料形成。适用于这种层的材料是氧化钛和氧化铝。在所述两个外层之间的层具有两种层材料的混合物，其中层材料的比例随着与由该材料形成的涂层表面的距离增加而减小。在刮刀刮涂方法中，刮刀在纸幅边缘的损耗比中间区域的的损耗更大，因为刮刀的外端通常不接触刮涂介质，因此与接触刮涂材料的刮刀部分比较会更快地被形成原纸幅的纤维垫的粗燥表面磨损。为了对抗这种作用，国际专利申请WO 98/28089建议在刮刀上设置额外的层，其设置在刮刀基体和实际涂层之间。该硬质材料中间层具有比工作涂层更小的磨损率，因此可以更长时间保持刀片轮廓。如果刮刀有破损，则必须更换刮刀。但是在更换后直到新刮刀“试运行(eingelaufen) ”需要一些时间，其代表的事实是虽然将刮刀涂层研磨至精确匹配纸幅方向的几何配置，但是实际上在几何配置中仍旧存在较小的偏差。结果导致刮刀不能制造具有所需质量的纸幅表面。刮刀“试运行”的时间是直到纸表面显示所需质量所需的时间，可以长达I小吋。在“试运行”期间制造的纸质量较差，并且在一定情况下必须被丢弃。因此，期望提供处理纤维幅例如纸幅的表面用的刮刀，其使得更短的试运行时间成为可能。根据ー实施方案，刮刀具有基体和设置在基体表面上的涂层，其中该涂层至少覆盖基体表面的部分区域，在该部分区域上该刮刀设置为与纤维幅接触，其中该涂层在背离基体设置的表面上的孔隙度大于涂层在邻接基体的表面上的孔隙度。本上下文中，本说明书和权利要求书中列出特征时使用的术语，例如“包括”、“具有/显示”、“包含”、“含有”和“有”以及它们的语法变格通常不被认为是特征的封闭式说 明，所述特征例如过程步骤、设备、区域、尺寸和类似，不排除存在其他的或额外的特征以及其他的或额外的特征的组合。涂层具有多孔性表面区域的刮刀，与表面区域为基本上非多孔性的刮刀相比，耐磨性更小，因此更快地适应在刮刀上方移动的纸幅所具有的偏离刮刀几何尺寸的几何尺寸。本上下文中的基本上非多孔性(无孔)理解为孔隙度相应于技术上可能的最小值。刮刀的另ー实施方案具有如下的涂层，从邻接基体的第一表面向与其相对设置的表面，该涂层的孔隙度増加。在这样的孔隙度随着涂层厚度的増加而增加的情况中，刮刀涂层的耐磨性随着磨损的增加而增加，由此磨损率在试运行后减小，并且得到了试运行的刮刀轮廓，其也称作“试运行轮廓”。根据另ー实施方案，刮刀涂层具有第一层和第二层，第一层邻接基体并且基本上为无孔的，而在第一层上设置的第二层具有特定的孔隙度。因此，涂层的多孔性部分的厚度可以限制于形成和获得试运行轮廓所需的厚度。在另ー实施方案中，刮刀的涂层可以包括ー个或多个额外层，其设置在第二层背离基体的ー侧上。在此，额外层的孔隙度大于设置在所述涂层的额外层和第一层之间的每个层的孔隙度。由此形成的涂层在孔隙度变化的配置方面提供了很大的自由度，从而提供了针对不同试运行过程的具体特点调整孔隙度变化的可能性。根据另ー实施方案，涂层的第一层包括多个层，实现了第一层在化学上和物理上均匀的构成。在又一实施方案中，第二层或至少ー个额外层可以分别由多个层形成，使得可以在一定的层厚上保持一定的孔隙度以及材料組成。为了确保涂层在试运行后的工作寿命长，提供另ー实施方案，其中第一层的厚度为涂层厚度的至少一半。根据刮刀的另ー实施方案，涂层的第二层和/或额外层的材料组成不同于涂层的第一层的材料組成。这使得可以额外地改变单个层的耐磨性，以便一方面使刮刀轮廓尽可能快地适应纸幅轮廓并因此缩短了试运行(run-in)阶段，另ー方面使得刮刀在整个使用期限上保持在试运行阶段中所得到的刮刀轮廓。例如，第一层可以由第一材料形成，而第二层和/或ー个或多个额外层由第二材料形成，或由第一和第二材料的混合物形成。根据另ー实施方案,第一材料包含金属样碳化物(metallartiges Carbid),从而实现了高硬度的层。在另ー实施方案中，第二材料包含金属氧化物，从而也实现了足够高的硬度，然而优选小于用第一材料制造的层的硬度。本发明的其他特征由以下对实施例的说明以及权利要求书和附图
