[发明专利]一种用于加热辊的TiO2基陶瓷加热涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，具体涉及一种用等离子喷涂方法制备用于加热辊的TiO₂基陶瓷加热涂层及其制备方法。

背景技术

造纸、印刷、打印、复印、纺织、橡胶、塑料、化纤等行业的许多生产工艺如层压、压花、干燥、退火、压光和膜定向等都需要使用加热辊，特别是对于薄片卷筒类的产品进行预热、烘干、定向、层压、压纹、压花等工艺，更适合用加热辊对其加工的产品进行加热或加工。

目前加热辊的加热方式主要有液态加热和电加热两种方式。其中，油、水、蒸汽等液态加热是传统的加热方法，已经使用了几十年，大多数的液态加热系统需要贮液池和加热设备，需要用泵、旋转接触器和管件将液体传输给辊子。由于其维修成本高、不易控温、能耗大，且容易发生泄漏和锈蚀，压力容器需定期检修等问题，已经越来越少被人们采用。

电加热主要分电热管直接加热和电磁感应加热两种方式。电热管直接加热是将电热管直接置入加热辊内，使热量在辊子表面均匀分布以达到加热的目的；电磁感应加热则是利用高频发生器驱动感应加热线圈，通过感应生热和热管技术使辊子壳体的内表面通过高强度、快速变化的磁场而产热。由于电加热在环境保护、使用寿命、安全性能等方面都具有独特优势，越来越受到欢迎，成为加热辊的主要加热方式。但是由于这种加热方式需要额外的电热管和感应辅助设备，成本较高，且辊筒表面加热温度不易控制均匀而影响产品质量，对于一些要求很高的产品难以满足要求。同时，由于其复杂的结构给温度检测带来了困难，造成温度控制精度低，也影响了产品的质量。

陶瓷加热辊是一种新型的电加热辊，它利用热喷涂技术在辊的外表面直接喷涂各种陶瓷材料，使之形成覆盖整个辊子表面的薄而均匀的、具有特殊功能的加热元件，通过外部电源使辊子表面产生均匀的辐射热。由于陶瓷加热辊采用的是外部加热，直接在辊子表面产生热量，这样就使得陶瓷加热辊的表面温度比内部温度高，所以这种外部加热系统比其它的内部加热系统效率更高，大大减少了系统能耗。同时，由于陶瓷涂层的硬度高，耐腐蚀性、耐磨损性好，化学性能稳定，不易氧化，使得陶瓷加热辊具有生产效率高、产品质量好，加热均匀、控温容易，减少设备维修费用和停工时间，使用寿命长，节能降耗，操作安全并且能获得与高成本的感应加热辊相同的性能。目前，陶瓷加热辊在国内尚无相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于加热辊的TiO₂基陶瓷加热涂层及其制备方法。本发明所提供的涂层可以满足更高温度范围内的应用，满足低电流、高电压的工业要求。Al₂O₃的加入，可明显提高涂层的加热温度，使涂层可以稳定的工作在300℃以上。

本发明所提供的一种用于加热辊的TiO₂基陶瓷加热涂层，包括有直接喷涂在辊核上的绝缘层，和喷涂在绝缘层之上与绝缘层紧密接触的一个加热层；所述绝缘层使用的材料为绝缘陶瓷材料：Al₂O₃粉末，厚度为120～150μm；所述加热层使用的材料为半导体特性的陶瓷材料：TiO₂+Al₂O₃的混合粉末，其中，TiO₂和Al₂O₃粉末按质量百分比为90∶10～50∶50混合，加热层的厚度为180～200μm。

本发明所提供的一种用于加热辊的TiO₂基陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)绝缘层的喷涂：采用等离子喷涂设备将绝缘层的材料Al₂O₃粉末喷涂到经喷砂粗化处理后的辊核之上，喷涂工艺参数为：主气Ar，主气流量32～45L/min，辅气H₂，辅气流量8～10L/min，送粉气Ar，送粉气流量10～12L/min，送粉率25～40g/min，电流500～550A，枪摆速度25～30mm/s，试件转速200～300转/min，喷涂距离90～110mm。