表面的制作方法
【專利摘要】一種流體轉(zhuǎn)移表面的制備方法，該方法包括：提供一個(gè)鈦或鈦合金的表面；使鈦或鈦合金表面通過間隙元素吸收進(jìn)行表面硬化以提供一個(gè)硬化的表面；并且，如果需要的話，雕刻所述表面，以提供所需的表面形貌。
【專利說明】表面

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流體轉(zhuǎn)移表面，該流體轉(zhuǎn)移表面的制備方法，以及該流體轉(zhuǎn)移表面的 用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 在流體轉(zhuǎn)移操作中，裝載有流體的表面（流體轉(zhuǎn)移表面）和副表面有經(jīng)常接觸或 反復(fù)接觸。例如，印刷版、膠印滾筒、橡皮輥?zhàn)踊蚱渖鲜┘佑辛黧w的目標(biāo)基體表面。流體轉(zhuǎn) 移表面通常有一個(gè)在其生命周期中始終保持不變的精確設(shè)計(jì)的形貌。該表面也必須能重復(fù) 地接收和輸送一致的和一定量的流體，因此必須是硬且耐磨的。由在使用中的逐漸磨損或 粗心的操作導(dǎo)致的對表面的任何損害都很可能轉(zhuǎn)化為對預(yù)期的產(chǎn)品缺陷。
[0003] 另一個(gè)問題是要注意的是，施加到副表面上的流體可以是高度腐蝕性的。例如，苯 胺印刷油墨（Flexographic inks)通常是堿性的，它們有時(shí)含有高含量的氨，將腐蝕如銅和 鋁等的金屬。此外，現(xiàn)代的印刷油墨是裝載有諸如粘土和碳酸鈣礦物以及礦物顏料的復(fù)合 制劑，這類填料可能導(dǎo)致諸如印刷輥和/或刮刀這樣較軟的印刷表面的磨損。
[0004] 鉻電鍍（或"硬鉻（hard chrome) "）可被用于保護(hù)（輥）表面避免由于表面上鉻 層的沉積導(dǎo)致的磨損和腐蝕。然而，這也有其缺點(diǎn)。沉積的鉻層具有極小的孔隙度，因而不 能提供完全有效的針對印刷流體腐蝕的屏障。這就必須使用一個(gè)更高密度的阻隔膜（如 鎳）作為底涂層，在沉積鉻層前沉積到相關(guān)的表面上。此外，鍍鉻帶來了環(huán)境和健康危害。 用鉻酸的電鍍槽也有嚴(yán)重的危險(xiǎn)。更值得關(guān)注的是，鍍鉻使用了包括作為人類致癌物的六 價(jià)鉻（Cr 6+)。因?yàn)楹懈吆康乃岷椭亟饘?，使用過的溶液也必須小心處理。
[0005] 從1970年代開始，以等離子體噴涂一層厚的鉻氧化物多少取代了鉻電鍍作為賦 予流體轉(zhuǎn)移表面耐磨性和耐腐蝕性的手段。與鍍鉻相比，鉻氧化物是極其堅(jiān)硬（HV?1500) 和更耐磨的。接下來，等離子體噴涂鉻氧化物的表面可以被加工（machined)，以及然后用激 光雕刻均勻的單元格圖案或凹槽。
[0006] 然而，這種方法本身并非沒有問題。常規(guī)的空氣等離子噴涂鉻氧化物粉末的沉積 效率是比較低的（小于約45%)，以及等離子噴涂需要大功率，這兩點(diǎn)意味著運(yùn)行等離子體 噴射系統(tǒng)的成本相對較高。此外，結(jié)構(gòu)缺陷總是出現(xiàn)在等離子體噴涂涂層中，以及孔隙度 (porosity)趨向較高。可以理解的是，涂層中的缺陷降低了作為對腐蝕性流體的屏障的有 效性。當(dāng)腐蝕性流體與底層基板接觸，涂層與基體的交界面經(jīng)常發(fā)生問題。此外，較高的孔 隙度限制了可以雕刻的單元格數(shù)量，這限制了可產(chǎn)生的打印質(zhì)量。
[0007] 考慮到通過鉻基粉末的熱噴涂形成Cr6+的可能性。事實(shí)上，在2004年的美國加州 空氣資源委員會通過的通過04-44號決議中指出，使用含鉻材料的熱噴涂操作，可能會導(dǎo) 致潛在的有害的六價(jià)鉻空氣濃度，并設(shè)置了控制措施以應(yīng)對這一風(fēng)險(xiǎn)。
[0008] 在此背景下，能提供一種替代的生產(chǎn)流體轉(zhuǎn)移表面的方法是有利的，例如一些堅(jiān) 硬的、對在使用中將與表面接觸的流體具有耐磨性和耐腐蝕性的印刷表面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明提供一種流體轉(zhuǎn)移表面的制備方法，該方法包括：
