用纳米颗粒涂布的钢丝圈制造技术

本发明专利技术涉及用纳米颗粒涂布的钢丝圈，一种用于环锭细纱机或环锭捻线机的钢丝圈（１０），其具有铁材料或塑料制成的芯（２０），并具有厚度低于９０ｎｍ的位于至少部分芯上的表面涂层（２４）。其中表面涂层包含一层或多层并包含氧化物、氮化物、碳化物、硼化物陶瓷或金属合金。作为表面涂层的结果，本发明专利技术的钢丝圈具有抗磨损性和抗腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于环锭(ring)细纱机或环锭捻线机的钢丝圈(ring traveler)和涉及钢丝圈的制造方法。
技术介绍
环锭细纱机(ring spinning)和环锭抢线机(ring twisting)的钢丝圏在 高移动速度(30m/秒-50m/秒)下用于相应环4定细纱才几和环4t4念线才几 的环锭上。因此，在钢丝圏和环锭之间的接触表面以及钢丝圈和纱线 之间的接触表面经受着高磨损。然而，要求不断提高钢丝圏的移动速 度以提高产量。同时，应当通过获得更长的使用寿命来降低成本。近几年，用合适的材料涂布钢丝圏可以使它们的使用寿命明显提 高。在非常高的移动速度(>40m/s)下，在线束通过区域和在环锭 接触表面的抗磨损性并没能在所希望的程度上得到改善。DE 35 45 484描述了用于细纱机的钢丝圏，其具有至少覆盖与环 锭接触的表面区域的陶瓷涂层。该陶瓷涂层由 一层或多层选自碳化物 层(如SiC、 TiC、 ZrC)、氮化物层(TiN、 TiCN、 ZrN)、氧化物层 (如八1203、 Zr03、 Si02)和硼化物层(TiB2和ZrB2)的层组成。该 陶瓷层通过CVD方法或PVD方法纟皮施用于芯。该涂布的钢丝圈随后 进行淬火和抛光。碳化钛层和氮化钛层的硬度为1900-2500HV (Vickers硬度)。CH 487 535描述了用于细纱机和捻纱机的钢丝圏，其中环锭和/ 或钢丝圏涂有氮化钛铝的涂层。CH 589 723描述了用碳化物、氮化物或碳氮化物涂布无机基材的 方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于环锭细纱机和环锭捻纱机的钢丝圏，其 具有改善的抗腐蚀性和改善的移动性能(travel properties)。另外， 还将说明用于生产这类钢丝圏的方法。4该问题通过具有在权利要求1中说明的特征的钢丝圈和通过如权利要求9所述的方法进行解决。进一步优选的实施方案为从属权利要 求的主题。根据本专利技术的用于环锭细纱机和环锭捻纱机的钢丝圈具有由铁 材料或塑料制成的芯，在其至少部分上涂覆有表面涂层。该表面涂层 包含一层或多层氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、 金属合金或它们的混合物。该表面涂层的厚度为小于90纳米(nm) (1/1000000mn^百万分之一毫米)。小的层厚产生了特别好的表面涂层与钢丝圈芯的粘接。该表面涂 层具有更少的由于例如在安装钢丝圈期间产生的机械应力导致的缺 陷。与所属
中广泛观点相反，小的层厚，即，约几个纳米的 层厚不仅影响处理后的表面的光学、化学或电学性质，而且令人惊奇 地大大改善了材料性质。由于这个原因，本专利技术的钢丝圏具有全面极 大改善的抗磨损性，特别是在纱线通过区域和在与环锭接触的区域。 与具有传统涂层的钢丝圈相比，抗磨损性明显地更高，作为其结果使 用寿命也被提高。这显著地降低了运行成本。由于该表面涂层，本发 明的钢丝圏具有优良的抗磨损性和抗腐蚀性。在一个优选的实施方案中，该表面涂层包含TiCN,特别优选地 为纯TiCN，其具有2600-3600的硬度HV0.025。 TiCN是硬的并且同 时是相对坚韧的(tough)，这使得它特别适合地作为本专利技术的钢丝圈 的表面涂层。在一个优选的实施方案中，包含TiN的层纟皮施用在芯上作为该表 面涂层的第一层。还将可能使用其他金属氮化物(如CrN)代替TiN。 该氮化钛层具有异常优良的对铁材料的亲和力，这增加了该钢丝圈的 长期稳定性。这样的话，可以避免例如材料的剥落。本专利技术的钢丝圈的表面涂层可以由一层或多层组成。该表面涂层 具有小于90nm的厚度，优选地小于70nm和特别优选地小于40nm。在一个特别优选的实施方案中，该表面涂层被施用于芯的全部表面。该钢丝圈的芯可以由塑料制成。特别合适的塑料为聚酰胺、特别 是聚酰胺6，6以及用玻璃或芳族聚酸胺纤维加强的聚酰胺6,6，它们可 以通过注塑进行加工并因此可以以几乎各种形状而获得。其他塑料也 是可能的。如果该钢丝圈的芯由铁材料制成，任何类型的钢可以被用于此。然而，钢丝圈的芯特别适合地由非合金的工具钢、冷作钢(cold-working steel)、弹簧钢或高速钢制成。本专利技术的具有铁材料芯的钢丝圈通过用表面涂料至少部分地涂 布该芯进行生产。在这里，第一步中，在反应室中将该芯加热到 150-1200°C。在PVD方法中，该温度为150-500°C。