專利名稱：用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件及包覆用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件(static dewatering element)，所述脫水構(gòu)件包括由粉末顆粒制成的熱噴涂層(thermally sprayed coating)。本發(fā)明還涉及一種設(shè)計用于幅材成形機的脫水構(gòu)件的包覆方法。
背景技術(shù)：
幅材成形機的脫水構(gòu)件通常由固態(tài)陶瓷材料制作。然而，制造固態(tài)陶瓷 脫水構(gòu)件十分昂貴。因此，可通過包覆合適的金屬以較低的成本制造脫水構(gòu) 件。專利文獻FI 96437提出了一種主要由鋁型材構(gòu)成的脫水構(gòu)件。鋁型材例 如由通過等離子體電解氧化或噴射爆炸包覆形成的氧化層包覆。然而，根據(jù) 此專利的方法以及其他已知的方法僅能用于形成孔隙率大于1%的涂層。這 種高孔隙率會在框架層(frame layer)和涂層的邊界處產(chǎn)生點蝕的風(fēng)險，這 會導(dǎo)致在使用期間涂層的脫落。此外，附著至多孔材料的填充顆粒會因此毀 壞與脫水構(gòu)件接觸的織物。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的脫水構(gòu)件的表面粗糙度典型地在 0.4-0.8pm的范圍內(nèi)?，F(xiàn)有涂層過高的表面粗糙度會加快織物的磨損。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種新的用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件，其 相對于公知的包覆的脫水構(gòu)件，具有較低的表面粗糙度和孔隙率。根據(jù)本發(fā) 明的脫水構(gòu)件的特有特征由所附權(quán)利要求1揭示。本發(fā)明的另一個目的在于， 提供一種新的用于包覆位于幅材成形機內(nèi)的靜態(tài)脫水構(gòu)件的方法，使得脫水 構(gòu)件的粗糙度和孔隙率低于公知的包覆的脫水構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的方法的特 有特征由所附權(quán)利要求12揭示。對于根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件的涂層，使用 的一次顆粒的平均粒度分布小于0.5pm。
靜態(tài)脫水構(gòu)件通常用于幅材成形機的成形部中。此外，靜態(tài)脫水構(gòu)件還用于壓搾部中。在脫水構(gòu)件中，可以在框架層的頂部上使用熱噴涂層，這樣 可以使用多種材料用作框架層。脫水構(gòu)件的特征能通過包覆脫水構(gòu)件的框架 層而發(fā)生改變。例如，框架層可以由陶瓷材料或金屬制成。金屬可以例如為 不銹鋼或鋁?？梢酝ㄟ^在框架層的頂部上熱噴粉末顆粒實現(xiàn)包覆?？梢酝ㄟ^ 例如等離子體噴涂方法或高速火焰噴涂方法進行涂層的熱噴。驚人地，如果
使用團聚體作為包含平均尺寸小于0.5pm的一次顆粒的粉末顆粒，相對于現(xiàn)
有技術(shù)方案可以本質(zhì)上改善最終涂層的表面粗糙度。用于包覆的顆?？梢允?br>
氧化物，例如鉻的氧化物；或是碳化物，例如碳化鎢。當包覆根據(jù)本發(fā)明的 脫水構(gòu)件時，除了降低表面粗糙度之外，表面孔隙率驚人地減少了，即有所 改進。與固態(tài)陶瓷相比，表面粗糙度和孔隙率都處于同一程度或更好的程度， 即孔隙率小于1%并且表面粗糙度低于0.3)im。與公知的脫水構(gòu)件相比，在 制造中已經(jīng)使用了根據(jù)本發(fā)明的包覆的脫水構(gòu)件的特性完全處于新的水平。 當將根據(jù)本發(fā)明的包覆的脫水構(gòu)件與固態(tài)陶瓷脫水構(gòu)件相比時，應(yīng)該注意的 是，包覆的脫水構(gòu)件的制造更加經(jīng)濟。
在一個實施例中，由一次顆粒形成的團聚體包含基體材料和共混材料。 在這種情況下，甚至可以實現(xiàn)更好的涂層特性。共混材料的數(shù)目可以是一個 或多個。共混材料可以改進基體材料的特性。例如，共混材料可以改進涂層 的表面光滑度，即降低表面粗糙度，同時保持基體材料的特性，例如耐磨性。 此外，共混材料可以改進表面光滑度。
以下參照示出本發(fā)明的部分實施例的附圖對本發(fā)明進行詳細說明，其
中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件在幅材成形機的成形部中的應(yīng)用； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件；