[0010] 提供一個(gè)鈦或鈦合金的表面；
[0011] 使鈦或鈦合金表面通過間隙元素吸收（interstitial element absorption)進(jìn)行 表面硬化以提供一個(gè)硬化的表面；并且，如果需要的話，
[0012] 雕刻所述表面，以提供所需的表面形貌。
[0013] 關(guān)于雕刻工序，如果需要的話，可以在對鈦/鈦合金表面進(jìn)行表面硬化的步驟之 前和/或之后進(jìn)行。
[0014] 鈦及鈦合金具有卓越的抵抗大氣腐蝕和侵襲性溶液（包括堿性介質(zhì)）的性 能。鈦的密度為4. 5g/cm3,在目前情況下這使得它用于大型模具和壓輥時(shí)成為一個(gè)有吸 引力的選擇，因?yàn)檫^重會使得操作笨重。然而，鈦和鈦合金往往具有較差的摩擦學(xué)性能 (tribiological properties)，使它們不適用于表面互相滑動時(shí)的情況，比如用于流體轉(zhuǎn) 移表面。
[0015] 本發(fā)明的目的是充分利用鈦和鈦合金的所希望的性能，同時(shí)尋求解決其耐磨損性 差的問題。按照本發(fā)明，通過處理所述鈦或鈦合金，以實(shí)現(xiàn)其表面硬化完成。按照本發(fā)明， 這是通過的間隙元素吸收的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。
[0016] 本發(fā)明還提供了通過本發(fā)明的方法制備的流體轉(zhuǎn)移表面，以及所述流體轉(zhuǎn)移表面 在流體輸送中的應(yīng)用。本發(fā)明進(jìn)一步提供了在副表面提供流體的方法，該方法包括：按照本 發(fā)明提供被輸送到流體轉(zhuǎn)移表面的流體，將流體轉(zhuǎn)移表面與副表面相接觸，以將流體從流 體轉(zhuǎn)移表面轉(zhuǎn)移到副表面。這里的術(shù)語"副表面"用來表示流體要被輸送到的表面。副表 面可以是用于將流體輸送到最終產(chǎn)品/基底表面上的表面，例如印刷版、膠印滾筒、輥的表 面上。輥通常由天然或合成的聚合物形成，通常是橡膠或金屬?；蛘撸摳北砻婵梢允怯糜?施加流體的最終產(chǎn)物/基底本身。最終產(chǎn)物/基底的實(shí)例包括塑料薄膜和片材（例如PE， ΡΕΤ，ΡΡ，Β0ΡΡ，乙烯基（vinyl)，PVC，聚碳酸酯，聚苯乙烯，尼龍和PTFE)及鍍金屬膜。該膜 可以為鑄件或吹塑薄膜或?qū)訅褐破?。可替換地，最終產(chǎn)物/基底可以是紙張或滾筒，木材或 金屬片或金屬箔。本發(fā)明在關(guān)于生產(chǎn)在打印操作情況下的流體轉(zhuǎn)移表面具有獨(dú)有的效用。
[0017] 貫穿本說明書和隨后的權(quán)利要求書，除非上下文另有要求，詞語"包括"及其變型 如"含有"和"包含"，將被理解為暗示包括所述的整數(shù)或步驟以及一組整數(shù)或步驟，但并不 排除任何其他的整數(shù)或步驟以及一組整數(shù)或步驟。
[0018] 相對任何現(xiàn)有的出版物（或從它衍生的資料）或任何已知物質(zhì)而言，本說明書中 的參考文獻(xiàn)不是也不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或接受或任何形式的建議，現(xiàn)有的出版物（或從它衍 生的資料）或已知的物質(zhì)形成本說明書相關(guān)的努力屬于本領(lǐng)域公知常識的一部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 本發(fā)明的實(shí)施例參考所附的非限制性的附圖示出。
[0020] 圖1是按照本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈦表面的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0021] 圖2是按照本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈦表面的經(jīng)蝕刻的橫截面的掃描電子顯微鏡圖 像。
