一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法
【專利摘要】一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，涉及一種氣流紡紗轉杯的處理方法，屬于氣流紡紗機【技術領域】。本發明是為了解決現有轉杯的表面膜層絕緣性差的問題。本發明所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，首先通過直流脈沖對轉杯整體的表面進行氧化，通過電場擴散和放電邊緣效應使轉杯表面獲得均勻的陶瓷膜層，然后通過激光束對轉杯的內槽進行掃描，進而起到局部強化的作用，使強化后的轉杯內槽表面套側膜層更加致密，從而使硬度超過HV1200，絕緣性能指標，即耐壓值超過了500V，既避免了紡紗過程中凝聚槽產生積灰，又使轉杯的使用壽命延長了20%。本發明所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法適用于為氣流紡轉杯表面鍍膜。
【專利說明】一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣流紡紗轉杯的處理方法，屬于氣流紡紗機【技術領域】。
【背景技術】
[0002]轉杯結合件是氣流紡紗機中的關鍵核心部件，它由轉杯和軸承構成，而紡紗的性能指標如條干、粗細節、斷頭率和強力等主要由轉杯的性能決定。目前市場上的轉杯產品主要有鋁合金金剛涂層轉杯、鋁合金硬質陽極化轉杯和電鍍鎳磷鋼杯三種類型，鋁合金金剛涂層轉杯是氣流紡業內普遍公認紡紗性能和壽命最好的產品，它的優點是紡紗性能好，凝聚槽壽命長，在純棉紡紗中可用3至5年，再生棉或化纖紡紗中能用一年以上，但價格在所有轉杯中最貴。鋁合金硬質陽極化轉杯的優點是在三種轉杯產品中價格最低，但紡紗性能一般，凝聚槽壽命最低，在純棉紡紗中可用I年，再生棉或化纖紡紗中僅能用3個月至半年。電鍍鎳磷鋼杯的性能和價格介于金剛涂層和硬質陽極化轉杯之間，但由于其基體材質是鋼，因此轉杯的重量比鋁合金材質的金剛涂層和硬質陽極化轉杯要重很多，導致它在轉杯組件中的軸承壽命短，并且消耗電能多。
[0003]上述三種轉杯的表面處理膜層均不能有效隔絕外部靜電的影響，使外部由龍帶等產生的靜電能夠傳入轉杯中，導致紡紗過程中凝聚槽產生積灰現象，而凝聚槽積灰將導致紗線條干惡化，嚴重時甚至使紗線報廢。
【發明內容】
[0004]本發明是為了解決現有轉杯的表面膜層絕緣性差的問題，現提供一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法。
[0005]一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，所述處理方法包括以下步驟:
[0006]步驟一:對待處理的轉杯進行整體氧化處理，具體過程為:將石墨陰極和待處理的轉杯完全浸入工作液中，且所述石墨陰極位于轉杯內，利用脈沖電源在石墨陰極與轉杯之間施加一個周期的正負交變直流脈沖，對轉杯整體進行氧化，然后執行步驟二 ；
[0007]步驟二:對上述氧化處理過的轉杯進行局部強化處理，具體過程為:將步驟一氧化處理后的轉杯固定在激光器工作臺上，調節激光器的激光頭，使激光器發射出來的激光入射到所述轉杯內槽的一個回轉半徑的掃描帶上，在激光器發射激光的同時旋轉該轉杯，使激光在0.8mm/S至20mm/s的速度下,在當前掃描帶上呈螺旋式的路徑對轉杯進行掃描，當轉杯I的旋轉角度達到360°時，停止旋轉轉杯，然后執行步驟三；
[0008]步驟三:將激光入射點移動至轉杯的下一個回轉半徑的掃描帶上，并保持相鄰的激光掃描帶的重疊率在5%至50%之間，利用步驟二的掃描方法對轉杯進行掃描，當轉杯內槽均完成掃描后，獲得復合陶瓷化處理后的轉杯。
