[发明专利]异形钢筘表面高硬、低摩擦Cr/CrCN梯度涂层工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面涂层改性技术，特别涉及一种高速喷气织机用异形钢筘表面高硬、低摩擦系数Cr/CrCN梯度涂层工艺，属于机械工程领域。

背景技术

据统计，2008年我国人均纤维消耗量由2001年的7kg上升至15.5kg，纺织品服装进出口贸易总额超过1960亿美元，其中出口额超过1700亿美元，如文献[张一鸣，杨兵，王志强，黄家辉.异形筘筘齿气相沉积高纯度Cr的研究及探讨，纺织器材，2008，35(5)：418-420.]。虽然，中国是纺织品出口大国，但受限于国内纺织机械的发展及生产水平，高端、高品质纺织品的生产能力却十分有限。从目前来看，无梭织机最能满足织造工艺的发展趋势，同时也是世界高端织机的发展方向。无梭织机包括喷气织机、剑杆织机、喷水织机和片梭织机等，其中尤以喷气织机和剑杆织机发展最快。近年来，随着各种新纤维、新材料、新工艺和新技术的不断涌现，对高档新型织机的需求越来越大，而我国无梭织机的发展水平一直未有快速提高，中国的高档织机市场几乎都集中在外商手中。从上世纪80年代中期开始，我国平均每年进口各类无梭织机约2～3万台，无梭织机在国内目前的普及率已基本达到40％，如文献[陈英恩.异形筘磨损的原因及应对措施，棉纺织技术，2006，34(2)：88-90.]。显然，高速喷气织机的国产化必然成为关注的焦点之一，其中作为高速喷气织机必不可少的织造器材配件如异形筘、综等的设计、制造及使用性能也成为我国纺织机械配件国产化的瓶颈问题。

喷气织机用异形筘是织造引纬和打纬的关键器材之一，其使役寿命直接关系到织造成本和织造质量。高速喷气织机车速一般在600r/min左右，也就意味着纱线对钢筘每分钟的摩擦和冲击次数约为600次。每天约90万次的往复摩擦和冲击。其次，织口处纬纱随着上、下层经纱的交织，纬纱的弯曲程度增加，经纱变形附加张应力使得纬线对边部筘齿的作用力最大，加剧了对筘齿的磨损，如文献[陈英恩.异形筘磨损的原因及应对措施，棉纺织技术，2006，34(2)：88-90.]和文献[燕群社，张莉萍，李岁望，李双正.延长喷气织机异形筘使用寿命体会，棉纺织技术，2007，35(10)：605-607.]。再者，纱线在织造前必须先上浆，用以增加纱线的单强和减少毛羽，提高纱线与金属机构的摩擦耐受能力，减少断头等现象发生。但浆料中常常需添加硅酸钠、氢氧化钠等作为碱性分解剂。因此，不仅高硬度的结晶硅颗粒很容易粘附在纱表面，加剧对钢筘的磨损，而且碱性的浆料也会对钢筘直接产生腐蚀损伤，如文献[陈英恩.异形筘磨损的原因及应对措施，棉纺织技术，2006，34(2)：88-90.]。综上所述，钢筘实际工况是摩擦磨损、反复冲击疲劳、应力腐蚀等多种损伤模式复杂交互作用。

如何提高异形钢筘的使役寿命，将对提高织机效率及织造质量，节约织造成本起到决定性的作用。目前国内自主研发的钢筘使役寿命远远低于国外同类产品。主要原因有二：其一是钢筘的选材和表面涂层技术。而国外如比利时必加乐、意大利斯密特、日本津田驹和丰田株式社等公司选用高硬度奥氏体铬镍不锈钢和经淬火、回火处理的马氏体含铬不锈钢制作的异形钢筘，具有优良的机械性能，尺寸精度一致性，耐磨平滑等特性；若表面再经类金刚石(DLC)、玻璃纤维(SiC)等耐磨涂层强化处理，异形钢筘表面硬度能高达2500HV以上，表面摩擦系数能降低至0.1以下，表现出优越的耐磨抗蚀性能。虽然，国内部分钢筘厂采用进口特种不锈钢带精密制造的异形筘片基本性能指标已接近国际水平，但钢筘表面耐磨涂层技术却是传统电镀硬铬技术。因电镀铬所含强氧化性的金属铬离子，对环境污染严重，且出口受限制；其二是电镀铬层硬度不高(约为900-1000HV)，耐磨性能也并不理想，其摩擦系数约为0.4-0.5，与国外耐磨涂层制备工艺和性能相差甚远。国内其余30家钢筘生产厂同样面临这一技术瓶颈问题。再加上钢筘行业本来生产分散、多而不强，科研投入不足1％，产品技术研发滞后，具有自主知识产权的产品极少。目前，国内采用气相沉积技术在异形钢筘表面沉积耐磨涂层的研究还处于起步阶段，武汉科技学院的张一鸣初步探讨了利用气相沉积技术在钢筘表面沉积纯Cr金属耐磨层，涂层硬度虽可提高至2000HV，但涂层摩擦系数较大，如文献[张一鸣，杨兵，王志强，黄家辉.异形筘筘齿气相沉积高纯度Cr的研究及探讨，纺织器材，2008，35(5)：418-420.]，涂层性能与使役寿命与国外钢筘表面涂层相比还存在较大差距。