四、碳化钨瓦楞辊的制备技术
（一）国内瓦楞辊表面处理技术现状瓦楞辊的品质一直困扰着纸箱企业。二十一世纪，纸箱包装行业在我国发展迅猛，剧烈的市场竞争使纸箱企业更多地考虑产品的质量与企业成本，瓦楞辊作为生产流水线上的心脏部件，在纸箱品质与效益上起着举足轻得的作用，传统瓦楞辊已越来越不能满足其需求。近年来，国外高品质的瓦楞辊已陆续进入我国市场，其中犹以碳化钨瓦楞辊独领风骚。碳化钨瓦楞辊是运用热喷涂技术将碳化钨合金粉末熔化喷涂到瓦楞辊齿面形成碳化钨涂层的一种特殊工艺。而且，已经有越来越多的技术工艺应用于楞型顶部和根部的表面，原因是这些部分是磨损最多的。
国内纸箱瓦楞辊加工和表面处理工艺技术一直是以学习效仿国外传统加工处理工艺为主，近些年有的瓦楞辊制造企业为降低瓦楞辊生产成本，通过试验将瓦楞辊基材改为国内相对价格较低、易购的48GrMo钢，并根据此材质性能将淬火方式变为中频局部淬火。淬火后齿面硬度达到HRC52-55，然后抛光镀工业铬，这样瓦楞辊最终齿面硬度也能达到HRC60左右。但由于其基体硬度较低、镀层薄，在使用含沙量高的国产瓦楞原纸时，齿面会出现点蚀，使用寿命低于氮化淬火工艺瓦楞辊。
（二）喷涂碳化钨瓦楞辊技术
2002年7月，上海大松作为国内最早从事瓦楞辊专业制造的企业，着手开始研制，于2003年5月，为上海申江纸箱厂成功制造了国内第一对钴基碳化钨瓦楞辊，使用至今各项指标良好，并推向市场。去年3月份，国内最大的瓦楞纸箱机械企业—湖北京山轻机推出了用从美国PRAX公司引进的技术设备生产的热喷涂碳化钨瓦楞辊，据介绍，瓦楞辊表面硬度达到HV1100-1400左右，使用寿命是镀硬铬辊的3倍以上，可是其售价也是镀硬铬辊的3倍。
1．喷涂碳化钨的设备
要得到优良的涂层必须用最好的设备，（包括喷枪、PLC控制、送粉器等）运用美国普莱克斯生产计算机的JP5000超音速火焰喷涂HVOF系统，是目前国际上普遍认同的能得到最佳涂层的设备。
2．碳化钨瓦楞辊的制备
（1）新造碳化钨瓦楞辊工艺与传统瓦楞辊不同，首先前基体热处理硬度不同，喷涂前齿型精度要求更高，必须在全自动数控磨上完成，其次喷涂技术是关键，以保证碳化钨的硬度结合力及后道抛光处理的质量，最难加工的是喷涂后的抛光技术，因瓦楞不同于一般工件，其齿型的独特性和表面硬度极高（如钻石），传统的普通砂轮磨削根本无法进行。
（2）纳米碳化钨—钴硬质合金：一种纳米碳化钨—钴钴质合金的制造方法及设备，其特征是将WO3、CoO纳米粒子的混合粉体，在H2/C2H2气氛中直接还原—碳化WC—Co纳米硬质合金粉体，该合金粉体中含有少量的碳纳米管。同现有技术比较，突出优点是制造成本降低，合金的晶粒尺寸小于100mm，合金的显微硬度最高值达28Pa。其机械强度、耐磨性等技术性能指标均优于现有技术，可广泛应用于制作刀具、模具、量具、矿具包装印刷机械及各种耐磨零件。
（3）碳化钨粉末：碳化钨合金粉末生产厂很多，国外进口碳化钨粉末与国内相比工艺更成熟而稳定，可获得致密、硬度高、耐磨性好的涂层，但价格较昂贵。原材料中WC颗粒平均尺寸对喷涂涂层的性能影响很大，WC12粉末的成份WC/12%Co（钴基碳化钨）。WC12的粉末颗粒越接近理想球形，流动性好，对颗粒的深度和致密度更加优化。
喷涂粉末特性：TAFA1342VM碳化钨—12%，粉末（WC/12 Co），成份：碳化钨88%，钴12%，粒度：—325目/D。该粉末可获得致密\硬度高韧性好的涂层。
中国科学院金属研究所进行新激光法纳米材料研究，1997年建成我国第一条硅基纳米粉生产线“激光法制备纳米陶瓷粉及纳米复合陶瓷制品”。
厚度：喷涂状态0.13mm～0.15mm；研磨后：0.1mm，结合强度：85Mpa，表面硬度：HV1300—1400，微观结构：气孔率＜0.5%，致密度：接近100%，氧化物＜2%。
（1）磨损试验（数据来源：上海材料研究所）
磨料：SiC砂粒#320；每400个DS更换一次纸
频率：400DS/min；每次测试的DS次数：2000
测量方法：涂层重量损失△W抗磨性=2000DS/W＜DS/mg＞
（2）碳化钨涂层的抗裂性
测试过程：裂痕韧度系数：K1c-1/*f(a/c)3/2，a-压痕对角线，c-产生裂纹长度，假定：a＞=c，抗裂系数：a/cmax，最大裂纹的平均长度，硬度试验用维氏锥300克加载。
测试结果：喷涂的WC-12Co涂层，抗裂系数a/cmax超过100。
（三）纳米级钴基碳化钨材料及应用