[0009]本發明所述的一種氣流紡轉杯 復合陶瓷化處理方法，首先通過直流脈沖對轉杯整體的表面進行氧化，通過電場擴散和放電邊緣效應使轉杯表面獲得均勻的陶瓷膜層，然后通過激光束對轉杯的內槽進行掃描，進而起到局部強化的作用，使強化后的轉杯內槽表面套側膜層更加致密，從而使硬度超過HV1200，絕緣性能指標，即耐壓值超過了 500V，既避免了紡紗過程中凝聚槽產生積灰，又使轉杯的使用壽命延長了 20%。本發明所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法適用于為氣流紡轉杯表面鍍膜。
【專利附圖】
【附圖說明】[0010]圖1為【具體實施方式】一所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法的流程圖。
[0011]圖2為【具體實施方式】一所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，步驟一采用的處理裝置的結構示意圖。
[0012]圖3為【具體實施方式】四所述的一個周期內的正負直流脈沖示意圖。
【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一:參照圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，所述處理方法包括以下步驟:
[0014]步驟一:對待處理的轉杯I進行整體氧化處理，具體過程為:將石墨陰極2和待處理的轉杯I完全浸入工作液中，且所述石墨陰極2位于轉杯I內，利用脈沖電源3在石墨陰極2與轉杯I之間施加一個周期的正負交變直流脈沖，對轉杯I整體進行氧化，然后執行步
驟二 ；
[0015]步驟二:對上述氧化處理過的轉杯I進行局部強化處理，具體過程為:將步驟一氧化處理后的轉杯I固定在激光器工作臺上，調節激光器的激光頭，使激光器發射出來的激光入射到所述轉杯I內槽的一個回轉半徑的掃描帶上，在激光器發射激光的同時旋轉該轉杯I，使激光在0.8mm/s至20mm/s的速度下,在當前掃描帶上呈螺旋式的路徑對轉杯I進行掃描，當轉杯I的旋轉角度達到360°時，停止旋轉轉杯1，然后執行步驟三；
[0016]步驟三:將激光入射點移動至轉杯I的下一個回轉半徑的掃描帶上，并保持相鄰的激光掃描帶的重疊率在5%至50%之間，利用步驟二的掃描方法對轉杯I進行掃描，當轉杯I內槽均完成掃描后，獲得復合陶瓷化處理后的轉杯I。
[0017]對轉杯I進行清洗能夠去除轉杯I表面攜帶的雜質和離子，減少腐蝕。步驟一能夠使轉杯表面獲得10 ii m~60 ii m厚的均勻陶瓷涂層，該涂層能夠使轉杯的硬度達到400HV以上，粗糙度達到Ral.6以上。復合陶瓷化處理后的轉杯表面具有較高的致密性和硬度，在與高速紗線的相對作用過程中，表現出更優良的耐磨性能。激光速度的設置能夠使熔融物有足夠的時間填充膜層內部的微孔形成致密的氧化層。
[0018]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，在步驟一之前，首先對轉杯I進行清洗，具體方法包括以下步驟:
[0019]步驟--:將轉杯在清水中清洗Imin至3min,然后執行步驟一二 ；
[0020]步驟一二:將經過步驟一一清洗后的轉杯放入丙酮或無水乙醇中，利用頻率為24KHz~40KHz的超聲波清洗Imin至3min，然后執行步驟一三；
[0021]步驟一三:將經過步驟一二清洗后的轉杯放入去離子水中清洗Imin至2min，然后執行步驟一四；
[0022]步驟一四:將步驟一三清洗后的轉杯烘干，獲得清洗后的轉杯。[0023]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，步驟一所述工作液為堿性，溫度在30°C至40°C之間。
[0024]維持工作液的溫度范圍，能夠保證制備的整體陶瓷膜層的一致性。
[0025]【具體實施方式】四:參照圖3具體說明本實施方式，本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，步驟一所述利用脈沖電源3在石墨陰極2與轉杯I之間施加一個周期的正負交變直流脈沖的具體過程為:
