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Abstract

本发明涉及一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，属于印刷机械零部件制造技术领域。本发明大厚度版辊铜涂层的制备方法包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层。本发明具有如下优点：环境友好，无有毒、有害物质排放；涂层组织致密，孔隙率低；涂层性能稳定，基本不存在硬度衰减；涂层厚度不受限制，版辊尺寸不受限制；涂层沉效率高，生产能力可达20kg/h以上。

Description

一种大厚度版辊铜涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，属于印刷机械零部件制造技术领域。
背景技术
印刷机械的关键部件为其版辊，版辊的质量决定了装备的印刷水平。目前凹版印刷的铜版辊几乎都是电镀制备，随着凹版印刷的立体感要求越来越高，铜涂层厚度需求进一步增加，电镀技术的生产效率以及厚涂层的质量已存在明显不足；另一方面，随着环保压力的增大，也亟需开发可替代电镀铜的绿色制造技术。冷喷涂技术作为一种替代电镀的绿色制造技术，可更清洁、更高效，甚至更低成本制备凹版印刷机械中的厚铜涂层版辊，将在印刷机械行业中具有广阔的应用前景。
开发一种新型大厚度版辊铜涂层的制备方法，以解决当前电镀版辊大厚度铜镀层的缺陷，实现版辊铜涂层绿色、高效、高质量制备，是当前急需解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种大厚度版辊铜涂层的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述压缩气体为氮气或氮气氦气混合气体。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述压缩气体的工作压力为2～25MPa。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述压缩气体的温度为200～1000℃。
优选地，所述压缩气体的温度为300～600℃。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述铜粒子的粒径为3～90μm。
优选地，所述铜粒子的粒径为5～45μm。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为300～1300m/s，所述铜离子撞击版辊表面的温度为200～900℃。
优选地，所述铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为600～1300m/s。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为10～70mm。
优选地，所述拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为15～35mm。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述大厚度版辊铜涂层的厚度大于0.5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)绿色，环境友好，基本无有毒、有害物质排放；(2)致密，制备出的涂层致密度高、孔隙率低；(3)稳定，制备出的涂层性能稳定，基本不存在硬度衰减；(4)不受限，制备涂层的厚度不受限，版辊尺寸也不受限；(5)效率高，涂层沉积效率高，生产能力可达20kg/h以上。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层；
压缩气体为氮气氦气混合气体，压缩气体的工作压力为3MPa，压缩气体的温度为400℃；铜粒子的粒径为40μm，铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为800m/s，铜离子撞击版辊表面的温度为200℃，拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为20mm；大厚度版辊铜涂层的厚度为0.55mm。
本实施例制备得到的版辊铜涂层致密度为99.0％，版辊铜涂层硬度为160HV，连续使用6个月不衰减。
实施例2
一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层；
压缩气体为氮气，压缩气体的工作压力为6MPa，压缩气体的温度为500℃；铜粒子的粒径为45μm，铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为850m/s，铜离子撞击版辊表面的温度为900℃，拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为20mm；大厚度版辊铜涂层的厚度为0.6mm。
本实施例制备得到的版辊铜涂层致密度为99.5％，版辊铜涂层硬度为180HV，连续使用6个月不衰减。
实施例3
一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层；
压缩气体为氮气氦气混合气体，压缩气体的工作压力为4MPa，压缩气体的温度为450℃；铜粒子的粒径为25μm，铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为900m/s，铜离子撞击版辊表面的温度为400℃，拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为20mm；大厚度版辊铜涂层的厚度为0.7mm。
本实施例制备得到的版辊铜涂层致密度为99.4％，版辊铜涂层硬度为210HV，连续使用6个月不衰减。
实施例4
一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层；
压缩气体为氮气，压缩气体的工作压力为2MPa，压缩气体的温度为200℃；铜粒子的粒径为3μm，铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为300m/s，铜离子撞击版辊表面的温度为600℃，拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为10mm；大厚度版辊铜涂层的厚度为0.6mm。
本实施例制备得到的版辊铜涂层致密度为96.2％，版辊铜涂层硬度为170HV，连续使用6个月不衰减。
实施例5
一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层；
压缩气体为氮气，压缩气体的工作压力为25MPa，压缩气体的温度为1000℃；铜粒子的粒径为90μm，铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为1300m/s，铜离子撞击版辊表面的温度为800℃，拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为70mm；大厚度版辊铜涂层的厚度为0.55mm。
本实施例制备得到的版辊铜涂层致密度为99.9％，版辊铜涂层硬度为200HV，连续使用6个月不衰减。
效果例1
为了考察压缩气体的温度对制备得到的涂层性能的影响，设置了试验组1～5和对照组1～2。试验组1～5和对照组1～2中，仅压缩气体的温度不同，其他参数条件均相同，压缩气体的温度如表1所示。并对试验组1～5和对照组1～2制备得到的涂层的性能进行测试，测试结果如表1所示。
表1
压缩气体的温度(℃) 涂层致密度 涂层硬度 硬度衰减
试验组1 200 96.2％ 160HV 6个月以上
试验组2 300 99.1％ 210HV 6个月以上
试验组3 500 99.5％ 200HV 6个月以上
试验组4 600 99.3％ 190HV 6个月以上
试验组5 1000 97.9％ 170HV 6个月以上
对照组1 100 93.2％ 110HV 4个月
对照组2 1100 95.2 140HV 5个月
由表1可知，试验组1～5的温度在本发明的范围内，制备得到的涂层具有较好的致密度和硬度，且连续使用6个月不衰减；对照组1～2的温度不在本发明的范围内，制备得到的涂层的致密度、硬度及抗衰减性能不如本发明。并且，试验组2～4的性能数据最优，即当压缩气体的温度为300～600℃时，制备得到的涂层具有更佳的致密度、硬度及抗衰减性能。
效果例2
为了考察铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度对制备得到的涂层性能的影响，设置了试验组1～5和对照组1～2。试验组1～5和对照组1～2中，仅铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度不同，其他参数条件均相同，铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度如表2所示。并对试验组1～5和对照组1～2制备得到的涂层的性能进行测试，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002302999020000051
Figure BDA0002302999020000061
由表2可知，试验组1～4的速度在本发明的范围内，制备得到的涂层具有较好的致密度和硬度，且连续使用6个月不衰减；对照组1的速度不在本发明的范围内，制备得到的涂层的致密度、硬度及抗衰减性能不如本发明。并且，试验组2～4的性能数据最优，即当铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为600～1300m/s时，制备得到的涂层具有更佳的致密度、硬度及抗衰减性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种大厚度版辊铜涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过拉瓦尔管的加热压缩气体加速铜粒子，铜粒子以低温、高速和完全固态形式撞击版辊表面，逐层沉积制备得到大厚度版辊铜涂层。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压缩气体为氮气或氮气氦气混合气体。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压缩气体的工作压力为2～25MPa。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压缩气体的温度为200～1000℃。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述压缩气体的温度为300～600℃。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜粒子的粒径为3～90μm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为300～1300m/s，所述铜离子撞击版辊表面的温度为200～900℃。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铜粒子在拉瓦尔管出口处的速度为600～1300m/s。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述拉瓦尔管出口至版辊表面的距离为10～70mm。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述大厚度版辊铜涂层的厚度大于0.5mm。
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