在CVD方法中， 该温度为600-1200°C。随后将沉积气体(deposition gas )引入到反应 室中，这样包含碳氮化钛、氮化铬或碳化钒的层被沉积在芯表面上。 随后在保护气下，在1-2小时期间内该涂布后的钢丝圈被緩慢冷却。 该涂布后的钢丝圏在保护气下的緩慢冷却是一个重要步骤，因为只有 这样才可以保证获得的表面涂层具有结晶化针状结构并因此具有非 常小的残余应力。该晶体的尺寸为5-40nm。该纳米氧化物陶资优选地选自A103、 Ti02、 TiO、 Zr02、 Si02、 SiO、 ZnO、 MgO、 BeO、 Cr203、 In03和它们的混合物。在一个优选的实施方案中，该纳米氮化物陶资选自A1N、 TiN、 TiCN、 Si3N4、 TaN、 GaN、 BN、 InN、 CrN和它们的混合物。在进一步优选的实施方案中，该纳米碳化物陶瓷选自A1C、 TiC、 ZrC、 Br4C、 NbC、 WC、 TaC、 HfC、 VC、 CrC、 C(金刚石、类金刚石 碳(DLC ))和它们的混合物。在一个优选的实施方案中，该硼化物陶资选自AIB、 TiB2、 ZrB2、Hffi2和它们的混合物。在进一步优选的实施方案中，该金属合金选自锌和锌合金。在一个优选的实施方案中，冷却后的钢丝圈通过使硬化温度与芯 碳匹配(例如通过使其在84(TC保持30分钟)而进行后-硬化 (after-hardened )。在进一步优选的实施方案中，经后-硬化的钢丝圈在热浴(thermal bath)中(80。C的油或170-260。C的热浴(hot bath))进行淬火并在 200-350。C回火0.5-1.5小时，即，经受热处理。这使得该钢丝圏具有 更大的韧性和弹性，这保证了钢丝圏的更长的使用寿命并对该层的粘 合性具有有利的影响。如果钢丝圈的芯由塑料制成，使用已知的注塑方法来制造它。然 而，其他塑料加工方法也是可能的。钢丝圏的涂布可以通过多种方法进行。PVD(物理气相沉积)、 CVD (化学气相沉积)是特别适合于金属材料的纳米涂层。溶胶-凝胶 方法适合于所有材料。同样地光刻方法可以用来产生三维结构和使用 蘸笔纳米光刻方法(dip-pen nanolithography process )用来产生部分涂 层。在本专利技术的一个优选的实施方案中，该钢丝圏的表面在涂布之前 和/或之后另外地进行抛光，这样获得了光滑的表面。合适的抛光材料 为，例如包含金刚石的糊剂或研磨剂，其硬度大于表面涂层的硬度。芯优选地在涂布之前进行去脂。在 一 个优选的实施方案中，中间层位于本专利技术钢丝圏的芯的至少 部分上。多个中间层(例如由不同材料组成的中间层)也是可能的。 该中间层尤其优选地存在于该钢丝圈的芯的整个表面上。该中间层包 含一层或多层纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷、 纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于环锭细纱机或环锭捻线机的钢丝圈，其具有由铁材料或塑料制成的芯，并具有位于芯的至少部分上的表面涂层，其中表面涂层包含一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷、纳米硼化物陶瓷、金属合金或它们的混合物，并且该表面涂层的厚度低于９０ｎｍ，优选低于７０ｎｍ，特别优选地低于４０ｎｍ。

【技术特征摘要】
CH 2007-8-7 1251/071.一种用于环锭细纱机或环锭捻线机的钢丝圈，其具有由铁材料或塑料制成的芯，并具有位于芯的至少部分上的表面涂层，其中表面涂层包含一层或多层的纳米氧化物陶瓷、纳米氮化物陶瓷、纳米碳化物陶瓷、纳米硼化物陶瓷、金属合金或它们的混合物，并且该表面涂层的厚度低于90nm，优选低于70nm，特别优选地低于40nm。2. 权利要求1的钢丝圈，其中所述纳米氧化物陶瓷选自A103、 Ti02、 TiO、 Zr02、 Si02、 SiO、 ZnO、 MgO、 BeO、 Cr203、 In03和它们的混合物。3. 前述权利要求中任一项的钢丝圈，其中所述纳米氮化物陶瓷选 自A1N、 TiN、 TiCN、 Si3N4、 TaN、 GaN、 BN、 InN、 CrN和它们的 混合物。4. 前述权利要求中任一项的钢丝圈，其中所述纳米碳化物陶瓷选 自A1C、 TiC、 ZrC、 Br4C、 NbC、 WC、 TaC、 HfC、 VC、 CrC、 C(金刚石)和它们的混合物。5. 前述权利要求中任一项的钢丝圈，其中所述金属合金选自锌和 锌合金。6. 前述权利要求中任一项的钢丝圈，其中所述硼化物陶瓷选自 A1B、 TiB2、 ZrB2、 HfB2和它们的混合物。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：J卡吉，
申请(专利权)人：布拉克公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[]