[0022] 圖3是按照本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦表面的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0023] 圖4是按照本發(fā)明實(shí)施例3制備的鈦表面的掃描電子顯微鏡圖像。
[0024] 圖5是按照本發(fā)明實(shí)施例4制備的鈦表面的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0025] 圖6是按照本發(fā)明實(shí)施例5制備的鈦表面的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0026] 圖7是實(shí)施例6中的印刷機(jī)裝配試驗(yàn)的示意圖，示出了墨盤、輥和刮刀的布置。
[0027] 圖8是按照本發(fā)明實(shí)施例7制備的鈦表面的受損區(qū)域的光學(xué)顯微鏡圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，通過利用鈦與一種或多種間隙元素 （interstitial elements)產(chǎn)生 反應(yīng)來使表面（或者表面的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域）更充實(shí)，并增加鈦或鈦合金表面的耐磨性和 表面硬度，并且產(chǎn)生了期望的表面特性。當(dāng)使用鈦合金的時(shí)候，該元素將與合金化金屬反 應(yīng)，特別是當(dāng)合金元素為例如鋁、釩和鉻時(shí)。典型地，間隙元素選自氮、氧、碳和氫中的至少 一個(gè)。所需的表面硬化可以通過在包含相關(guān)元素的氣體的存在下局部熔化表面來實(shí)現(xiàn)。本 發(fā)明的這一方面也可以看作是烙體硬化工序（melt hardening step)。然而，在另一個(gè)實(shí)施 例中，也可以不通過局部熔化鈦/鈦合金表面來實(shí)現(xiàn)所需的表面硬化。本實(shí)施例涉及的固 態(tài)硬化，可以通過將表面暴露在合適的熱源和含有相關(guān)間隙元素的氣體中來處理。典型地， 使用本發(fā)明可使表面硬度達(dá)到至少HK 800 (10g負(fù)載下的努普硬度），優(yōu)選為至少HK 1200。 所使用的氣體可以是純的或氣體的混合物。在另一個(gè)實(shí)施例中，用來提供間隙元素的氣體 可以是與惰性氣體的混合物。
[0029] 可以使用純氮?dú)鈿怏w（可能使用惰性氣體如氬或氦稀釋）。氮可以被吸收進(jìn)入加 熱的鈦/鈦合金表面，并在冷卻時(shí)形成包括鈦的氮化物和/或位于金屬鈦晶格中的固態(tài)氮 溶液。這個(gè)過程被稱為氮化（nitriding)。
[0030] 同樣地，在處理環(huán)境中的包含氧或碳的某些氣體允許正在被處理的表面吸收這些 元素。例如，富含氮和氧的空氣，可以用于引起氮氧化（oxynitriding)反應(yīng)的發(fā)生。含碳 氣體如C0或(：0 2可用于實(shí)現(xiàn)滲碳（carburizing)。一般的結(jié)果是表面微結(jié)構(gòu)中，N、C、0和 /或Η在鈦晶格和鈦氮化物、碳化物、氧化物、氫化物和/或混合型（如：氮氧化物）相中填 隙地溶解。
[0031] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，表面硬化可以在各個(gè)階段所處于的氣體環(huán)境被改變的 一系列階段中通過吸收一種以上的元素達(dá)到間隙硬化來進(jìn)行。
[0032] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用的氣體的改變，取決于被處理表面的特定區(qū)域。在這種 情況下，整個(gè)表面的成分以及表面硬化效果可能變化。