[0026]在tl時刻，脈沖電源3輸出一個寬度為Tz、幅值為Vz的正向脈沖，在該正向脈沖的結束時刻，脈沖電源3輸出一個寬度為Tf、幅值為Vf的負向脈沖；
[0027]在t2時刻，脈沖電源3輸出一個寬度為Tz、幅值為Vz的正向脈沖，在該正向脈沖的結束時刻，脈沖電源3輸出一個寬度為Tf、幅值為Vf的負向脈沖；
[0028]依此類推，
[0029]在ti時刻，脈沖電源3輸出一個寬度為Tz、幅值為Vz的正向脈沖，在該正向脈沖的結束時刻，脈沖電源3輸出一個寬度為Tf、幅值為Vf的負向脈沖；
[0030]其中Vz 為 500V 至 700V，Vf 為-150V 至-30V，且 Vz > Vf, ti > t1-1+Tz+Tf,Tz≥Tf，Tz和Tf均為0.0Ols至0.08s，i=l，2，3，4，……n，n為正整數，從tl時刻開始到第η個脈沖的結束時刻為一個周期,一個周期為20min至60min。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一、二、三或四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，步驟二和三過程中，激光器的輸出功率保持在50W至400W之間。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，所述正向脈沖和負向脈沖的頻率均在20Hz至500Hz之間。
[0033]【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】一、二、三或四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，局部強化處理是在有保護氣體的環境下進行的，所述保護氣體為氬氣或氮氣。
[0034]【具體實施方式】八:本實施方式是對【具體實施方式】一、二、三或四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，激光器發射出激光的能量在20j/mm2 至 300j/mm2 之間。
[0035]合適的激光能量使得氧化膜層吸收的激光能量融化膜層表面的氧化物，且強化深度不能到達致密性組織處。
[0036]【具體實施方式】九:本實施方式是對【具體實施方式】一、二、三或四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，所述激光器為CO2激光器或Nd: YAG激光器。
[0037]【具體實施方式】十:本實施方式是對【具體實施方式】一、二、三或四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，所述轉杯I的材料為鋁或鋁合金材料。
[0038]【具體實施方式】十一:本實施方式是對【具體實施方式】一、二、三或四所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法作進一步說明，本實施方式中，工作液包括:去離子水、氫氧化鉀，鋁酸鈉，鎢酸鈉和硅酸鈉，其中氫氧化鉀的濃度為lg/L~10g/L，硅酸鈉的濃度為3g/L~20g/L,招酸鈉的濃度為lg/L~10g/L,鶴酸鈉的濃度為lg/L~8g/L。
[0039]本發明的工作原理:在轉杯整體進行表面氧化處理階段，轉杯置于工作液中，在轉杯和石墨陰極之間加載電壓，在電場作用下轉杯表面逐漸被氧化形成絕緣膜層，隨之在絕緣膜層的電絕緣性薄弱處被高壓擊穿形成等離子體放電，在放電通道內的氧化物由低硬度晶相逐漸轉化為高硬度晶相，且氧化的整體陶瓷膜層具有多孔特征，外層組織疏松，內層致密；激光處理階段，激光輻射能量至轉杯，在激光范圍內的多孔疏松層氧化物被融化，在高溫熔融狀態下，氧化物晶相進一步轉化為高硬度的陶瓷晶相，同時膜層的致密性被提高。激光在一定速度范圍內掃描整個轉杯的槽體，實現轉杯表面的局部強化。
[0040]采用下述試驗驗證本發明的效果:
[0041]試驗一:
