具有擴大抵抗能力的纖維和薄板設備磨損表面及其加工方法
2023-10-17 01:55:19
專利名稱：具有擴大抵抗能力的纖維和薄板設備磨損表面及其加工方法
相關申請的交叉引用本申請要求了2003年2月14日提交的臨時申請60/445,614的優先權。
背景技術：
本發明涉及處理/加工連續的纖維及薄板材料的纖維及薄板工藝設備，所述的纖維及薄板可以用第二固相來填充。這樣的纖維及薄板的行為使工藝磨損表面出現加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕，本發明針對這些情況提供改進的抵抗能力。
多種工藝設備具有遭受加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕的磨損表面，例如包括一卷或一團紙、織物、塑料、玻璃或類似纖維。這樣的纖維和薄板撞擊在工藝設備磨損表面上，並且導致加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。
儘管將磨損硬化層(wear-hardening layer)(例如襯)附加或施加到工藝設備磨損表面，或者用更堅固的材料來加工磨損表面，在某種程度上解決了加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕問題，但是，技術人員很容易意識到對於種類繁多的工藝設備的各種應用而言，所需要的比這些多得多。
迄今為止，已提出各種硬性的表面覆層。美國專利No.5,891,523提出在進行具有金剛石的無電鍍Ni蓋覆(coating)之前對金屬梳輥進行預熱處理，以及4,358,923提出金屬合金和顆粒的無電鍍覆層，所述顆粒包含多晶金剛石。用Ni-P和Ni-P-SiC的無電鍍覆層進行表面蓋覆已使成型模具(molding die)的表面堅硬(《硬性覆層手冊(HandbookofHardcoatings)》，Bunshah，R.F.編輯，Noyes出版，2001)。同樣已提出在無電鍍Ni-P覆層內共沉積(co-deposit)其他固體顆粒，包括SiC、B4C、Al2O3、金剛石、PTFE、MoS2以及石墨(Apachitei等人，「無電鍍Ni-P複合物覆層熱處理對襯底和覆層微硬度的影響(Electroless Ni-P Composite CoatingsThe Effect of Heat Treatment on TheMicrohardness of Substrate and Coating)」，《原材料(Scripts Materials)》，Vol.38，No.9，pp.1347-1353，Elsevier Science，Ltd.1958)。在下述文獻中，對另外的Ni-P磨損覆層進行了討論，所述文獻為Bozzini等人，「無電鍍Ni-P(9％)/B4C膜的結晶結構、機械性能以及摩擦學行為之間的關係(Relationships among crystallographic structure，mechanicalproperties and tribiological behavior of electroless Ni-P(9％)/B4C films)」，《磨損(Wear)》，225-229(1999)806-813；Wang等人，「鋁活塞裙覆層相對於鋁氣缸筒的劃傷與磨損行為(Scuffing and wear behavior of aluminum piston skirt coatings against aluminum cylinderbore)」，《磨損(Wear)》，225-229(1999)1100-1108；Hamid等人，「用於6061鋁合金抗磨損的無電鍍鎳-磷複合物沉積的進展(Development of electrolessnickel-phosphorous composite deposits for wear resistance of 6061 aluminum alloy)」，《材料通訊(Material Letters)》，57(2002)720-726；Palumbo等人，「用於表面硬性蓋覆應用的電沉積納米晶體覆層(Electrodeposited Nanocrystalline Coatings for Hard-FacingApplication)」，《AESF SUR/FIN學報(AESF SUR/FINProceedings)》，686，2002學報；Mallory等人，「複合物無電鍍(Composite Electroless Plating)」，第11章，《無電鍍鍍覆基本原理和應用(Electroless PlatingFundamentals and Applications)》，美國電鍍工和表面精整工協會(1990)(American Electroplaters and Surface Finishers Society(1990))；以及Feldstein等人，「用於齒輪工業的複合物無電鍍鎳覆層」(CompositeElectroless Nickel Coatings for the Gear Industry)，《齒輪技術，齒輪加工雜誌(GearTechnology，The Journal of Gear Manufacturing)》，1997。在《塑料和加工中的磨損(Wearin plastics and processing)》，第2章，「金屬和抗磨損表面硬性蓋覆(Metals and Wear ResistantHardfacings)」，171(1990)中給出關於無電鍍鎳鍍覆原理的一般敘述。