[0033] 此外，或可選地，整個(gè)表面上的硬化效果可以通過改變表面被加熱的強(qiáng)度和/或 加熱的持續(xù)時(shí)間來操縱。這些工藝參數(shù)也將影響間隙元素的吸收，以及所用的氣體環(huán)境。 [0034] 不同的工藝參數(shù)，例如所用的氣體、加熱的強(qiáng)度/類型和/或加熱的持續(xù)時(shí)間也可 以應(yīng)用，以達(dá)到不同的元素吸收，并由此導(dǎo)致可以期望的表面的不同位置的不同特性。例 如，當(dāng)表面用作流體輸送時(shí)，基于在基底的不同區(qū)域上或需要不同的耐磨特性，因此需要不 同的表面硬化效果。在這種情況下，與將要經(jīng)受較輕的磨損的某一區(qū)域的表面相比，將要經(jīng) 受更大的磨損的表面的區(qū)域可以被處理以獲得更強(qiáng)的表面硬度。
[0035] 表面或表面的區(qū)域的表面硬度特性，也可能會影響到流體輸送到副表面的效率， 并且本發(fā)明可以允許通過操縱所述過程參數(shù)優(yōu)化流體輸送性能。
[0036] 鈦或鈦合金基底表面可以是流體輸送組件本身，諸如印刷版或印刷柱體，或鈦/ 鈦合金可以提供作為表面層或涂層或套筒上的另一種材料或組件，以提供流體輸送組件。 在任一情況下，該組件將是常規(guī)設(shè)計(jì)的，并可以采用圓柱體（例如，它可以是滾筒（roll)或 輥）/板等形式。該組件可以通過常規(guī)技術(shù)，如鑄造、乳制、擠制、鉆孔和焊接來制造。
[0037] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，通過冷噴涂（cold spray，也稱為冷氣體動力噴涂， cold gas-dynamic spray)將鈦或鈦合金層表面（直接地）提供到底層材料（組件）上。 然后，通過冷噴涂形成的層可以按照本發(fā)明進(jìn)行處理。冷噴涂是一個(gè)例如描述于US5302414 中的固態(tài)沉積過程。在這個(gè)過程中，粉末顆粒被加速形成超音速氣體流，使得在對工件表面 的沖擊中變形并結(jié)合。加速氣體通常為氮、氦或空氣，或兩種或更多種這些物質(zhì)的混合物。 粒子被加速到約300至約1200米/秒的速度。該過程發(fā)生在相對低的溫度，使得在飛行中 的噴射顆粒不會熔化。在本發(fā)明的冷噴涂的情況下，可用于沉積?。ㄍǔＰ∮?毫米，例如 在0. 1-1. 5毫米范圍內(nèi)）但密度高的鈦或鈦合金層到材料（組件）上。鈦或鈦合金層通常 直接設(shè)置到材料上。通過這種方式，鈦或鈦合金可以冷噴涂到基體組件（如圓柱體，板或模 具）的表面上形成涂層。該組件可以由任何合適的載體材料，包括鐵合金如鋼和鑄鐵、鋁的 合金，基于聚合物的復(fù)合材料（如玻璃纖維或碳纖維在聚合物基質(zhì)中），或者它們的任意組 合。如果沉積了足夠厚的鈦/鈦合金層，其可接著被加工，使該部件的總體尺寸返回到公差 范圍之內(nèi)并除去粗糙的剛噴涂的表面。雕刻前的平均粗糙度（Ra)通常應(yīng)該是小于0.5微 米，雖然該數(shù)值還是依賴于雕版的精細(xì)度。在某些情況下，然而，這個(gè)額外的加工步驟可以 不需要。鈦/鈦合金涂層然后可接受表面硬化并可以使用本發(fā)明的方法雕刻。這種方法的 成本優(yōu)勢是可以使用便宜的組件材料，以及可以使用最小的鈦/鈦合金的使用量。
[0038] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，冷噴涂可以用于提供鈦或鈦合金層到預(yù)先存在的、已變得 過度磨損或損壞的流體轉(zhuǎn)移表面上，以使其適合使用。在這種情況下，冷噴涂可以用于提供 新的鈦/鈦合金層到該流體轉(zhuǎn)移表面的磨損或損壞的區(qū)域。典型地，磨損或損壞的區(qū)域?qū)?在冷噴涂前被事先進(jìn)行復(fù)原加工（machined back),以提供合適的表面上，使得冷噴涂顆粒 會附著到其上。