一起得出。单个的特征可以根据本发明的实施方案中単独或组合实现。以下将參考附图对本发明的多个实施例进行说明图I显示经涂布的刮刀的横截面示意图，图2显示图I的刮刀靠近刮刀刃区域的放大示意图，图3显示在涂层的厚度上不同孔隙度变化的图，以及图4显示解释刮刀磨损行为的图。图I示意性示出了经过设置有涂层12的刮刀10的前端区域的横截面。涂层12占据了刮刀10的至少一部分，该至少一部分接触纤维幅或接触施用在纤维幅上的刮涂材料。 刮刀10具有基体11(例如可以由钢构成)以及涂层12。刮刀10还具有斜面13，其通常称为刮刀刃(Wate)。通常，涂层12如所示覆盖基体11，也覆盖刮刀刃13的区域。图2中的横截面示意图示出了图I中的刮刀10在过渡到刮刀刃13处的详细截面图。如从图中可见，涂层12具有密度向着涂层自由表面(即在涂层12背离基体11 ー侧的方向上)増加的空隙。换句话说，涂层12在其上侧的孔隙度大于其邻接基体的下侧的孔隙度。在此，孔隙度理解为空隙体积相对涂层体积单元的总体积的比值。多孔性表面上接受涂布材料的部分小于它的整个表面。因此，在多孔性表面的情况中，与非多孔性表面的情况相比，更少的涂布材料接触纸幅的纤维或刮涂材料。在相同的接触压カ下，多孔性表面的磨损率因此更高。在此，磨损率更高，表面的孔隙度越高。为了缩短刮刀试运行所需的时间，将涂层12的表面设计成多孔性的，在此孔优选至少延伸至在试运行段期间研磨的深度。在一实施方案中，涂层12具有两个层，其中邻接基体11的第一层不具有孔或具有可以在用于制造层的エ艺中能够实现的最少量孔。以此方式形成的涂层确保了在试运行后存在耐磨涂层，其确保了刮刀的使用期限长。第二层设置在该第一层上，第二层的厚度至少等于所期望的试运行段期间刮刀轮廓变化。特别地，该第二层的厚度值至少等干与试运行段期间层的最大损耗和最小损耗之间的差。在另ー实施方案中，在第一层上设置多于ー个额外层，其中每个所述额外层的孔隙度随着与第一层的距离的增加而增加，使得在涂层12背离基体11的表面上存在最大孔隙度。备选地，多个相邻层内部的孔隙度也可以保持不变，其中靠近涂层自由表面即靠近其上侧的层的孔隙度大于更靠近涂层下侧设置的层的孔隙度。涂层12优选借由热喷涂通过多次操作施用至基体11，例如在10次操作和100次操作之间。毎次操作制造涂布材料的薄层，其中第一层直接喷涂在基体的表面上，额外层喷涂在各个之前施用的层上。物理均匀性以及单个层的孔隙度可以通过所利用方法的參数进行调整。例如在已知为縮写HVOF (高速氧燃料)喷涂方法中，孔隙度可以通过燃料/氧的关系和形成层所需的粉末材料的进料速率进行调整。通过逐层改变參数，孔隙度可以增加直到涂层的上側。仅在试运行段期间需要涂层的磨损率增加，试运行时段通常仅表示刮刀的整个使用寿命的非常小的部分。在试运行过程的最后，涂层12的表面具有轮廓，其经最优化调整为适合刮刀接触区域处纸的纤维幅的几何尺寸。如果涂层的孔隙度在涂层的深度范围上变化太突然，在一些情况中可以暂时研磨试运行轮廓。因此，孔隙度优选在涂层初始上侧的孔隙度和下侧的孔隙度这两个最大值之间平稳地变化，即不跳跃地变化。图3中的图30示出了涂层12内部的孔隙度变化的三个实例。在孔隙度变化31中，在涂层12的下侧的涂布材料孔隙度等于零或为最小值，并且从层厚dl至层厚d2非线性増加，从层厚d2至涂层12的上侧线性増加。相应的孔隙度变化31特别适合用于例如试运行时段涂层的最大损耗较小的情況。如果在试运行时段研磨更深轮廓至涂层的上侧中，涂层12的孔隙度优选在涂层表面的更宽区域上延伸，例如根据如图3的图30中的曲线32所示的孔隙度变化。在该变化中，开始于涂布材料的下侧至小于前述厚度dl的厚度d3的孔隙度是最小值或为零，并且非线性增加直到涂层的上側。曲线32也可以在靠近涂层表面的区域明显过渡为线性变化。在一定情况中，例如当使用非常硬质材料时，孔隙度也可以继续直到或靠近基体11的界面处的涂层12的下侧，如图3中的曲线33所示。基于上述材料孔隙度在涂层12的厚度上的变化，涂层表面的磨损率可以根据它 的剰余厚度进行调整。