生活用纸压纹辊及其制备方法与应用与流程

本发明涉及造纸设备技术领域，具体而言，涉及生活用纸压纹辊和生活用纸压纹辊的制备方法与应用。

背景技术：

生活用纸压纹辊是生活造纸压花机设备的关键机械零部件，是一种表面凹凸的模具，在一定的压力作用下使纸张产生塑性变形，从而将2-3张较薄的纤维原纸压制成1张生活用纸的工艺。生活用纸压纹辊工作时表面长期、持续不断地受到载荷压应力作用，在使用一段时间后，表面容易出现应力缺陷，硬度下降，进而导致表面出现裂纹，严重影响压花机的工作效率压花机的生产效率，同时影响生活用纸的紧密度与柔顺性等产品质量及商品附加值会造成极大地影响。

传统的表面镀铬、刻蚀、包覆胶布、感应淬火等技术无法满足抗冲击能力的技术要求，生产效率较低。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供生活用纸压纹辊及其制备方法，旨在进一步提高生活用纸压纹辊的性能。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种生活用纸压纹辊，包括底辊和喷涂于底辊表面的硬化工作层，硬化工作层的材质为wc-10co4cr，硬化工作层的厚度为100-500μm。

在可选的实施方式中，硬化工作层与底辊的结合强度大于1mpa。

第二方面，本发明实施例提供一种生活用纸压纹辊的制备方法，包括：

在底辊表面喷涂wc-10co4cr粉末，以在底辊表面形成厚度为100-500μm的硬化工作层。

在可选的实施方式中，在底辊表面喷涂wc-10co4cr粉末的喷涂方式为超音速喷涂。

在可选的实施方式中，超音速喷涂的工艺参数为：氮气流量47-53l/min，丙烯压力77-83psi，空气压力77-83psi，氢气压力90-110psi，喷涂距离90-110mm，送粉量90-110g。

在可选的实施方式中，在底辊表面喷涂wc-10co4cr粉末前还包括对底辊进行粗化处理。

在可选的实施方式中，对底辊进行粗化处理后还包括对底辊表面进行清洗，并采用气体吹干。

优选地，清洗所用到的清洗剂为丙酮。

在可选的实施方式中，粗化处理至底辊表面粗糙度为50-100μm。

在可选的实施方式中，喷涂所用到的wc-10co4cr粉末的粒度为5μm-40μm。

在可选的实施方式中，喷涂前采用胶带和工装对底辊非喷区域进行保护。

上述生活用纸压纹辊或上述的生活用纸压纹辊的制备方法制得的生活用纸压纹辊在生活用纸制造过程中的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过上述设计得到的生活用纸压纹辊，由于选用wc-10co4cr材质制成硬化工作层，并设置合理的硬化工作层厚度，能保证生活用纸压纹辊表面硬度高、耐磨性能好、抗冲击性能优异，能有效避免压花过程中表面出现应力缺陷等问题，因而本发明提供的生活用纸压纹辊的使用寿命长。

本发明通过上述设计得到的生活用纸压纹辊的制备方法，操作简单，能制得表面硬化工作层均匀、硬化工作层硬度高、耐磨性能及抗冲击性能优异的生活用纸压纹辊；该生活用纸压纹辊可满足现有市场大部分对生活用纸压纹辊在性能方面的要求。而且本发明提供的方法还可以以旧压辊作为底辊，向旧压辊表面喷涂硬化工作层用以对旧压辊进行修复，修复后的旧压辊还可继续循环使用，可实现资源节约。

本发明通过上述设计得到的生活用纸压纹辊或通过上述设计得到的生活用纸压纹辊的制备方法制得的生活用纸压纹辊应用于生活用纸的制造时，可降低生活造纸的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为不同厚度工作硬化层受力示意图；

图2为实施例1制得的生活用纸压纹辊表面硬化工作层截面图；

图3为实施例1制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图；

图4为实施例2制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图；

图5为实施例3制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图；

图6为对比例1制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图；

图7为对比例2制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图；

图8为对比例3制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图；

图9为对比例4制得的生活用纸压纹辊杯突试验测试后表面硬化工作层的形貌图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下对本发明实施例提供的生活用纸压纹辊及其制备方法进行具体说明。