當(dāng)鈦或鈦合金已按要求沉積到根據(jù)需要已進(jìn)行復(fù)原加工的磨損或損壞的區(qū) 域中之后，可按照本發(fā)明對新的應(yīng)用表面進(jìn)行處理。目的是使修復(fù)的區(qū)域與原始表面具有 相同的表面特性（在表面硬度和表面浮雕/構(gòu)圖方面）。因此，本發(fā)明還提供修復(fù)流體轉(zhuǎn)移 表面的方法，該方法包括通過冷噴涂鈦或鈦合金粒子到表面上來提供位于流體轉(zhuǎn)移表面上 的鈦或鈦合金層，然后通過間隙元素吸收使鈦或鈦合金層硬化以提供硬化的表面，以及，如 果需要，雕刻硬化的表面，以提供所需的表面形貌。如前所述，在冷噴涂之前，可能有必要進(jìn) 行復(fù)原加工（原始）流體轉(zhuǎn)移表面，以及接下來，和/或在表面硬化之前沉積鈦或鈦合金。
[0039] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以期望改變預(yù)先存在的流體轉(zhuǎn)移表面的表面特性，以及 可通過冷噴涂新的鈦/鈦合金層以"覆蓋"現(xiàn)有的特征。通常，原始表面特征可通過加工去 除，隨后用冷噴涂來提供新的鈦或鈦合金層。在某些情況下，加工可能不是必需的，盡管機(jī) 械加工可以使通過冷噴涂施加的層的密合性方面得到改進(jìn)的結(jié)果。新的（冷噴涂）層可以 根據(jù)需要進(jìn)行復(fù)原加工，然后按照本發(fā)明進(jìn)行處理，以提供一種具有新的表面特征的流體 轉(zhuǎn)移表面用于流體輸送。在這個(gè)變化中，冷噴涂可以用于填充流體傳輸特性，并建立適當(dāng)厚 的鈦或鈦合金層，以使新的流體轉(zhuǎn)移表面可以按照本發(fā)明制成，而不是加工原始流體轉(zhuǎn)移 表面。通過冷噴涂沉積鈦或鈦合金后，在按照本發(fā)明的硬化和雕刻前，表面通常進(jìn)行復(fù)原加 工。
[0040] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，鈦/鈦合金部件（例如圓柱體，板或其他形式的）可以直 接由冷噴涂制造。通過冷噴涂直接制造（fabrication)或直接加工（manufacture),包 括轉(zhuǎn)換粉末原料到只包括顆粒原料的高密度的、緊密結(jié)合的的獨(dú)立的組件。這可以通過 將粉末噴涂到芯軸或支撐物上，隨后移除芯軸或支撐物來實(shí)現(xiàn)。作為噴涂組件，它是在 最終產(chǎn)品的公差范圍內(nèi)所要求的尺寸或者僅需要極少的加工以達(dá)到規(guī)定的尺寸（參見 W02009/109016 "管的加工"）。
[0041] 在另一實(shí)施方案中，鈦或鈦合金層可以通過激光烙覆（cladding)到下層基底上。 這種技術(shù)是本領(lǐng)域已知的。
[0042] 在本發(fā)明中，各種等級的鈦和各種類型的鈦合金都可以使用。在另一個(gè)實(shí)施方案 中，鈦或鈦合金可以是包括一個(gè)或多個(gè)功能有效的添加劑的復(fù)合材料。例如，鈦或鈦合金可 包括顆粒，如納米顆粒，即提供具有提高的耐磨性的鈦或鈦合金。此類顆粒可以包括硼化 物、碳化物或氧化物的化合物。使用碳化硅可通過舉例說明的方式被提及。
[0043] 在功能上有效的添加劑可以用已知的方法摻入鈦或鈦合金。就這一點(diǎn)而言，使用 冷噴涂以生產(chǎn)包含這種添加劑的鈦/鈦合金可能是一個(gè)特別方便的方式。
[0044] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，鈦或鈦合金可包括在實(shí)施表面硬化時(shí)被加熱汽化或燒掉的 犧牲元件。這將在鈦/鈦合金基底上產(chǎn)生孔隙度并提高表面浮雕。這可能是可取的，因?yàn)?它會增加基底表面在流體運(yùn)輸過程中捕獲和保留流體的能力。通過示例的方式，犧牲材料 可以是聚合物（以顆粒形式使用）。冷噴涂可方便地用于生產(chǎn)含有這樣的犧牲元件的鈦/ 鈦合金。
[0045] 在下文中，除非另外說明，否則提及的鈦和鈦合金包括上述的各種可能性。