發明簡述本發明的一方面是一種加工工藝設備的方法，所述設備具有磨損表面，該磨損表面對與所述工藝設備處理已填充的材料(filled material)相關聯的磨蝕、侵蝕或腐蝕中的一個或多個具有擴大的抵抗能力。這種擴大的抵抗能力是通過形成帶有金屬基體複合物的工藝設備磨損表面來獲得的，所述金屬基體複合物填充有磨料顆粒。本發明的另一個方面是具有磨損表面的工藝設備，該磨損表面對與所述工藝設備加工的已填充的材料相關聯的磨蝕、侵蝕或腐蝕中的一個或多個具有擴大的抵抗能力，其中所述設備磨損表面帶有填充有磨料顆粒的金屬基體複合物。
以下將描述多種工藝設備，其設備磨損表面對與所述工藝設備加工的已填充的材料相關聯的磨蝕、侵蝕或腐蝕展現出擴大的抵抗能力。本發明將通過用超級磨料複合物(superabrasive composite)鍍覆磨損表面部分來進行舉例。但是，應該理解，其他結合所述已填充的複合物的方法也可以實施，正如熟練技術人員容易意識到的那樣。
為了更全面地理解本發明的性質和優點，應該結合附圖參照下面的詳細描述，其中圖1是常規的玻璃纖維收集梳的平面圖；圖2是常規旋轉橫動系統(rotary traversing system)的一個實施方案，所述系統用於促進玻璃纖維原絲的乾燥及高速退繞；以及圖3以圖形形式呈現了實施例中所記錄的結果，所述結果為多種鋼在相對照的Ni-P覆層和本發明的金屬複合物覆層上的滑動磨損數據。
下面將進一步詳細描述這些附圖。
具體實施例方式
為清楚明白起見，下面定義下列術語(單數包括複數，反之亦然)●「填料」是指這樣的固體或固體類似物顆粒(經常是細微分割的，例如顆粒、碎片、須(whisker)、纖維等)，即在相對於磨損表面運動的情況下，所述固體或固體類似物顆粒還能夠導致加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕，並且包括陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機材料(例如塑料)、有粘結性的材料、纖維素或生物質(即來自曾經活的生物體的材料或分泌物，尤其包括細菌、軟體動物殼、病毒微粒、細胞壁、堅果殼、骨、甘蔗渣、冰晶，等等)中的一種或多種。填料還可以是想要的(加入的、原位形成的，或類似情況)或者可以是不想要的(副產品、汙染物，或類似物)。
●「已填充的(filed)」是指連續的纖維或薄板以不同於該連續的纖維或薄板的相的方式保留填料，所述填料尤其包括顆粒、碎片、須、纖維，等等。
●「可流動的」是指連續的纖維或薄板在空間上相對於工藝設備磨損表面移動，無論是通過磨損表面的運動，材料的運動，還是二者的運動；以及包括通過連續的纖維或薄板的運動，重力產生的運動，正/負壓產生的運動而產生的相對運動，等等；無論這樣的運動是想要的，或者不是想要的。
●「工藝設備」是指處理連續的纖維或薄板(已填充的和非已填充的)的設備，無論是通過簡單運動，還是針對材料進行化學/機械/電氣操作，並且包括該工藝設備的部件，所述部件可以具有想要或不想要的磨損表面。
●「超級磨料顆粒」是指單晶金剛石(天然的和合成的)以及cBN。
●「金屬基體複合物」是指帶有超級磨料顆粒的金屬。
●「磨損表面」是指工藝設備(或者該工藝設備的部件，所述部件具有想要或不想要的磨損表面)的表面，所述表面遭受連續的纖維或薄板(包括在已填充的材料中的填料)行為的磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。
種類繁多的工藝設備處理連續的纖維及薄板，並且具有一個或多個磨損表面，所述磨損表面遭受通過撞擊在磨損表面上的活動行為造成的磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。這樣的磨損表面可以用金屬基體複合物蓋覆，並且，在所述填料運動期間，這樣的磨損表面對接觸這樣的磨損表面的填料的有害行為呈現出擴大的抵抗能力。
超級磨料顆粒超級研磨或超硬材料一般指金剛石、立方氮化硼(cBN)以及其他具有超過約3200kg/mm2維氏硬度的材料，並且常見的為尺寸範圍從約1000微米(相當於約20目)到小於約0.1微米的粉末。可以從自然資源獲得或者使用多種技術生產工業金剛石，所述生產技術例如包括高壓/高溫(HP/HT)、化學氣相沉積(CVD)或者衝擊爆炸方法(shockdetonation method)。cBN僅僅作為人造材料而獲得，並且通常使用HP/HT的方法製得。
超級研磨材料(有時稱作「極硬的磨料」)是高度惰性和抗磨損的。當被使用為成形工具的磨損表面時，這些超級研磨材料呈現出顯著改進的組合抗磨損(磨蝕和侵蝕)和抗腐蝕能力。
在一個實施方案中，可以將可選的研磨材料加到超級研磨材料中。那些研磨材料可以是細固體顆粒，為硼-碳-氮-矽系的合金或化合物一種或多種，例如hBN(六方氮化硼)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。所選擇的研磨材料(超級研磨材料和可選材料，有時都稱作「砂」(grit))的平均尺寸由各種因素確定，例如包括所使用的超級磨料/磨料的類型，工藝設備的類型，所處理的已填充的材料類型等因數。