圖3a為用于根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件的涂層的結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖3b為圖3a的局部放大圖4a為用于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的脫水構(gòu)件的涂層的結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖4b為圖4a的局部放大圖5示出了由一次顆粒形成根據(jù)本發(fā)明涂層的顆粒；圖6示出了用在根據(jù)本發(fā)明的包覆工藝中的一次顆粒的粒度分布；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件的涂層，所述涂層由多個涂布層
(coating layer )組成。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件10的可行的應(yīng)用。在根據(jù)本發(fā)明的 用于靜態(tài)脫水構(gòu)件的包覆方法中，使用包括粉末顆粒的熱噴涂層進行包覆。 根據(jù)本發(fā)明，用于涂層中的這些粉末顆粒是包含一次顆粒的團聚體，該團聚 體所包含的一次顆粒的平均尺寸選擇為小于0.5)im。根據(jù)該方法包覆的脫水 構(gòu)件可以用于幅材成形機的成形部12中的多個位置中。幅材成形機可以例 如是造紙機或紙板機。脫水構(gòu)件10可以是刮刀套14、裝載構(gòu)件16、翼形刮 刀(foil blade) 18、彎曲的多孔蓋件或有槽的蓋件20。脫水構(gòu)件用于將水通 過織物11從幅材去除。織物11與脫水構(gòu)件接觸且對脫水構(gòu)件導(dǎo)致磨蝕性的 磨損。根據(jù)本發(fā)明的具有涂層的脫水構(gòu)件也可以用在多個其他位置，例如用 在壓榨部中，以便脫水構(gòu)件接觸衣料織物和毛毯。這些位置例如是Uhle箱 (Uhle boxes)或轉(zhuǎn)移吸水箱的蓋件。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用 于包覆接觸例如毛毯和織物的多種衣料的脫水構(gòu)件。
圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件10在框架層的頂部具有薄的熱噴 涂布層，所述熱噴涂布層的厚度例如為10-1000pm，有利地為10-500|im?？?架層22可以例如由復(fù)合材料、塑料或金屬制成。有利地，復(fù)合材料為碳或 玻璃纖維復(fù)合材料。另一方面，框架層有利地由金屬制成，金屬可以是例如 不銹鋼或鋁。脫水構(gòu)件10中的孔24，沿縱向畫出的所述孔的中線K相對于 脫水構(gòu)件10的橫向表面的法線N具有超過30°的夾角oc。所述孔的夾角有 利地為35-50° 。隨著所述孔的縱向與脫水構(gòu)件橫向表面的法線之間的夾角a 增加，脫水效果增強。在此應(yīng)用中，主要由于生產(chǎn)技術(shù)的原因，在固態(tài)陶瓷 脫水構(gòu)件中將孔的夾角a制成大于30°十分難以制造和昂貴。對在根據(jù)本發(fā) 明的脫水構(gòu)件中的框架層的材料進行選擇使得可以通過例如使得孔的夾角 為45°的多種加工方法對脫水構(gòu)件進行處理。與孔的夾角為30°的情況相 比，當孔的夾角例如為45。時，相對于脫水構(gòu)件的效率更高。
圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件設(shè)置有涂層26。在圖2中示出的涂層26比其實際的厚度厚得多。根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件涂層的外表面的粗糙
度小于0.3pm。由于涂層的外表面的表面粗糙度的降低，在該外表面與織物 間的摩擦力減小。因此，可以實現(xiàn)一種應(yīng)用，其中，織物與涂層的磨損小于 以前的情況或明顯慢于以前的情況。令人驚奇的是己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于碳化鎢的 涂層的表面粗糙度甚至可以實現(xiàn)為O.lpm的程度。
根據(jù)本發(fā)明的用于包覆脫水構(gòu)件的方法可以用于制作表面孔隙率小于 1%的脫水構(gòu)件。當孔隙率小于1%時，可以實現(xiàn)極致密的涂層。此外，相對 于現(xiàn)有技術(shù)，這種致密的涂層可以實現(xiàn)更好的脫水構(gòu)件的耐腐蝕性。此外， 用于紙張中的填充顆粒不會附著至表面。這可以防止填充顆粒在脫水構(gòu)件表 面上的粗糙化效果，所述粗糙化效果會增加織物磨損。特別對于公知的氧化 物陶瓷，例如&203、 Ti02、 A1203、 Si02或Zr02，涂層的孔隙率是個問題。