[0046] 加熱鈦/鈦合金表面以促進(jìn)表面硬化的方式可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，表面 可以被加熱到一個(gè)適當(dāng)?shù)某潭?，同時(shí)暴露于含有相關(guān)元素的氣體中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例中，表面可以用含有相關(guān)元素的氣體和惰性氣體的混合物的等離子體流噴涂處理。等離 子體流通常通過包括一個(gè)電極的火炬裝置（torch)噴射，以產(chǎn)生等離子體。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員熟悉該技術(shù)以及它是如何實(shí)現(xiàn)的。
[0047] 優(yōu)選地，表面的加熱被限制在需要表面硬化的區(qū)域和鈦/鈦合金的厚度。事實(shí)上， 較少的局部加熱（less localized heating)可能是不是最好的，例如，如果鈦/鈦合金被 設(shè)置在熱敏感成分（如聚合物復(fù)合材料的）的組件上。
[0048] 因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用激光使表面熔化進(jìn)行熔融硬化。在這 種情況下，激光可以被用來提供非常局部的表面加熱。當(dāng)激光硬化用以施加到雕刻的表面 時(shí)，處理?xiàng)l件通常被控制以限制熔體的深度，使得它不超過該雕刻的深度。否則，可能導(dǎo)致 過度平滑化和變形的雕刻結(jié)構(gòu)。例如，一個(gè)每英寸含有80線（80 lines per inch)的三螺 旋（trihelical)圖案具有約50微米深度的單元格，這樣的表面在接下來的任何激光硬化 步驟熔化時(shí)，最好限制到不超過50微米。此外，通過間隙元素吸收激光表面硬化，已被發(fā)現(xiàn) 是非常靈活的，以可控的方式在鈦/鈦合金表面上制造寬范圍的屬性（properties)。因此， 該表面可以被定制，以滿足特定的流體輸送的應(yīng)用。通常，可以使用氣體或固態(tài)激光器，例 如，C0 2、Nd :YAG激光器或光纖激光器，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉其操作。按照本發(fā)明，各 種操作參數(shù)可影響表面硬化效果的達(dá)成，并且每個(gè)和每個(gè)的組合的影響可通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研 究。廣義地說，操作參數(shù)與激光器、激光器和表面的相對運(yùn)動以及氣體供應(yīng)有關(guān)。
[0049] 相對于所使用的激光，相關(guān)的操作參數(shù)將取決于所使用的激光源和它的操作方 式。脈沖模式相關(guān)的操作參數(shù)包括激光脈沖能量、脈沖寬度、重復(fù)率和擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡（beam expanding telescope)的設(shè)置。在連續(xù)模式中，例如使用Nd:YAG激光器，相關(guān)參數(shù)是激光 功率。不同類型的激光器可以通過選擇不同的操作模式、光學(xué)元件等以產(chǎn)生相同的硬化或 雕刻效果。
[0050] 關(guān)于激光器和鈦/鈦合金表面之間的相對運(yùn)動的相關(guān)參數(shù)包括遍歷速度 (traversing speed)和重疊率。該激光器可以是靜止的，而鈦/鈦合金表面相對移動，或反 之亦然。
[0051] 相對于氣體供給，相關(guān)參數(shù)包括氣體濃度、氣體流速和流動方向。
[0052] 通常，硬化的深度取決于在加熱鈦/鈦合金表面時(shí)，與相關(guān)間隙元素反應(yīng)的（表 面）層的厚度。例如，在低激光能量下熔融硬化，熔化深度會比較淺。峰值硬度（Peak hardness)與表面上的硬質(zhì)相（如氮化物和碳化物）以及它們的組合物的濃度有關(guān)。表面 的親水性也可以通過鈦/鈦合金與處理氣體的反應(yīng)操作。