在本發明的一個實施方案中，組成複合物覆層的超級磨料或磨料顆粒的體積百分比可以在約5體積百分比(vol％)到約80vol％的範圍中。複合物中覆層的剩餘體積包括金屬性的基體和任何添加物，所述基體將所述顆粒結合或者保持在適當的位置。
在本發明的另一個實施方案中，複合物中研磨材料的顆粒尺寸在約0.1直到約6mm(平均顆粒尺寸)的範圍。在又一個實施方案中，顆粒尺寸範圍從約0.1到約50微米。在再一個實施方案中，顆粒尺寸範圍從約0.5到約10微米。
沉積金屬/金剛石(或cBN)覆層在本發明的一個實施方案中，使用磨料的常規電鍍方法在工藝設備的磨損表面上沉積至少一個超級磨料複合物的覆層，所述複合物包括金剛石和/或cBN。通過至少一個金屬覆層將所述超級磨料複合物附加到所述磨損表面，所述金屬覆層是使用本領域已知的金屬電沉積技術而獲得的。
在電鍍方法的一個實施方案中，在工藝設備磨損表面上沉積金屬直到獲得所希望的厚度。該金屬覆層具有在約0.5到約1000微米範圍的組合厚度，並且在一個實施方案中為超級磨料複合物中一個磨料顆粒高度(即直徑或厚度)的約10％到約30％。
要作為電鍍複合物的用於電極或相對的電極的金屬材料選自以下成形材料(shapedmaterial)之中的一種或多種鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金，或者任何過渡金屬及它們的合金。在一個實施方案中，包含在複合物電鍍液中的金屬離子為鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢之中的一種或多種的離子。所述金屬離子形成單個金屬或合金的金屬基體，或者形成例如金屬氧化物、磷化物、硼化物、矽化物或金屬的其他化合形式的金屬基體。例如，當選Ni為金屬基體時，Ni可以為鎳-磷(Ni-P)的形式，其P的含量在一個實施方案中小於約5％(重量)，而在另一個實施方案中小於約3wt％。
為了在已鍍覆的金屬上沉積，將本發明的超級磨料顆粒(即金剛石或立方氮化硼)和可選研磨材料放入電鍍浴(plating bath)中。電鍍浴混合物中超級磨料顆粒的量可以在約5％到約30％(體積)的範圍。
在本發明的另一個實施方案中，使用無電鍍金屬鍍覆方法將超級磨料覆層置於工藝設備的磨損表面之上。這種方法比電鍍方法慢；但是，它允許本發明的超級磨料覆層的鍍覆可以在具有複雜表面(例如，深的孔和通路)的工藝設備磨損表面上進行。無電鍍(自催化)蓋覆(coating)方法一般在本領域是已知的，並且尤其如美國專利No.5,145,517所公開的那樣，該蓋覆方法的公開特意在此引入作為參考。
在無電鍍金屬加工的一個實施方案中，工藝設備的磨損表面與穩定的無電鍍金屬化浴(metallizing bath)接觸或者浸沒在其中，所述金屬化鍍液包括金屬鹽、無電鍍還原劑、配位劑、非離子化合物的無電鍍鍍覆穩定劑，連同陰離子、陽離子或兩性化合物之中的一個或多個，以及一定數量的超級磨料顆粒(它們在金屬化浴中本質上是不溶解或少量溶解的)，並且可選擇地包括顆粒物質穩定劑(particulate matter stabilizer)(PMS)。
在工藝設備磨損表面的金屬化期間，超級磨料或砂在金屬化浴中以懸浮狀態保持足夠的時間，以便用散開在其中的超級研磨材料生成所希望厚度的金屬性覆層。
在金屬化浴的一個實施例中，除金剛石或cBN之外，可以將種類繁多的不同物質加到浴中，例如陶瓷、玻璃、滑石、塑料、石墨、各種金屬的氧化物、矽化物、碳酸鹽、碳化物、硫化物、磷酸鹽、硼化物、矽酸鹽、氨基苯胂酸鹽(oxylates)、氮化物、氟化物，以及例如硼、鉭、不鏽鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦和鎢之中的一種或多種金屬或者合金。在沉積過程期間，顆粒物連同超級研磨材料一起懸浮在無電鍍鍍覆浴中，並且所述顆粒被共同沉積在成形工具表面上的金屬性或合金基體中。
在本發明的一個實施方案中，在鍍覆處理之前，要被金屬化/蓋覆的工藝設備磨損表面在實際沉積步驟之前須經受一般的預處理(例如，清潔、擊打(strike)等)。在另一個實施方案中，除實際鍍覆(沉積)之外，在成形工具磨損表面(襯底)金屬化之後還有另外的熱處理步驟。這種在約400℃以下的熱處理提供幾個優點，例如包括改進的金屬覆層對襯底的附著力，更好的基體與顆粒的結合(cohesion)，以及基體的澱積硬化(precipitationhardening)。
在本發明的又一個實施方案中，並且根據工藝設備的最終使用，在成形工具表面蓋覆超級磨料的無電鍍或電鍍處理完成以後，可以在金屬覆層及超級磨料複合物上施加有機膠料(size)覆層。有機膠料覆層的實施例包括以下材料中的一種或多種酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環氧樹脂、丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂或者它們的組合；並且可以被乾燥、熱固化或者通過暴露在輻射(例如，紫外光)下而固化。