圖2示出的根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件10具有兩個涂布層42，因此涂層26 由兩個涂布層42構(gòu)成。涂布層的數(shù)目也可以大于2。例如可以使用多個層以 將涂層附著至脫水構(gòu)件的框架層或?qū)⒍鄠€層作為涂層的磨損指示器。如果涂 布層沒有附著至待包覆的框架層，可以使用粘附層。當用作磨損指示器時， 多個涂布層必須具有不同顏色。有利地，對于粘附層可以使用不同于最外層 涂布層的材料，使得該粘附層同時用作指示器。如圖所示，通過此種具有兩 個涂布層的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)比使用多于兩層的更多層時更簡單的包覆工藝。
圖2中示出的脫水構(gòu)件10的孔24己經(jīng)由具有低表面能的表面處理劑處 理過。因此濕的(water)和含水的(water-bonded)纖維、紙漿和填充物不 擴散或附著至孔的表面，而是更易于連同水一起由孔流過。因此，相對于沒 有進行降低表面能的表面處理的情況，表面更易于保持潔凈。為了降低孔的 表面能，使用混合涂層作為該涂層。
在圖2中，涂層僅在脫水構(gòu)件的表面上，所述表面與處于脫水構(gòu)件的應(yīng) 用位置中的織物接觸。涂層還可以處于整個脫水構(gòu)件周圍。換句話說，涂層 可以恰好形成在脫水構(gòu)件所需部分處。
當將圖3a中示出的位于框架層22的頂部的根據(jù)本發(fā)明的涂層26與圖 4a中示出的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的涂層30比較時，可以發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的涂層26 顯著地更光滑。圖3b和圖4b為圖3a和圖4a的放大圖。放大圖充分示出了 圖3b中的涂層明顯比圖4b中的涂層更光滑。在圖3a示出的和圖3b放大地示出的根據(jù)本發(fā)明的涂層中的相不連續(xù)性(phase discontinuities)小于0.5pm。 當解釋附圖時，應(yīng)該考慮的是，它們并不是實際表面的截面圖，而是表示現(xiàn) 有技術(shù)涂層與根據(jù)本發(fā)明涂層之間理論上不同之處。無論如何，圖4a的涂 層明顯比圖3a的涂層更加多孔。
在用于如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的包覆工藝中的粉末32中，粉末顆粒 34由多個一次顆粒36構(gòu)成。換句話說， 一次顆粒36形成團聚體，所述團聚 體用作實際的粉末顆粒34，即涂層顆粒。粉末顆粒的尺寸范圍可以十分廣泛 地變化。包含在粉末中的最大的粉末顆粒可以是5(Vm，而最小的粉末顆粒 可以為2pm。這些顆粒由平均尺寸小于0.5pim的一次顆粒組成。驚人地，當 期望獲得比現(xiàn)有技術(shù)更光滑且更致密的涂層時， 一次顆粒的尺寸是決定性 的。由于一次顆粒的尺寸從0.5)im降低，涂層的特性保持示出的水平或者其 可以甚至較前者提高。因此，關(guān)鍵的是，當平均顆粒尺寸為0.5pm或更小時， 與固態(tài)陶瓷材料相比可以得到相同或更優(yōu)的表面特性，并且特別是得到比先 前包覆的脫水構(gòu)件的表面特性更優(yōu)的水平。
如圖5所示，粉末顆粒34，即團聚體可以包括基體材料38和共混材料 40。涂層顆?？梢杂梢环N或多種材料構(gòu)成。有利地，涂層顆粒34包括基體 材料38和共混材料40，由此可以實現(xiàn)甚至更優(yōu)的涂層特性。作為共混材料， 相同的材料可以用作基本原料。共混材料的數(shù)目可以是一個或多個。涂層可 以完全由例如氧化物陶瓷(比如0203、 Ti02、 A1203、 Si02或Zr02)的基體 材料制成。涂層還可以是氧化物陶瓷的混合物。因此，共混材料可以改進基 體材料的特性。例如，利用共混材料可以降低涂層表面的孔隙率，同時保持 基體材料的特性，例如耐磨性。此外，共混材料可以改進涂層的表面光滑度。 當應(yīng)用基于碳化物的包覆材料時，使用共混材料是特別有利的。當基體 材料是碳化鎢時，可以通過添加共混材料降低表面粗糙度，所述共混材料可 以例如是金屬鈷、鉻、鎳、硼或硅。驚人地，當使用該混合物時，甚至可以 獲得比固態(tài)陶瓷更低的表面粗糙度。因為所述脫水構(gòu)件比固態(tài)陶瓷脫水構(gòu)件 的制作更經(jīng)濟，本申請?zhí)峁┑氖鞘中滦偷拿撍畼?gòu)件以用在幅材成形機中。 此外，該脫水構(gòu)件的表面粗糙度低于固態(tài)陶瓷脫水構(gòu)件的表面粗糙度。
