类金刚石涂层处理转杯、分梳辊的探讨

类金刚石涂层处理转杯、分梳辊的探讨 纺织-N.材Text.1eAccessoriesVol34Supplement Aug.2007 类金刚石涂层处理转杯,分梳辊的探讨 张一鸣,曹根阳,杨兵,范相军,陈军. (1.武汉科技学院,武汉430073;2.武汉大学.武汉430072;3.武汉江南集团,武汉430063) 摘要:为提高转杯纺纺纱元件的耐磨性,做了分梳辊齿环气相沉积镀类金刚石涂层(DLC)试验, 结果证明,类金刚石膜硬度可以达到1500HV,2000HV;摩擦系数为0.10,0.25;附着力为 53.6N.通过纺纱试验证实纺纱质量略有提高,能满足纺纱工艺要求,值得进一步探讨. 关键词:转杯;分梳辊;耐磨性;硬度;气相沉积;类金钢石膜 中图分类号:TS103.8文献标识码:A文章编号:1001—9634(2007)S2—0016-03 0引言 近些年来,转杯纺纱技术在我国得到了广泛应 用,不仅可纺纯棉纱,化纤纱,还能纺麻纱,毛纱及绢 纱;不仅能纺粗号纱,也能纺中,细号纱,牛仔布用 纱,针织低捻纱. 目前,转杯纺不但有半自动接头,自动接头,而 且具有自动检测,断头自停,自动生头,自动落纱,工 艺参数自动显示,张力控制,防火报警,生产数据自 动处理等自动装置,使纺纱厂用工大幅度减少,为招 工困难的纺纱厂带来了福音;因此,预计转杯纺在我 国的发展前景良好. 我国转杯纺纱机的制造也有很大的发展,但纺 杯,整体分梳辊或分梳齿环等部件与德国BelCoro 纺纱元件相比,仍有较大的差距,他们采用了3D镀 层技术,即使是难以触及的部分和易磨损的区域也 能得到最佳的镀层,保护这些关键的纺纱元件不易 磨损.我国纺织科技人员也在纺纱元件镀层技术方 面积极进行探索,下面简要地介绍所做的工作. 1转杯纺技术对纺纱元件的要求 1.1元件 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面光滑 分梳辊将棉条分解成单纤维后,转杯将分解后 的纤维重新聚合成连续的条子,并加上一定的捻度. 分解后的纤维到达转杯后壁后,随着转杯的高速回 转(100kr/min以上),纤维在离心力的作用下克服 杯壁的摩擦阻力而滑向凝聚槽.这说明转杯纺中纺 收稿日期:2007—01—05 作者简介:张一呜(1939,),男,湖北武汉人,教授,高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,主要从事纺织工艺及纺织器材应用方面的研究与教 学. 杯的内壁要求不妨碍纤维向下滑移到凝聚槽,以利 于纤维的伸直,提高成纱的强力.因此,纺杯内壁及 凝聚槽的制造加工要求较高,其表面粗糙度Ra值 小于0.1/zm为好. 1.2摩擦系数小 为了能更好地了解纤维在转杯内的滑移运动, 将转杯的滑移圆锥面展开,这样可把转杯纤维运动 的空间轨迹当作一平面轨迹来讨论,得出纤维在转 杯内壁面上的滑移运动轨迹S__1]. s一?(rc.sa+2R) 式中: r一,凝棉槽高度; ——一 纤维与滑移面的摩擦系数; a——滑移面的倾角; R一纺杯半径. 从上式可见,影响滑移状态的主要因素,首先是 滑移面与纤维的摩擦系数,其次为凝聚槽的高度 和滑移面的倾角a. 图1为转杯内壁与纤维的摩擦系数对成纱质量 的影响.从图中可以看出摩擦系数小,其成纱强力 高,成纱不匀率低;断裂强度不匀率,断裂伸长与摩 擦系数呈线性关系;说明转杯内壁及凝聚槽要求较 小的摩擦系数. 1.3耐磨 转杯纺转速一般在100kr/min左右,分梳辊的 转速也在7kr/min左右,在高速的运转中,零部件 很容易磨损,属于易损件.例如纺粗号纱时,每台 200头,每天约纺1t纱,因而每头每年要有3t纤维 与这些纺纱元件摩擦,加之速度高,气流的作用,加 速了这些纺纱元件的磨损,因此,这些纺纱元件要求 第34卷增刊 2007年8月 纺织-H-材 TextileAccessories \,,, ——一一 —, . 图1转杯内壁的摩擦系数与成纱质量的关系 有较好的耐磨性能. 2转杯,分梳辊涂层的加工原理 2.1气相沉积法的应用机理 在硬质合金,钢铁材料,有色金属及合金的表 面,涂覆一种超硬化合金,使工模具及核心结构的零 件耐磨,可大大提高产品质量,延长使用寿命.这种 硬质化合物表面涂覆处理技术正在迅速发展之中, 获得了相当广泛的工业应用.我们采用物理气相沉 积(PVD)处理方法,该方法是用物理方法把欲涂覆 物质涂覆在工件的表面上,即在高真空中把金属,合 金或化合物蒸发,并通过等离子体电离成各种离子, 溅射并凝聚在工件上,极大地提高工件的硬度和耐 磨性.我们在武大弘毅新材料有限公司实验工厂 中,采用该技术来提高转杯纺纺纱元件的耐磨性能 及减小摩擦系数,使其得到良好的纺织性能. 2.2类金刚石(DLC)涂层的形成 我们采用类金刚石(DLC)等离子涂层装置对转 杯纺纺纱元件进行PVD表面硬质合金涂层处理. 如图2所示,该装置由三个部分组成:?由两个普 通真空泵,两个扩散泵及一台ZJ一30罗茨泵组成的 高真空系统;?由直流脉冲高压电源系统所产生的 等离子体装置;?由四个不同的金属合金靶,碳靶 及乙炔所组成合金涂层物质以及由永久磁铁组成磁 控装置. 