連續的纖維處理例如，玻璃纖維是在例如每分鐘約2-5公裡下生產的。在這個速度下將單根的纖維聚集成繩、施加膠料以及卷繞導致在固定的纖維及繩定位系統上相當大的磨損，如果對此不進行修正的話，會使得纖維品質下降。頻繁到一天多次將石墨、酚醛複合物(phenoliccomposite)、拋光的金屬以及陶瓷組件進行重新拋光或者更換，消耗人工、生產時間，並且浪費纖維。導向件以及其他組件在隨後的斬切、粗紡(roving)和絲生產步驟中也在使用中磨損。這個磨損的總成本對於大的連續纖維工廠接近一百萬美元。
連續的玻璃纖維繩(glass strand)通過下列步驟生成從多個套管拉出熔融的玻璃，拉細所述玻璃流(glass stream)以將其拉成細纖維，將纖維淬火成無定形的固體，施加保護性的膠料，將單根的纖維聚集成復絲(multifilament)繩，以及最後，為了隨後的乾燥及加工，用橫動系統鋪設所述繩使其均勻地橫過旋轉捲筒(spool)。受到驅動的捲筒提供拉縴維以及克服上膠和導向系統中的摩擦力所必需的力。在上膠和導向系統中的磨損及汙染會損壞用來保護纖維表面的膠料，潛在地使纖維強度下降，並且在極端情形下中斷生產。為了防止這種情形，在損害可能發生之前，不斷地清潔、拋光以及更換導向組件。這種受約束的更換使得生產在每8小時輪班中至少中斷一次，使得產量降低，並且自然而然地生成廢料。
這種磨損額非限制性實施例包括以下膠料施加一旦纖維已經淬火成無定形的固體，通過拉單根的纖維越過用膠料化合物浸透的固定表面、輥或者連續的帶(belt)來施加膠料。斷的纖維以及幹的膠料導致施加器(applicator)的磨損。施加器上的磨損槽造成膠料施加不均勻。
收集梳一旦膠料被轉移來保護單根的纖維，通過輥導向件，或者最通常地，通過靜止的梳將它們收集成復絲繩。梳由酚醛複合物或者石墨製成，並且在工作中磨損得很快。典型的幾何結構在圖1中示出。纖維被聚集在梳36的「齒」22-34之間的圓形孔10-20中。孔10-20在工作中磨損，而梳(即梳36)必須被重加工成有規則的、平滑的幾何結構。
梳必須對於玻璃和膠料在化學上是惰性的，易於清潔或者不會被膠料溶液弄溼，必須足夠結實以經受得住處理，具有足夠高的導熱性以耗逸摩擦熱，必須是導電性的以耗散靜電荷，以及易於重新機加工。需要低的滑動摩擦係數以將作用在繩上的系統力減到最小。石墨和酚醛複合物兩者都沒有呈現出最佳的解決方案。
纖維卷繞為了隨後的操作，玻璃纖維繩必須被均勻地鋪設在捲筒上，以促進乾燥以及高速退繞。橫動導向件將繩以微小的角度放置於捲筒體上。通常使用兩種旋轉的橫動系統。在第一種中，使用柔軟的黃銅線在中央軸(central shaft)周圍形成兩個相對的、螺旋狀的導向件。軸的旋轉驅動繩橫向地來回橫過旋轉的捲筒。黃銅合金線必須保持高度拋光狀態以防止纖維損壞。第二種設計在圖2中示出，並且包括捲筒40的圓柱形磨損表面38，捲筒40被安裝在旋轉的杆44上，所述繩42支撐在該捲筒上。旋轉導致繩相對捲筒40的軸的軸線橫向平移。表面38通常用有紋理細密的陶瓷蓋覆以抵抗磨損。這個覆層必須擁有與黃銅線組合件同樣的特性。
這些捲筒設計中沒有一個提供長的工作壽命，並且捲筒連同梳一起被定期更換。
於是，在本發明的這個實施方案中，尤其用填充有磨料顆粒的金屬基體複合物覆蓋玻璃纖維工藝設備的磨損表面。與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)以相同的方式被使用，所述相同的方式如在針對成形設備所進行的更詳細的描述。
用類似以上所討論的連續玻璃纖維設備的設備可以加工或處理其他合成纖維及無機纖維，並且它們在本發明的技術方案的範圍內。
此外，從這樣的無機及合成纖維製成的薄板由同樣具有磨損表面的設備來加工，所述的磨損表面遭受由薄板與磨損表面的相對運動導致的磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。這樣的磨損表面可以是具有非計劃中的磨損表面的工藝設備部件，並且經常是僅僅將織物或薄板從一個位置運送到另一個位置的部件。
儘管本發明已參照優選實施方案來描述，那些本領域的熟練技術人員會理解，在沒有離開本發明範圍的情況下可以進行各種變化，並且可以用等同物取代其中的元素。另外，可以進行許多修改以使得特定情況或材料適合本發明的教導，而沒有離開其實質範圍。因此，本發明應該被視為沒有局限到作為執行本發明預期的最佳方式而公開的特定實施方案，而是本發明將包括落入所附的權利要求書範圍內的所有實施方案。以下實施例顯示本發明是怎樣被實施的，但是不應該將它們解釋為限制性的。在這個申請中，所有單位都是公制系統的，以及所有數量和百分比都是以重量計，除非另作特意指示。同樣，所有在此提到的引用都是特意在此引入作為參考。
實施例滑動磨損測試是對相對運動中兩個互相作用的固體表面的摩擦和磨損行為的研究。使用這個測試可以研究在不同接觸條件下的不同材料對。使用的儀器是來自CSM InstrumentsSA的高溫摩擦計。該摩擦計的耐熱能力是800℃，並且具有「銷在盤上」(pin-on-disc)的結構。該測試被選擇來證明由本發明的工藝設備磨損表面所提供的對於固體(例如連續的合成和無機纖維以及薄板(sheet))的有利的磨損保護，所述固體是橫過這樣的磨損表面運動的。