用于包覆脫水構(gòu)件中的粉末顆?？梢园?5-95%的、優(yōu)選為80-90%的 基體材料。當基體材料的量是75-95%，優(yōu)選為80-90%時，可以實現(xiàn)一種應(yīng)用，在該應(yīng)用中，保留了基體材料的有利特性，例如耐磨性，但是共混材料 提供了需要的特性，例如涂層的低孔體積或更優(yōu)的光滑度。有利地，共混材
料的數(shù)目為一，并且占涂層的5-25%，優(yōu)選為10-20%。
圖6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的包覆材料中的一次顆粒所具有的粒度分布 的一個實例。該圖的水平軸線表示一次顆粒的直徑(d)，所用單位是pm。 而垂直軸線示出顆粒的各粒度等級所占的體積(V)百分比(％)。因此粒 度分布由體積百分比表示?？梢酝ㄟ^多種方法如期望的控制粒度分布。例如， 粒度分布可以具有高斯曲線的形狀，但是特別地當受控制時，粒度分布不符 合高斯曲線的形狀。在可以朝期望的方向控制顆粒的粒度分布的同時，可以 使這些顆粒始終保持特定的粒度分布。圖6示出了一次顆粒的一種粒度分布， 其中一次顆粒的平均尺寸小于0.5pm。僅少部分顆粒大于lMm。少部分的較 大一次顆粒不會明顯降低性能。因此，即使所述一次顆粒的粒度分布是淺的 (shallow)，其仍然可以實現(xiàn)本發(fā)明的想法。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件的涂層26，所述涂層26由多個涂布 層42組成。換句話說，涂層26由至少兩個涂布層42構(gòu)成。在本實施例中， 涂層26的涂布層42為表面層44、中心層46以及粘結(jié)層48。粘結(jié)層48用 于將涂層26附著至框架層22，即基體材料。使用納米碳化物和氧化物陶瓷 時可以使用本方案。分層結(jié)構(gòu)使得在相同的涂層中可以實現(xiàn)多個技術(shù)優(yōu)點。
在一個優(yōu)選實施例中，表面層相對較硬。換句話說，表面層的硬度為， 其使得易于拋光并且在機器中具有合適的光滑度。盡管如此，表面層是耐磨 的。因此，表面層可以描述為相對較硬。因此，表面層在拋光期間和早期使 用階段中用作合適的表面。表面層可以很快地適應(yīng)于該工藝。此外，相對較 硬的表面層比硬的中心層更加易于并更快地拋光。表面層可以例如由具有合 適特性的陶瓷材料制成。相比之下，中心層極硬并且耐磨。根據(jù)本發(fā)明，中 心層用作耐磨層。粘結(jié)層的硬度介于表面層與中心層的硬度之間。因此，可 以描述成粘結(jié)層是硬的。比粘結(jié)層的硬度更重要的是，粘結(jié)層能很好地粘 結(jié)至基體材料和中心層。通過該表面分層結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更好的 脫水構(gòu)件表面質(zhì)量以及進一步地實現(xiàn)更好的織物接觸。此外，由于對例如用 作中心層中的硬質(zhì)材料拋光十分昂貴而且費時，因此該涂層的價格低于現(xiàn)有 技術(shù)。這些至少兩個涂布層有利地具有不同的顏色。例如，具有不同顏色的涂 布層可以是粘結(jié)層，所述粘結(jié)層因此用作指示磨損和/或偏移的指示器。硬的 中心層的顏色也可以不同于表面層的顏色。因此可以很早地得到關(guān)于涂層磨 損的信息，并且視覺上更易于察覺磨損。同時可以察覺任何偏移。例如，表 面層可以是黑色，同時中心層可以具有金屬色。在這種情況下粘結(jié)層可以例 如是紅色。
根據(jù)本發(fā)明的上述脫水構(gòu)件可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法包覆。使用包含 粉末顆粒的熱噴涂層執(zhí)行包覆操作。粉末顆粒為包含一次顆粒的團聚體，所
選一次顆粒的平均尺寸小于0.5pm。
在一個實施例中，由根據(jù)本發(fā)明的方法制成的涂層在包覆后使用密封劑 進行密封。可以通過氧化物陶瓷和碳化物陶瓷進行密封，優(yōu)選通過氧化物陶 瓷進行密封。當密封氧化物陶瓷表面時，表面孔隙率顯著地降低?？梢允褂?有機或無機密封劑進行密封。密封有助于顯著降低表面孔隙率。這明顯降低 了例如點蝕的可能性。隨著點蝕的風(fēng)險的降低，增強了涂層的耐用性。當制 作極致密的表面時，可以實現(xiàn)一種應(yīng)用，其中，在涂層之下的框架層所需的 耐磨性不再如同根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用中一樣高。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，對 于框架層可以使用成本較低的材料。此外，密封有助于降低表面粗糙度。