一种生活用纸压纹辊，包括底辊和喷涂于底辊表面的硬化工作层，硬化工作层的材质为wc-10co4cr，硬化工作层的厚度为100-500μm。

co与wc的自润滑性能最好，可以作为连接相保证硬化工作层致密。对于一定晶粒度的wc-co合金，co与wc的自润滑性能最好，可以作为连接相保证硬化工作层致密。其中，硬化工作层的断裂韧性值(kic值)与co的百分比呈线性关系，高co含量可以提高材料的kic值。现有相关企业利用超音速喷涂wc-12co粉末的方法，在生活用纸压纹辊表面制备一层工作层，进一步提高了抗冲击能力。在不损失抗冲击力的前提下，进一步提高了生活用纸压纹辊的抗腐蚀和耐磨能力，综合性能优异。但申请人发现即使采用wc-12co粉末喷涂形成硬化工作层，生活用纸压纹辊的性能仍旧有提高的空间。

选用wc-10co4cr材质制成硬化工作层，并设置合理的硬化工作层厚度，能保证生活用纸压纹辊表面硬度高、耐磨性能好、抗冲击性能优异，能有效避免压花过程中表面出现应力缺陷等问题，因而本发明提供的生活用纸压纹辊的使用寿命长。

需要特别说明的是，硬化工作层的厚度应当在本申请要求的范围内，如图1所示，如果制备的硬化层过薄，工作过程中承受的压应力影响区传达到辊轴，滚轴内陷，容易导致硬化工作层垂直崩塌；若制备的硬化工作层过厚，在压应力作用下硬化工作层内部容易受到剪切分应力，导致硬化工作层内部横断。而本发明中当采用wc-10co4cr制得的硬化工作层的厚度为100-500μm时，生活用纸压纹辊的在1000-1800hv300g之间，抗腐蚀和耐磨能力等都较好，因此能使得生活用纸压纹辊的工作效率和使用寿命得到有效提高。

进一步地，硬化工作层与底辊的结合强度大于1mpa。当结合强度大于1mpa时能使得硬化工作层与底辊的结合更牢固，硬化工作层不易从底辊上脱落。

一种生活用纸压纹辊的制备方法，包括：

在底辊表面喷涂wc-10co4cr粉末，以在所述底辊表面形成厚度为100-500μm的硬化工作层。

具体包括：

s1、喷涂前处理

将不锈钢、碳钢、铝等厚壁桶通过焊接的方式将与内芯连接为整体，完成压纹底辊的制备，使其能安装在压花机上，并保证压纹底辊基本的转动功能。

将底辊固定在转台上，以保证表面硬化工作层制备过程底辊可匀速转动；同时利用胶带和工装对毛坯进行保护，以保护底辊非喷涂区域。

s2、粗化处理

将底辊进行粗化处理，粗化处理的方式选用现有的粗化处理方式即可，例如：喷砂处理。优选地，为保证后续喷涂得到的硬化工作层与底辊的结合强度大于1mpa，粗化处理至底辊表面的粗糙度为50-100μm。

为进一步保证后续喷涂得到的硬化工作层与底辊的结合强度较高，粗化处理后需要对底辊表面进行清洗，清洗剂选用丙酮，对底辊表面清洗后采用气体将底辊吹干，保证喷涂面干净无污渍。

s3、wc-10co4cr粉末喷涂

向粗化处理后表面洁净的底辊上采用超音速喷涂工艺喷涂wc-10co4cr粉末。喷涂参数为：氮气流量47-53l/min，丙烯压力77-83psi，空气压力77-83psi，氢气压力90-110psi，喷涂距离90-110mm，送粉量90-110g。以得到厚度为100-500μm的硬化工作层。在此喷涂条件下喷涂得到的硬化工作层均匀性好，硬度更高，抗冲击性也更好。特别是超音速喷涂过程中，送粉氮气流量小于47l/min，粉末粒子无法进入焰流中心，粉末融化程度较差，硬化工作层稀薄；而送粉氮气流量大于53l/min，粉末粒子沿着路径穿过焰流中心，形成硬化工作层的速度和质量均下降。当设置送粉量小于90g，粉末沉积效率较低，硬化工作层稀薄，当设置送粉量大于110g，粉末融化不均匀，颗粒很难形成冶金结合，硬化工作层结合力较差。另外，制备工作硬化层的厚度也应该适中，硬化工作层厚度小于100μm，工作过程中承受的压应力容易导致硬化工作层竖直崩塌；若制备的硬化工作层厚度大于500μm，在压应力作用下硬化工作层内部容易受到剪切分应力，导致硬化工作层内部横断。因此，合适厚度的工作硬化层是提高压纹辊工作效率和使用寿命的关键。