所述儀器具有樣品夾持器(sample holder)，其中高度為5-10mm，直徑為55mm的盤可以安裝並用螺絲擰緊到該儀器上。另一個接觸材料(即，相對物，例如連續的纖維)可以為銷(pin)(圓柱體，直徑6mm，高10mm)或者球(直徑6mm)。盤可以以0-500rpm的速度旋轉，而銷靜止不動。銷夾持器在底部緊緊地握住靠著盤的銷。以1-10N的負載對銷加載。盤上的軌跡半徑可以在約10-20mm之間的任何位置。對於某個材料組合，摩擦係數相對於時間和滑動距離的跡線可以通過計算機接口獲得。盤和銷的磨耗量(wearloss)通過測量測試前後的重量獲得。樣品在進行重量測量之前在丙酮中進行超聲波清洗。
以下蓋覆程序被使用來蓋覆盤1.為鎳鍍覆活化金屬表面的預處理步驟(a)如在美國金屬協會，1982，《金屬手冊》，第九版，「清潔方法的選擇」，第3-32頁中所進行的一般性的描述那樣。
2.鍍覆加工(b)如在美國金屬協會，1982，《金屬手冊》，第九版，「無電鍍鎳」。第219-223頁中所進行的一般性的描述那樣；或者如Sheela等人在《金屬精整》，2002，「分散金剛石的無電鍍鎳覆層」中描述的那樣。鎳浴(nickel bath)一般包括(i)6％(體積)包含26g/L鎳的硫酸鎳溶液。
(ii)15％(體積)包含24g/L連二磷酸鹽的連二磷酸鈉溶液。
(iii)74％(體積)去離子水。
(注意所述浴的Ni濃度在整個操作中保持在約5.4-6.3g/L)(c)加熱鎳浴至約190°F(87°-88℃)。
(d)每升5克的1-3微米的單晶金剛石粉末，並且粉末預分散在5％(體積)的去離子水中(鎳浴的5％(體積))。
(e)將盤附著到旋轉的託架系統上，並且浸沒在溶液中。
(f)開始緩慢地旋轉部件(約0.5-2rpm)，並且加入金剛石漿。
(g)每15分鐘，補充所述浴如下(i)0.6％(體積)硫酸鎳(ii)0.6％(體積)pH調節劑(h)進行足夠30分鐘長的鍍覆加工直到獲得所希望的10微米厚度。(這個過程一般顯示出每小時大約20-25微米的鍍覆速度)。
(i)當接近所希望的停止點時，通過取消最後的補充允許所述浴「鍍盡」(plate out)。
(j)從溶液中移走被鍍覆的部件，並且用水清洗。擦乾以去除水跡。
(1)去除用於掩蔽所述模的中間停留物(stop-off)。
4.加熱處理將已蓋覆(coated)的部件放入爐中並在空氣氣氛下加熱到300-350℃1至2小時。
對照從不鏽鋼304、高強度低合金鋼4340以及軸承鋼製得的標準參照材料(銷)，在室溫、乾燥條件下測試所述覆層。從「銷在盤上」測試得出的兩個重要結果是摩擦係數和磨耗量。10N的負載以及0.5m/s滑動速度被認為是最佳的測試條件，並且已被使用於這個研究中的所有測試。每個測試代表2000米的滑動磨損或者約66分鐘的磨損時間。這些測試的磨耗量數據呈現在表1和圖3中。
表1
這些數據顯示本發明在Ni-P金屬覆層中具有單晶金剛石的磨損表面呈現出比沒有單晶金剛石的Ni-P金屬覆層好得多的磨損特性。對於不鏽鋼304，本發明的磨損表面展現出在摩擦方面的減少超過45％。對於HSLA 4340和軸承鋼52100，本發明的磨損表面展現出在摩擦方面的減少超過一個數量級或一個等級。這在以圖形形式呈現表1中所記錄的數據的圖3中尤為明顯。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.連續纖維處理設備包括在處理中與纖維接觸的磨損表面；其中所述磨損表面用金屬基體覆層蓋覆，所述金屬基體覆層包括金屬和超級磨料顆粒；並且其中所述被蓋覆的磨損表面對與所述纖維的處理相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個具有擴大的抵抗能力。
2.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述超級磨料顆粒包括約5vol-％到80vol-％的所述金屬基體。
3.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述超級磨料顆粒是金剛石。
4.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述超級磨料顆粒是立方氮化硼(cBN)。
5.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述超級磨料顆粒的平均顆粒尺寸在約0.1到約50微米的範圍。
6.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述金屬基體進一步包括下列之中的一個或多個硼、鉭、不鏽鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦、鎢、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金屬石墨、金屬氧化物、金屬矽化物、金屬碳酸鹽、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、金屬矽酸鹽、金屬氨基苯胂酸鹽、金屬氮化物、或金屬氟化物。