[0042]將轉杯在清水中清洗3min，然后將其放入丙酮或無水乙醇中，經頻率為40KHz的超聲波清洗3min，最后在去離子水中清洗烘干；在工作液槽中調制工作液，其中氫氧化鉀的濃度為lg/L，硅酸鈉的濃度為5g/L，鋁酸鈉的濃度為2g/L，鎢酸鈉的濃度為5g/L，工作液溫度維持在20~30°C ;
[0043]工作液槽體連接脈沖電源負極，轉杯連接脈沖電源正極，設置處理時間為40min，電源頻率為200Hz，占空比為40%，正向電流密度10A/dm2，負向電流密度為10A/dm2，制備的整體陶瓷氧化膜層厚度為30i!m。將轉杯在去離子水中進行清洗5min，最后置于無水乙醇中，經頻率為40KHz的超聲波清洗5min后，在溫度為30°C~80°C的條件下干燥8min，即得到整體氧化處理后的轉杯 。
[0044]設置激光器的激光功率為29W，激光焦距為12mm，激光光斑掃描速度為2mm/s。調節激光頭使得激光束入射路徑在凝聚槽回轉面法線上，在激光束輻射能量的同時回轉氣流紡轉杯，在此回轉半徑上轉杯旋轉角度達到360°后，移動激光光斑至下一個回轉半徑的掃描帶上轉動轉杯，且保持相鄰的激光掃描帶的重疊率為20%，直至激光束對整個凝聚槽面完成掃描。在激光局部強化處理后的表面比整體陶瓷氧化膜層具有較高的致密性和硬度，在對于高速紗線的相對作用過程中，表現出更優良的耐磨性能。
[0045]試驗二:
[0046]將轉杯在清水中適當清洗3min，然后將其放入丙酮或無水乙醇中，經頻率為40KHz的超聲波清洗3min，最后在去離子水中清洗烘干；在工作液槽中調制工作液，其中氫氧化鉀的濃度為lg/L，硅酸鈉的濃度為5g/L，鋁酸鈉的濃度為2g/L，鎢酸鈉的濃度為2g/L，工作液溫度維持在20~30°C ;
[0047]工作液槽體連接脈沖電源負極，轉杯連接脈沖電源正極，設置處理時間為40min，電源頻率為200Hz，占空比為40%，正向電壓520V，負向電壓為80V，制備的整體陶瓷氧化膜層厚度為20i!m。將轉杯在去離子水中進行清洗5min，最后置于無水乙醇中，經頻率為40KHz的超聲波清洗5min后，在溫度為30°C~80°C的條件下干燥8min，即得到整體氧化處理理后的轉杯。
[0048]設置激光器的激光功率為29W，激光焦距為12mm，激光光斑掃描速度為2mm/s。調節激光頭使得激光束入射路徑在凝聚槽回轉面法線上，在激光束輻射能量的同時回轉氣流紡轉杯，在此回轉半徑上轉杯旋轉角度達到360°后，移動激光光斑至下一個回轉半徑的掃描帶上轉動轉杯，且保持相鄰的激光掃描帶的重疊率為30%，直至激光束對整個凝聚槽面完成掃描。在激光局部處理后的表面比整體陶瓷氧化膜層具有較高的致密性和硬度，在對于高速紗線的相對作用過程中，表現出更優良的耐磨性能。
[0049] 試驗一和試驗二中所述的氣流紡轉杯為鋁合金，型號為LC4。試驗中采用了英國GUS公司生產的型號為LUMONICS JK700的激光器進行膜層的局部強化處理。檢測膜層的微觀形貌的設備為美國FEI公司生產的SIRION掃描電子顯微鏡(SEM)。氧化膜層表面多顆粒和多孔隙，激光強化后的膜層表面較為平滑少孔。膜層顯微硬度檢測采用的設備為日本朱氏社所的DUH-W201S超顯微硬度計，氧化膜層和激光強化膜層平均硬度值分別為451HV和1026HV,激光強化處理后顯著提 高了膜層的硬度值。
【權利要求】
1.一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，所述處理方法包括以下步驟: 步驟一:對待處理的轉杯(I)進行整體氧化處理，具體過程為:將石墨陰極(2)和待處理的轉杯(I)完全浸入工作液中，且所述石墨陰極(2)位于轉杯(I)內，利用脈沖電源(3)在石墨陰極(2)與轉杯(I)之間施加一個周期的正負交變直流脈沖，對轉杯(I)整體進行氧化，然后執行步驟二； 步驟二:對上述氧化處理過的轉杯(I)進行局部強化處理，具體過程為:將步驟一氧化處理后的轉杯(I)固定在激光器工作臺上，調節激光器的激光頭，使激光器發射出來的激光入射到所述轉杯(I)內槽的一個回轉半徑的掃描帶上，在激光器發射激光的同時旋轉該轉杯(I )，使激光在0.8mm/s至20mm/s的速度下，在當前掃描帶上呈螺旋式的路徑對轉杯(I)進行掃描，當轉杯(I)的旋轉角度達到360°時，停止旋轉轉杯(I)，然后執行步驟三； 步驟三:將激光入射點移動至轉杯(I)的下一個回轉半徑的掃描帶上，并保持相鄰的激光掃描帶的重疊率在5%至50%之間，利用步驟二的掃描方法對轉杯(I)進行掃描，當轉杯(I)內槽均完成掃描后，獲得復合陶瓷化處理后的轉杯(I )。
