反应热喷涂法制备陶瓷刮刀
班朝磊，杨建桥，赵红霞
机械设备
摘要：介绍了反应热喷涂法陶瓷刮刀的制备过程，论述了它的耐磨擦、制造成本低等性能优势，指出它特别适合作涂布刮刀使用，可代替进口陶瓷涂布刮刀。
关键词：陶瓷刮刀；Al2O3;反应热喷涂
目前，国内造纸机上使用着五种材质刮刀：①进口环氧玻璃钢刮刀，使用效果好，但价格高，并且购买手续繁琐；②钢质刮刀，使用2～3个月就易将烘缸、造纸辊、涂料辊划伤，影响造纸质量，还要停机换缸和研磨造纸辊，研磨费用昂贵；③铜质刮刀，造价高，并且也一定程度存在着钢质刮刀的缺点；④酚醛刮刀，强度小，耐磨差，并且易卷边，每天都要换下来进行研磨修理；⑤粘接式环氧玻璃钢刮刀，最长只有2m，超过2m时，必须粘接，粘接处强度小易折断，并且不耐磨。国内涂布所用刮刀主要是经过氧化发蓝表面处理的弹簧钢刀片，磨损快，寿命短，需要频繁换刀。随着造纸机的幅宽越来越宽，车速越来越快，对刮刀片的耐磨性、韧性、成本提出三大挑战，钢基体表面氧乙炔火焰反应热喷涂A12O3陶瓷刮刀片有望解决这一难题。
1 制制造方法及步骤
1 .1 研研究机理
目前Al2O3陶瓷涂层以其优良的耐磨减摩性能有着重要的用途，钢质刮刀表面Al2O3陶瓷涂层可以通过等离子喷涂和氧乙炔火焰喷涂完成。等离子喷涂技术由于喷涂设备昂贵、工艺复杂、成本较高，而难以大规模应用;氧乙炔火焰热喷涂方法制备Al2O3涂层，由于氧乙炔火焰温度的限制及Al2O3熔点较高的原因，使其在喷涂过程中较难熔化，涂层结合强度较差，孔隙率较大。通过在Al2O3中加入放热性的添加物Fe2O3、金属Al粉末，在喷涂过程中引燃反应： 2A1+Fe2O3=2Fe+A12O3+836kJ/mol在形成A12O3的同时，放出大量的反应热，成为热喷涂过程中的第二热源，进一步提高喷涂过程的加热温度和喷涂材料的熔化程度，在碳钢表面获得高质量的Al2O3陶瓷涂层。
1 .2 研表面喷涂陶瓷粉末的制备及处理
目前-400～+600目筛的A12O3、TiO2、A1、Fe2O3四种独立粉末，用聚合度为1400～1700的聚乙烯醇水溶液（质量分数为7%）作粘合剂，首先复合粘接质量配比为1.2∶3的铝热剂A1、Fe2O3，烘干精细研磨至-320～+380目之间，以缩短空间距离，使放热反应能充分进行；再用PVC溶液粘接复合质量配比为5∶1的A12O3、TiO2的复合陶瓷粉末，烘干精细研磨至-320～+380目之间，引入适量的TiO2可渗入Al2O3晶格产生固溶、间隙，充斥于Al2O3涂层颗粒之间，同时T i O2也可作为放热组元参与4 A 1 + 3 T i O2= 2A12O3+3Ti+495.47kJ/mol放热反应，改善单纯A12O3涂层的抗热震性、韧性、致密性、粘接强度；然后再用PVC溶液粘接复合质量配比为1∶1的铝热剂与复合陶瓷粉末，烘干精细研磨至-320～+260目之间，最终制得反应热喷涂所用工作粉末。过渡层用Ni／Al复合粉末(-400～+600目) 喷涂打底。基体为A3钢，规格为5 0 m m ×5 0 m m ×5 m m 。
1 .3 研喷涂工艺参数
目前喷涂操作采用SPH-2000氧乙炔火焰金属陶瓷两用喷涂枪。喷涂工艺路线：基体脱脂净化(丙酮、乙醇)→喷砂粗化→预热(180～220℃)→喷涂Ni／Al过渡层→喷涂工作涂层→精细研磨表层。喷涂工艺参数见表1。用这种方法制造的陶瓷刮刀涂层结合强度可达20MPa，孔隙率降低到5.5%，宏观硬度75（HR15N），性能堪与等离子喷涂A12O3陶瓷涂层相媲美。
2 反应热喷涂陶瓷刮刀与钢质刮刀耐磨性能比较
模拟涂布机的工作条件，在M-200型磨损机上进行湿磨损试验，磨损线压力10kN/m ，磨轮线速度3 0 0 m /min,磨损液为实际涂料，配比是40%碳酸钙、60%高岭土，固含量60%，pH值9.12，粘度2100mPa·s。为加速磨损试验 ，磨 损 液中加入一定数 量 的 -80～1 4 0目A 12O3，图1是反应热喷涂陶瓷刮刀与钢质刮刀磨痕宽度随时间的变化曲 线 。陶 瓷刮刀的耐磨性能远远高于钢质刮刀。
3 结 论
3 . 1 研用反应热喷涂法制得的高性能陶瓷刮刀，硬度低，不伤烘缸面、辊面，陶瓷层结合强度高，抗热震性能、耐冲击韧性优于一般陶瓷刮刀。
3.2研反应热喷涂陶瓷刮刀的耐磨性远远高于钢质刮刀，使用寿命为钢质涂布刮刀的4～5倍，特别适合作涂布刮刀。
3 .3 研制造成本低，可代替进口陶瓷涂布刮刀。
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