在层深度上的层材料组成的变化不是必须的。对于制造这样的层，商业可购的具有约8-10%钴和碳化钨的硬质金属粉末优选用作硬质材料。根据另ー实施方案，除了孔隙度之外，在层的厚度上材料组成也有变化。基于此，可以进ー步增加涂层12的初始表面上的磨损率以及额外缩短试运行时段，而涂层的较深层可以针对尽可能长的刮刀使用期限进行最优化。例如，与在涂层下侧区域中占主导的材料相比，靠近涂层上侧区域的材料可以包含具有更小硬度的材料。例如，靠近涂层12的上侧的区域可以包含高比例的金属氧化物或金属氮化物，例如氧化铝或氮化钛，而靠近基体11的层包含高含量的金属样碳化物，例如碳化钨、碳化硼、碳化铬、碳化钛或类似物。在图4的图40中，将非多孔性或低多孔性涂层的磨损行为41与前述多孔性涂层的的磨损性能42进行比较。曲线41和42仅定性地说明了各自的磨损过程，未示出度量衡学上或理论上获得的磨损曲线。为了更好地进行理解，涂层12和基体11对应图中所示两个曲线。涂层12的多孔性上侧比低孔隙度的或非多孔性的涂层表面更快地损耗。因此，曲线42开始时比曲线41下降更急剧。由于涂层12的更深层的孔隙度降低，其磨损率减小以及最終在过渡至非多孔性的更深层处接近非多孔性涂层。本发明能够在开始时高度地磨损接触纸表面或涂层的刮刀表面，使得可以在短时间内研磨刮刀直至沿着它移动的纸幅的几何尺寸。由于靠近涂层下侧的孔隙度降低，涂层的磨损率也减小。基于此，保持了在试运行过程期间所获得的表面轮廓且形状保持不变地转移(UberfUhren)在涂层的低多孔性或非多孔性部分，将该部分制造为具有尽可能小的磨损率以及由此实现了刮刀的长使用期限。
权利要求
1.表面处理纤维幅用的刮刀，其包括基体(11)和设置在基体(11)表面上的涂层(12)，其中所述涂层至少覆盖基体(11)的部分表面，在该部分表面上所述刮刀(10)设置为与所述纤维幅接触，其中所述涂层(12)在邻接基体(11)的第一表面上的孔隙度小于在与第一表面相对设置的表面上的孔隙度。
2.根据权利要求I的刮刀，其中从邻接基体(11)的第一表面到与该第一表面相对设置的表面，所述涂层(12)的孔隙度増加。
3.根据权利要求I或2的刮刀，其中所述涂层(12)包括邻接所述基体且基本上无孔的第一层以及设置在所述第一层上且具有给定孔隙度的第二层。
4.根据权利要求3的刮刀，其中所述涂层(12)包括ー个或多个额外的层，其设置在所述第二层背离基体(11)的ー侧上，其中额外层的孔隙度大于设置在所述涂层(12)的额外层和第一层之间的每个层的孔隙度。
5.根据权利要求4的刮刀，其中所述第一层包括多个层。
6.根据权利要求3至5中任一项的刮刀，其中所述第一层的厚度等于所述涂层(12)的厚度的至少一半。
7.根据上述权利要求中任一项的刮刀，其中所述第二层的材料组成或额外层的材料组成不同于所述第一层的材料组成。
8.根据权利要求7的刮刀，其中所述第一层由第一材料形成，所述第二层和/或额外层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.根据上述权利要求中任一项的刮刀，其中所述第一层包含金属样碳化物。
10.根据权利要求8或9的刮刀，其中所述第二材料包含金属氧化物。
全文摘要
本发明涉及表面处理纤维幅用的刮刀(10)，其包括基体(11)和设置在基体表面上的涂层(12)，其中所述涂层(12)至少覆盖基体(11)的部分表面，在该部分表面上所述刮刀(10)设置为与所述纤维幅接触，其中所述涂层(12)在邻接基体(11)的第一表面上的孔隙度小于在与第一对面相对设置的表面上的孔隙度。
文档编号D21G3/00GK102648317SQ201080052908
公开日2012年8月22日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年9月23日
发明者A.艾西梅尔, A.贝伦德斯, H.比肖夫, N.加姆斯贾格, W.P.梅尔 申请人:沃依特专利有限责任公司