将转杯,分梳辊,整体分梳环,分梳针环或齿环, 隔离盘,给棉板,给棉罗拉等放在真空炉的阴极板 上,炉内接通高压电源,在炉内产生等离子体,等离 子体电离合金靶中射出金属粒子及碳靶,乙炔中射 接真空泵 电磁线圈 图2DLC直流等离子溅射装置 出的碳离子成为阳离子,在磁控的作用下,溅射在这 些纺纱元件外表面上并沉积,形成类金刚石涂层. 3类金刚石涂层膜的性能及检验 类金刚石涂层膜即纳米金刚石膜,其结构类似 金刚石晶状结构和石墨层状结构.由于结构的特殊 性,使得加工后的纺纱元件具有摩擦系数小,导热性 能好,硬度高等优良性能.这些性能满足了转杯纺 纺纱元件的性能要求.我们采用20mm×20mm× 5mm的试块,镀上类金刚石膜后检验其性能,结果 如下. 3.1类金刚石膜的硬度 经多次在显微维氏硬度计上测试,硬度为1500HV , 2000HV左右,最高可达3600HV. 3.2类金刚石膜的摩擦系数 由于类金刚石膜存在石墨层状结构,因而具有 较好的自润滑性能.经多次测试,其摩擦系数在0.1 , 0.2左右(见图3). 循环数 图3DLC膜的摩擦系数曲线 3.3类金刚石膜的附着力 合金及碳离子经轰击以后溅射在金属表面,其 中一部分透过表面渗进金属,另,部分就沉积在金 属表面(见图4所示).膜与基体的结合性能在很大 程度上决定涂层应用的可能性和寿命,结合强度是 ????nm97:2?nm R骤晕蓝越骠o/0\姗镁 如加 nnnOn们籁噍鼙赶 【18】?354?纺织器材TextileAccessoriesVol34Supplement Aug.2007 影响涂层质量的首要指标.通过涂层附着力划痕试 ,远超过国家 验仪的检测,其附着力在53.6N左右 标准30N的要求. 图4试样剖面类金刚石膜少数渗在金属内, 大多数沉积在外表面 4类金刚石涂层分梳辊的纺纱试验 我们将镀上类金刚石膜的分梳辊(或分梳齿环) 与未处理的放在BD200SN转杯纺纱机上进行对 比,试纺纯棉副牌58tex棉纱.纺纱质量见表1. 表1处理前后分梳辊质量对比 从表1可见:经处理后的分梳辊较未处理的质 量略有提高. 5结束语 5.1转杯纺纺纱元件属易损件.我国纺纱元件的 硬质合金表面处理技术远远落后于德国,应迎头赶 上. 5.2近两年经多次的探讨,在DLC等离子体直流 脉冲装置中加工转杯纺纺纱元件,能满足转杯纺纱 性能及工艺的要求. 5.3对20mm×20mm×5mm的试样经DLC硬 质合金涂层处理后,经检验,硬度在1500Hv, 2000HV,最高可达到3600HV;其摩擦系数/2为 0.10,0.25,涂层的附着力为53.6N,能满足转杯 纺纱工艺的要求 参考文献: [1]张百祥,周慈念,梁全茹.转杯纺纱[M].纺织工业出版 社,1990. [2]刘国涛,等.新型纺纱[M].中国纺织出版社,1999. E3]刘谦祥.类金刚石碳膜和氮化钛摩擦学性能研究EJ].天 津师范大学,2003,23(2):58—61. [4]俞世吉.CVD和PVD超硬涂层的研究进展[J].真空与 低温,1999,5(3):157—166. E5]赵建生.非平衡磁控溅射氟化类金刚石(DIc)薄膜的结 构和性能EJ].中国机械工程,1999,1o(1):93—98. ProbingintoDiamond—likeCoatingTreatedRotorandCardingRoller ZHANGYi—ming,CAOGen—yang,YANGBing,FANXiang—jun,CHENJun (1.WuhanSci— techUniversity,Wuhan430073,China;2.WuhanUniversity,Wuhan430072,China; 3.WuhanJiangnanGroup,Wuhan430063,China) Abstract:Inordertoupgradethewear— resistanceofrotorspinningelements,theexperimentisdonetothe vapordepositionfordiamond— likecoatingonthetoothringsofthecardingroller.Conclusionismadethat thediamond —.likecoatingisqualifiedforspinningprocessforhigherspinningqualityinthatthecoatingri —. gidityisashighasfrom1500HVto2000HV,thefrictionfactorreachingdownfrom0.10to0.25 ,with cohesionforceasmuchas53.6N,thusworthyofpromotion. KeyWords:rotor;cardingroller;wear—resistance;rigidity;vapordeposition;diamond— likecoating (上接第44页) 参考文献: [1]苏馨逸.细纱牵伸器材,专件与细纱工艺原则:一[J].纺 织器材,2005,32(3):9-14. [2]苏馨逸.细纱牵伸器材,专件与细纱工艺原则:二EJ].纺 织器材,2005,32(4):18—19. [3]孟进,金云,俞勤节.浅析专利下销与普通下销的纺纱机 理FJ].纺织器材,2005,32(3):15-17.