在密封后拋光涂層。密封劑和拋光改進了通過包覆實現(xiàn)的表面質(zhì)量，即 降低了表面粗糙度和孔隙率。這明顯減少了織物磨損。當使用基于氧化物的 涂層時，密封和拋光是特別重要的。
根據(jù)本發(fā)明的脫水構(gòu)件可以在使用后重新利用。涂層易于從用過的脫水 構(gòu)件移除，此后可以再次包覆脫水構(gòu)件。通過重新包覆，可以明顯節(jié)省成本 并且減少環(huán)境負擔(dān)。
權(quán)利要求
1. 一種用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件，所述脫水構(gòu)件(10)具有熱噴涂層(26)，所述熱噴涂層由粉末顆粒(34)制成，其特征在于，所述粉末顆粒(34)為團聚體，所述團聚體由一次顆粒(36)構(gòu)成并且所述一次顆粒(36)的平均尺寸小于0.5μm。
2. 如權(quán)利要求1所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，由所述一次顆粒(36) 形成的所述團聚體包括基體材料(38)和共混材料(40)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述涂層(26) 的表面孔隙率小于1%。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述涂 層(26)的表面粗糙度小于0.3pm。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述基 體材料(38)占所述涂層的75-95%, 有利地為80-90%。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述共 混材料(40)占所述涂層的5-25%，有利地為10-20%。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述脫 水構(gòu)件(10)適用于與衣料織物或毛毯接觸。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述脫 水構(gòu)件(10)是多孔的，并且孔(24)相對于所述脫水構(gòu)件(10)的橫向表 面的法線具有超過30。的夾角(a)。
9. 如權(quán)利要求8所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述孔(24)由降低 表面能的試劑進行處理。
10. 如權(quán)利要求1至9所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述涂層(26) 由至少兩個涂布層(42)構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求IO所述的脫水構(gòu)件，其特征在于，所述涂布層(42) 的顏色是不同的。
12. —種包覆用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件的方法，通過熱噴涂層 (26)，利用涂層(26)中的粉末顆粒(34)進行所述包覆，其特征在于，所述涂層(26)中使用的所述粉末顆粒(34)為團聚體，所述團聚體包含一次顆粒(36)，所述一次顆粒(36)的平均尺寸選擇為小于0.5pm。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在包覆后利用密封劑密 封所述涂層(26)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在密封后拋光所述涂層 (26)。
15. 如權(quán)利要求10至14中任一項所述的方法，其特征在于，所述脫水 構(gòu)件(10)在使用后回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件，所述脫水構(gòu)件(10)具有由粉末顆粒(34)制成的熱噴涂層(26)。粉末顆粒(34)為由一次顆粒(36)構(gòu)成的團聚體。一次顆粒(36)的平均尺寸小于0.5μm。本發(fā)明還涉及一種用于包覆設(shè)計用于幅材成形機的靜態(tài)脫水構(gòu)件的方法。
文檔編號D21F1/48GK101454504SQ200780018077
公開日2009年6月10日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者安蒂·阿赫曼尼米, 韋利-佩卡·塔爾基艾寧 申請人:美卓造紙機械公司