为了保证喷涂更均匀，以及使硬化工作层的硬度得到进一步提高，wc-10co4cr粉末的粒径为5μm-40μm。

本发明实施例提供的生活用纸压纹辊的制备方法，操作简单，能制得表面硬化工作层均匀、硬化工作层硬度高、耐磨性能及抗冲击性能优异的生活用纸压纹辊；该生活用纸压纹辊可满足现有市场大部分对生活用纸压纹辊在性能方面的要求。而且本发明提供的方法还可以以旧压辊作为底辊，向旧压辊表面喷涂硬化工作层用以对旧压辊进行修复，修复后的旧压辊还可继续循环使用，可实现资源节约。

本发明实施例提供的生活用纸压纹辊或本发明实施例的制备方法制得的生活用纸压纹辊，可应用于生活用纸制造过程，对生活用纸进行压花，该生活用纸压纹辊用于生活用纸压花时，能有效避免压花过程中表面出现应力缺陷的问题。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种生活用纸压纹辊及其制备方法。

生活用纸压纹辊的制备方法，具体步骤如下：

(1)将316l不锈钢厚壁桶通过焊接的方式将与碳钢内芯连接为整体，完成底辊的制备；

(2)将底辊固定在转台上，同时利用胶带和工装对毛坯进行保护，以保护底辊非喷涂区域；

(3)利用喷砂将底辊表面进行粗化处理以使得底辊表面的粗糙度达到50-100μm，然后用丙酮清洗，气体吹干，以保证喷涂前表面干净无污渍；

(4)使用超音速喷涂在压纹底辊表面喷wc-10co4cr粉末，形成表面工作硬化层；超音速喷涂的条件为：氮气流量53l/min，丙烯压力83psi，空气压力77psi，氢气压力90psi，喷涂距离110mm，送粉量95g。

(5)硬化工作层与辊坯的结合强度大于1mpa；硬化工作层的厚度为200μm。

得到本实施例提供的生活用纸压纹辊。

图2为本实施例制得的生活用纸压纹辊表面硬化工作层截面图。从图1中可看出超音速喷涂耐磨wc-10co4cr硬化工作层表面比较均匀，表面粉末熔化充分，熔融态颗粒撞击基体后铺展程度较好。

实验例2

本实施例提供了一种生活用纸压纹辊及其制备方法。

生活用纸压纹辊的制备方法，具体步骤如下：

(1)将316l不锈钢厚壁桶通过焊接的方式将与碳钢内芯连接为整体，完成底辊的制备；

(2)将底辊固定在转台上，同时利用胶带和工装对毛坯进行保护，以保护底辊非喷涂区域；

(3)利用喷砂将底辊表面进行粗化处理以使得底辊表面的粗糙度达到50-100μm，然后用丙酮清洗，气体吹干，以保证喷涂前表面干净无污渍；

(4)使用超音速喷涂在压纹底辊表面喷wc-10co4cr粉末，形成表面工作硬化层；超音速喷涂的条件为：氮气流量50l/min，丙烯压力80psi，空气压力80psi，氢气压力100psi，喷涂距离100mm，送粉量110g。

(5)硬化工作层与辊坯的结合强度大于1mpa；硬化工作层的厚度为500μm。

得到本实施例提供的生活用纸压纹辊。

实施例3

本实施例提供了一种生活用纸压纹辊及其制备方法。

生活用纸压纹辊的制备方法，具体步骤如下：

(1)将316l不锈钢厚壁桶通过焊接的方式将与碳钢内芯连接为整体，完成底辊的制备；

(2)将底辊固定在转台上，同时利用胶带和工装对毛坯进行保护，以保护底辊非喷涂区域；

(3)利用喷砂将底辊表面进行粗化处理以使得底辊表面的粗糙度达到50-100μm，然后用丙酮清洗，气体吹干，以保证喷涂前表面干净无污渍；

(4)使用超音速喷涂在压纹底辊表面喷wc-10co4cr粉末，形成表面工作硬化层；超音速喷涂的条件为：氮气流量47l/min，丙烯压力77psi，空气压力83psi，氢气压力110psi，喷涂距离90mm，送粉量90g。

(5)硬化工作层与辊坯的结合强度大于1mpa；硬化工作层的厚度为100μm。

得到本实施例提供的生活用纸压纹辊。

实验例4

本实施例提供了一种生活用纸压纹辊及其制备方法。

生活用纸压纹辊的制备方法，具体步骤如下：

(1)将316l不锈钢厚壁桶通过焊接的方式将与碳钢内芯连接为整体，完成底辊的制备；

(2)将底辊固定在转台上，同时利用胶带和工装对毛坯进行保护，以保护底辊非喷涂区域；

(3)利用喷砂将底辊表面进行粗化处理以使得底辊表面的粗糙度达到50-100μm，然后用丙酮清洗，气体吹干，以保证喷涂前表面干净无污渍；

(4)使用超音速喷涂在压纹底辊表面喷wc-10co4cr粉末，形成表面工作硬化层；超音速喷涂的条件为：氮气流量50l/min，丙烯压力80psi，空气压力80psi，氢气压力100psi，喷涂距离100mm，送粉量100g。