7.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述金屬基體進一步包括下列之中的一個或多個六方氮化硼(hBN)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。
8.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述金屬基體覆層的厚度在約0.5到約1000微米的範圍。
9.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述金屬包括選自由鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金、過渡金屬、過渡金屬合金和它們的混合物所組成的組中的一個或多個。
10.如權利要求9的纖維處理設備，其中所述金屬包括鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢。
11.如權利要求10的纖維處理設備，其中所述金屬包括Ni。
12.如權利要求10的纖維處理設備，其中所述金屬包括Ni-P合金，其中所述合金包括低於約5wt％的磷。
13.如權利要求12的纖維處理設備，其中所述金屬包括Ni-P合金，其中所述合金包括低於約3wt％的磷。
14.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述金屬基體覆層為無電鍍覆層或電解覆層。
15.如權利要求1的纖維處理設備，進一步包括施加在所述金屬基體覆層上的有機塗層。
16.如權利要求15的纖維處理設備，其中所述有機塗層包括選自由酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環氧樹脂和丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂組成的組中的一個或多個。
17.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述材料用填料填充，所述填料選自由陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機材料、有粘結性的材料、冰、生物質和它們的混合物組成的組。
18.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述的纖維為玻璃纖維。
19.如權利要求1的纖維處理設備，其中所述的纖維選自由合成纖維和無機纖維組成的組。
20.一種纖維處理方法，所述方法採用如權利要求1的纖維處理設備。
21.連續薄板處理設備包括在處理中與連續薄板接觸的磨損表面；其中所述磨損表面用金屬基體覆層蓋覆，所述金屬基體覆層包括金屬和超級磨料顆粒；並且其中所述被蓋覆的磨損表面對與所述薄板的處理相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個具有擴大的抵抗能力。
22.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述超級磨料顆粒包括約5vol-％到80vol-％的所述金屬基體。
23.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述超級磨料顆粒是金剛石。
24.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述超級磨料顆粒是立方氮化硼(cBN)。
25.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述超級磨料顆粒的平均顆粒尺寸在約0.1到約50微米的範圍。
26.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述金屬基體進一步包括下列之中的一個或多個硼、鉭、不鏽鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦、鎢、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金屬石墨、金屬氧化物、金屬矽化物、金屬碳酸鹽、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、金屬矽酸鹽、金屬氨基苯胂酸鹽、金屬氮化物、或金屬氟化物。
27.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述金屬基體進一步包括下列之中的一個或多個六方氮化硼(hBN)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。
28.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述金屬基體覆層的厚度在約0.5到約1000微米的範圍。
29.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述金屬包括選自由鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金、過渡金屬、過渡金屬合金和它們的混合物所組成的組中的一個或多個。