2.根據權利要求1所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，在步驟一之前，首先對轉杯(I)進行清洗，具體方法包括以下步驟: 步驟--:將轉杯在清水中清洗Imin至3min,然后執行步驟一二 ； 步驟一二:將經過步驟一一清洗后的轉杯放入丙酮或無水乙醇中，利用頻率為24KHz~40KHz的超聲波清洗Imin至3min，然后執行步驟一三； 步驟一三:將經過步驟一二清洗后的轉杯放入去離子水中清洗Imin至2min，然后執行步驟一四； 步驟一四:將步驟一三清洗后的轉杯烘干，獲得清洗后的轉杯。
3.根據權利要求1所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，步驟一所述工作液為堿性，溫度在30°C至40°C之間。
4.根據權利要求1所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，步驟一所述利用脈沖電源(3)在石墨陰極(2)與轉杯(I)之間施加一個周期的正負交變直流脈沖的具體過程為: 在tl時刻，脈沖電源(3)輸出一個寬度為Tz、幅值為Vz的正向脈沖，在該正向脈沖的結束時刻，脈沖電源(3)輸出一個寬度為Tf、幅值為Vf的負向脈沖； 在t2時刻，脈沖電源(3)輸出一個寬度為Tz、幅值為Vz的正向脈沖，在該正向脈沖的結束時刻，脈沖電源(3)輸出一個寬度為Tf、幅值為Vf的負向脈沖； 依此類推， 在ti時刻，脈沖電源(3)輸出一個寬度為Tz、幅值為Vz的正向脈沖，在該正向脈沖的結束時刻，脈沖電源(3)輸出一個寬度為Tf、幅值為Vf的負向脈沖；
其中 Vz 為 500V 至 700V，Vf 為-150V 至-30V，且 Vz > Vf, ti > t1-1+Tzl+TfI，Tz ≥ Tf,Tz和Tf均為0.0Ols至0.08s, i=l,2, 3,4,……η,η為正整數，從tl時刻開始到第η個脈沖的結束時刻為一個周期，一個周期為20min至60min。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，步驟二和三過程中，激光器的輸出功率保持在50W至400W之間。
6.根據權利要求4所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，所述正向脈沖和負向脈沖的頻率均在20Hz至500Hz之間。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，局部強化處理是在有保護氣體的環境下進行的，所述保護氣體為氬氣或氮氣。
8.根據權利要求1所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，激光器發射出激光的能量在20j/mm2至300j/mm2之間。
9.根據權利要求1、2、3或4所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，所述激光器為C02激光器或Nd = YAG激光器。
10.根據權利要求1、2、3或4所述的一種氣流紡轉杯復合陶瓷化處理方法，其特征在于，所述轉杯(I)的材料 為鋁或鋁合金材料。
【文檔編號】C25D11/18GK103526252SQ201310532716
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】狄士春, 喻杰 申請人:哈爾濱工業大學