(5)硬化工作层与辊坯的结合强度大于1mpa；硬化工作层的厚度为300μm。

得到本实施例提供的生活用纸压纹辊。

实验例5

本实施例提供了一种生活用纸压纹辊及其制备方法。

生活用纸压纹辊的制备方法，具体步骤如下：

(1)将316l不锈钢厚壁桶通过焊接的方式将与碳钢内芯连接为整体，完成底辊的制备；

(2)将底辊固定在转台上，同时利用胶带和工装对毛坯进行保护，以保护底辊非喷涂区域；

(3)利用喷砂将底辊表面进行粗化处理以使得底辊表面的粗糙度达到50-100μm，然后用丙酮清洗，气体吹干，以保证喷涂前表面干净无污渍；

(4)使用超音速喷涂在压纹底辊表面喷wc-10co4cr粉末，形成表面工作硬化层；超音速喷涂的条件为：氮气流量50l/min，丙烯压力80psi，空气压力80psi，氢气压力100psi，喷涂距离100mm，送粉量105g。

(5)硬化工作层与辊坯的结合强度大于1mpa；硬化工作层的厚度为400μm。

得到本实施例提供的生活用纸压纹辊。

对比例1

本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：喷涂得到的硬化工作层的厚度为10μm。

对比例2

本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：喷涂得到的硬化工作层的厚度为1000μm。

对比例3

本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：喷涂的所选材料为wc-12co。

对比例4

本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：氮气流量30l/min，空气压力为50psi，送粉量为150g。

实验例1

分别对实验例和对比例制备的压纹底辊表面不同厚度硬化工作层进行显微硬度测试，加载力为300g，加载时间15s。测试结果如表1所示。

表1不同工作层显微硬度性能测试

从表1能够看出，各组硬化工作层的厚度均在1000-1800hv300g范围，由此能够说明不同厚度的硬化工作层的硬度均较佳，但明显地，本发明提供的各实施例的硬度更高，明显优于对比例1和对比例2，由此能够说明当硬化工作层在本发明要求的范围内时，能一定程度上提高硬化工作层的硬度。

实验例2

对实施例1和对比例1-4制得的生活用纸压纹辊进行杯突试验测试，加载力为20000n，行程为15mm。图3至图9分别为实施例1、实施例2、

实施例3、对比例1至对比例4的生活用纸压纹辊表面硬化层试验后的形貌图，图中黑色箭头所指为硬化工作层脱落部分，并将脱落面积记录至表2中。

表2脱落面积占视野百分比

从表2以及附图3-9能够看出，实验后本发明实施例提供的涂层不脱落或者脱落量极少，而各对比例脱落量大，将对比例1和对比例2与各实施例对比能看出，当涂覆厚度在本发明要求的范围内(100-500μm)时，硬化工作层的抗冲击性好。将对比例3与实施例1对比能够看出，喷涂所选材料为wc-10co4cr时得到的涂层的性能优于wc-12co。将对比例4与实施例1对比能够看出，当涂覆方法操作参数在本发明要求的范围内时，能制得性能更好的硬化工作层。综上，能够说明本发明提供的生活用纸压纹辊的抗冲击性能强。

综上所述，本发明提供的生活用纸压纹辊，由于选用wc-10co4cr材质制成硬化工作层，并设置合理的硬化工作层厚度，能保证生活用纸压纹辊表面硬度高、耐磨性能好、抗冲击性能优异，能有效避免压花过程中表面出现应力缺陷等问题，因而本发明提供的生活用纸压纹辊的使用寿命长。因此，将生活用纸压纹辊用于制造生活用纸时可降低成本要求，解决生活用纸产品质量参差不齐，生产不连续，效率低下的问题，降低生活造纸关键设备优化的成本，增强企业的竞争力。

本发明提供的生活用纸压纹辊的制备方法，操作简单，能制得表面硬化工作层均匀、硬化工作层硬度高、耐磨性能及抗冲击性能优异的生活用纸压纹辊；该生活用纸压纹辊可满足现有市场大部分对生活用纸压纹辊在性能方面的要求。而且本发明提供的方法还可以以旧压辊作为底辊，向旧压辊表面喷涂硬化工作层用以对旧压辊进行修复，修复后的旧压辊还可继续循环使用，可实现资源节约。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。