30.如權利要求29的薄板處理設備，其中所述金屬包括鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢。
31.如權利要求30的薄板處理設備，其中所述金屬包括Ni。
32.如權利要求30的薄板處理設備，其中所述金屬包括Ni-P合金，其中所述合金包括低於約5wt％的磷。
33.如權利要求32的薄板處理設備，其中所述金屬包括Ni-P合金，其中所述合金包括低於約3wt％的磷。
34.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述金屬基體覆層為無電鍍覆層或電解覆層。
35.如權利要求21的薄板處理設備，進一步包括施加在所述金屬基體覆層上的有機塗層。
36.如權利要求35的薄板處理設備，其中所述有機塗層包括選自由酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環氧樹脂和丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂組成的組中的一個或多個。
37.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述材料用填料填充，所述填料選自由陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機材料、有粘結性的材料、冰、生物質和它們的混合物組成的組。
38.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述的薄板包括玻璃纖維。
39.如權利要求21的薄板處理設備，其中所述的薄板選自由合成薄板和無機薄板組成的組。
40.一種薄板處理方法，所述方法採用如權利要求21的薄板處理設備。
41.一種蓋覆工藝設備的方法，所述方法包括將金屬基體覆層施加到工藝設備磨損表面；其中所述金屬基體覆層包括金屬和超級磨料顆粒；其中所述工藝設備包括連續纖維處理設備；並且其中所述金屬基體覆層擴大了所蓋覆的磨損表面對與所述纖維的處理相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個的抵抗能力。
42.一種蓋覆工藝設備的方法，所述方法包括將金屬基體覆層施加到工藝設備磨損表面；其中所述金屬基體覆層包括金屬和超級磨料顆粒；其中所述工藝設備包括連續薄板處理設備；並且其中所述金屬基體覆層擴大了所蓋覆的磨損表面對與所述纖維的處理相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個的抵抗能力。
權利要求
1.一種生成具有磨損表面的工藝設備的方法，所述磨損表面對與所述工藝設備處理的材料相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個具有擴大的抵抗能力，所述材料包括連續的合成纖維、連續的無機纖維、合成薄板或者無機薄板之中的一個或多個，所述方法包括對所述工藝設備磨損表面施加金屬基體覆層，所述金屬基體覆層用超級磨料顆粒填充。
2.如權利要求1的方法，其中用在約5vol-％和80vol-％之間的所述超級磨料顆粒填充所述金屬基體。
3.如權利要求1的方法，其中所述超級磨料顆粒是金剛石或者立方氮化硼(cBN)之中的一個或多個。
4.如權利要求1的方法，其中所述超級磨料顆粒的平均顆粒尺寸在約0.1到約50微米的範圍。
5.如權利要求1的方法，其中所述金屬基體還用下列之中的一個或多個來填充硼、鉭、不鏽鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦、鎢、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金屬石墨、金屬氧化物、金屬矽化物、金屬碳酸鹽、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、金屬矽酸鹽、金屬氨基苯胂酸鹽、金屬氮化物、或金屬氟化物。
6.如權利要求1的方法，其中所述金屬基體還用下列之中的一個或多個來填充六方氮化硼(hBN)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。
7.如權利要求1的方法，其中所述金屬基體覆層的厚度在約0.5到約1000微米的範圍。
8.如權利要求1的方法，其中所述金屬基體覆層的所述金屬是下列之中的一個或多個鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金、過渡金屬或者過渡金屬合金。
9.如權利要求8的方法，其中所述金屬是鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢之中的一個或多個。
10.如權利要求9的方法，其中所述金屬包括Ni。
11.如權利要求10的方法，其中所述金屬包括具有P含量不超過約5wt％的Ni-P。
12.如權利要求11的方法，其中所述金屬包括具有P含量不超過約3wt％的Ni-P。
13.如權利要求1的方法，其中所述金屬基體覆層包括無電鍍覆層或電解覆層之中的一個或多個。
14.如權利要求1的方法，在所述金屬基體覆層上塗刷有機塗層。