1．高硬度、耐磨WC—Co纳米复合材料纳米结构的WC—Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC—Co在硬度、耐磨性和韬性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中力学性能高约一个数量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC—Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：超始溶液的制备与混合；喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末；再经流床热化学转化成为纳米晶WC—粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来揭晓量生产金属碳化物粉末。WC—Co粉末可在真空或氢气下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。
2．Nanophase Technologies公司建于1989年11月，目前纳米结构材料的产率已达50～100g·h-1。Nanophase公司采用喷雾法生产Co/WC复合材料，该法是将WC的超微粒子埋入Co粒子中。传统的共混方法需要将两种材料破碎、研磨、混合后浇注而成，微粒尺寸最小只能达到500nm；而喷雾法则可达到分子水平混合，使WC粒子的直径减小到50nm，成为真正的纳米结构材料，强度和韧性更好。分子水平混合需要将适合的母体材料（NH4）6（H2W12O40）·4H2O和Co（NO3）2在溶液中反应而实现。将混合液制成气溶胶，成雾状干燥，形成极细的两种盐的混合物，然后加速成还原，并在流化床中与Co反应，就可制成Co/ WC的超细微粒，目前Nanophase公司的生产速度是每天几千克。这些超细微粒可用于耐磨涂料，如涡轮机扇叶涂料；或压制、烧结成硬质产品。如加工印刷电路板的钻头，旋转切削工具等要求高硬度和耐磨的制品等。
3．瓦楞是纸箱生产大型设备—瓦楞纸板生产线的关键部件，价值高并且需要根据磨损程度定期更换。如何提高瓦楞辊的使用寿命，降低制造成本一直是低箱机械制造和纸箱生产企业十分关注的问题。国内外一直不断对瓦楞辊基材、热处理工艺、表面处理加工等进行研发，亦取得很大成效。近2年～3年国际上推崇的硕化钨瓦楞辊是目前公认使用寿合最长的，每对辊大约可生产3000万延长米瓦楞纸，是普通氮化镀铬辊的4倍以上。这项成套技术只有国外少数几家公司掌握，国内虽然也可以做到瓦楞辊表面喷涂碳钨层，便由于光洁度低，但无法实际投入使用。
五、纳米陶瓷镀层瓦楞辊的新突破
北京中和九一纳米技术有限公司拥有独立知识产权的纳米陶瓷表面处理技术。纳米陶瓷镀层技术应用于制造瓦楞表面处理上，使瓦楞表面耐磨性成倍提高，从而形成全新的瓦楞辊制造工艺。该公司是国内将纳米技术（CS—1091）应用于金属零件表面处理的首家专业公司，现已开发出了6大系列表面处理产品，汽缸活塞、搓丝板、轧辊和水泥、石油钻采设备中的高磨损零件。其研发的纳米陶瓷表面复合镀技术为国内首创。据专家介绍，采用纳米陶瓷复合镀层的方法对瓦楞辊表面进行处理，可数倍提高其硬度和耐磨性能，大大延长瓦楞辊的使用寿命，将纳米的碳化硅以每平方毫米700的密度均匀分布在镀层里，瓦楞辊表面硬度接近金刚石。
北京联合印刷纸器有限公司与北京中和九一纳米有限公司开始准备镀第一对瓦楞辊。他们首先根据瓦楞的外型特点，在中和公司中试基地对现有复合镀设备进行了改造，设备制做了专用电极架，并改进行镀件的吊装设备。7月正式试镀一1.6米修复瓦楞辊，取得了预期的效果。瓦楞辊纳米碳化硅镀层平均厚度0.09mm，延具面不均匀度小于5%，表面光洁度高于8，完全满足生产工艺要求。随镀试件硬度测试达到了HV1100以上。中试基地正在制造安装一条瓦楞辊专用纳米陶瓷表面处理生产线，使其从镀前辊面涂油、抛光处理、镀液准备到镀后清洗检测方面基本达到专业流水作业，并且要求这套设备能适应宽幅瓦线上2.5米瓦楞的加工处理。预计到年底前，将达到每天镀任意长度4支瓦楞辊的生产能力。
据介绍，这两家公司还计划利用纳米陶瓷复合镀与基体材料结合力强，加厚镀层出不穷会产生脱落起皮的特点，开展研发以价格低廉的普通合金钢和简单节能的热处理工艺，以取代目前瓦楞辊采用的价格高的合金钢和耗能的氮化热处理工艺。
专家介绍说，纳米陶瓷镀瓦楞辊具有很强的市场竞争力。据了解，目前国内瓦楞辊工业硬络的市场价格是每平方米镀0.01mm厚为200～250元。瓦楞辊通常镀层存度在0.08nm左右，以1.6米幅宽单面机上所配外径320mm瓦楞辊计算，一对辊的镀铬价格约7200～8000元，约是新瓦楞辊制造成本的11%的左右。
如果是修复旧辊表面铬的费用约占修复总费用的30%，而纳米陶瓷表面处理同一规格瓦楞辊的费用约12，000元，对新辊而言成本增加了6%，修复一对辊成本增加为16%。但镀铬辊的工作寿命最长是700万延长米，而一对纳米陶瓷辊的工作寿命是3000万延长米（理论上碳化硅硬度高于碳化钨）。据计算，使用纳米陶瓷的综合成本是镀铬瓦楞的3/4，是热喷涂化钨瓦楞的1/3。业内专家认为，这项技术成果可以在纸箱行业快速推广。
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