15.如權利要求14的方法，其中所述有機保護塗層由下列之中的一個或多個製得酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環氧樹脂或者丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂。
16.如權利要求1的方法，其中所述材料包括已填充的材料。
17.如權利要求16的方法，其中所述材料用填料填充，所述填料包括下列之中的一個或多個陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機材料、有粘結性的材料、冰或生物質。
18.具有磨損表面的工藝設備，所述磨損表面對與所述工藝設備處理的材料相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個具有擴大的抵抗能力，所述材料包括連續的合成纖維、連續的無機纖維、合成薄板或者無機薄板之中的一個或多個，所述工藝設備包括用金屬基體覆層塗覆的所述工藝設備磨損表面，所述金屬基體覆層填充有超級磨料顆粒。
19.如權利要求18的工藝設備，其中用在約5vol-％和80vol-％之間的所述超級磨料顆粒填充所述金屬基體。
20.如權利要求18的工藝設備，其中所述超級磨料顆粒是金剛石或立方氮化硼(cBN)之中的一個或多個。
21.如權利要求18的工藝設備，其中所述超級磨料顆粒的平均顆粒尺寸在約0.1到約50微米的範圍。
22.如權利要求18的工藝設備，其中所述金屬基體還用下列之中的一個或多個來填充鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、硼、鉭、不鏽鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦、鎢、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金屬石墨、金屬氧化物、金屬矽化物、金屬碳酸鹽、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、金屬矽酸鹽、金屬氨基苯胂酸鹽、金屬氮化物、或金屬氟化物。
23.如權利要求22的工藝設備，其中所述金屬基體還用下列之中的一個或多個填充六方氮化硼(hBN)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。
24.如權利要求18的工藝設備，其中所述金屬基體覆層的厚度在約0.5到約1000微米的範圍。
25.如權利要求18的工藝設備，其中所述金屬基體覆層的所述金屬是下列之中的一個或多個鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金、過渡金屬或者過渡金屬合金。
26.如權利要求25的工藝設備，其中所述金屬是鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢之中的一個或多個。
27.如權利要求26的工藝設備，其中所述金屬包括Ni。
28.如權利要求27的方法，其中所述金屬包括具有P含量不超過約5wt％的Ni-P。
29.如權利要求28的方法，其中所述金屬包括具有P含量不超過約3wt％的Ni-P。
30.如權利要求18的工藝設備，其中所述金屬基體覆層包括無電鍍覆層或電解覆層之中的一個或多個。
31.如權利要求18的工藝設備，在所述金屬基體覆層上塗刷有機塗層。
32.如權利要求31的工藝設備，其中所述有機保護塗層從下列之中的一個或多個製得酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環氧樹脂或者丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂。
33.如權利要求32的工藝設備，其中所述材料用填料填充，所述填料包括下列之中的一個或多個陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機材料、有粘結性的材料、冰或生物質。
34.如權利要求18的工藝設備，其中所述填料是下列之中的一個或多個陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機材料、有粘結性的材料、冰或生物質。
全文摘要
一種用於加工具有磨損表面(38)的工藝設備(36)的方法，所述磨損表面對與所述工藝磨損表面(38)處理的材料相關聯的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個或多個具有擴大的抵抗能力，所述磨損表面包括填充有超級磨料顆粒的金屬基體覆層。金剛石和立方氮化硼超級磨料顆粒可以填充所述金屬基體，其中所述金屬基體可以為鎳覆層。
文檔編號B05D5/08GK1747798SQ200480003752
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月6日 優先權日2003年2月7日
發明者蒂莫西·達姆, 約翰·威廉·盧塞克, 約翰·皮特裡努, 馬克·加裡·戴維森, 布魯斯·韋恩·霍弗 申請人:戴蒙得創新股份有限公司