[0053] 當(dāng)使用激光時(shí)，處理過的表面的粗糙度被認(rèn)為是激光功率、遍歷速度，道次之間的 間距（spacing between passes)以及處理環(huán)境等相關(guān)的函數(shù)。在富氮環(huán)境下，一種典型的 粗糙，可產(chǎn)生珊瑚狀的表面形貌（見下面的圖4)。增加激光功率導(dǎo)致越來越平滑的處理表 面。在加工過的鈦/鈦合金中，用激光處理很容易實(shí)現(xiàn)表面粗糙度（Ra)值小于0.3μπι。
[0054] 按照本發(fā)明的實(shí)施例，有可能無需任何的雕刻步驟即可產(chǎn)生一個(gè)適用于流體輸送 的硬化的表面。在這種情況下，表面硬化處理可以產(chǎn)生立即適用于流體輸送的表面形貌/ 浮雕，所以實(shí)際上并不需要雕刻。這可能是這種情況：通過改變?nèi)缟厦娼?jīng)鑒定的特定操作參 數(shù)，激光處理產(chǎn)生了合適程度的表面粗糙度。特別地，激光能量被認(rèn)為與此有關(guān)。
[0055] -般來說，要適用于流體傳輸，表面應(yīng)具有的表面體積容量為l_300cc/m2,例如 l-ll〇CC/m2,再比如2-20cc/m2,其通過常規(guī)測定技術(shù)，例如使用垂直掃描干涉儀或立體視頻 分析。一般地，平均粗糙深度（R z)應(yīng)小于200 μ m，例如5-100 μ m，通過例如使用觸針輪廓 儀決定。
[0056] 在其他實(shí)施例中，基于所預(yù)期的流體傳遞功能，表面被處理（雕刻）以提供期望的 形貌/表面浮雕，這可使用常規(guī)技術(shù)來完成。這些可以是機(jī)械性的，如壓花或滾花?；蛘?， 雕刻可以使用化學(xué)蝕刻或激光雕刻來進(jìn)行。其中兩種或多種技術(shù)的組合也可以使用。
[0057] 雕刻可以在對鈦/鈦合金表面進(jìn)行表面硬化的步驟之前和/或已經(jīng)實(shí)施的方面之 后進(jìn)行。硬化可在雕刻之前進(jìn)行，反之亦然。可能一個(gè)或多個(gè)區(qū)域?qū)⒈坏窨?，而其他區(qū)域沒 有被雕刻。
[0058] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，激光用來雕刻形貌特征到表面上，這對精確的計(jì) 量和輸送流體而言是有用的。激光表面雕刻在流體計(jì)輥（如氧化鉻涂層網(wǎng)紋輥）的制造中 是標(biāo)準(zhǔn)做法。一個(gè)常見的形貌是相同的六邊形的單元格重復(fù)圖案在表面上形成的蜂窩狀圖 案（見圖1)。另一種常見的形貌是正方形圖案。單元格圖案形貌取決于由激光的組合線性 運(yùn)動和輥旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的雕刻角。另一個(gè)通常應(yīng)用于凹版印刷輥的形貌是連續(xù)的平行的槽或通 道，一般是三螺旋結(jié)構(gòu)。
[0059] 在效率方面，使用相同的激光系統(tǒng)進(jìn)行硬化和雕刻操作是有利的。如前所述，硬化 可在雕刻之前和/或之后進(jìn)行。為了得到足夠的耐磨性，可能需要兩個(gè)或更多個(gè)硬化步驟。 另外，在任何硬化或雕刻步驟之前，激光可以用于準(zhǔn)備表面，在這種情況下，激光功率將被 相應(yīng)地選擇。因此，加工準(zhǔn)則可以基于通過一系列的激光操作來設(shè)計(jì)以使原料鈦/鈦合金 表面完全適合于流體輸送的任務(wù)被設(shè)計(jì)。
[0060] 這可以通過如下的多種不同的激光設(shè)備的配置來實(shí)現(xiàn)。
[0061] ?一個(gè)單一的激光束控制以實(shí)現(xiàn)在表面上的不同時(shí)間的不同操作。在這種情況 下，操作參數(shù)為各個(gè)獨(dú)特類型的操作專門設(shè)置。
[0062] ?一個(gè)單一的激光分割為多個(gè)光束，每個(gè)光束傳送能量到工件表面上的不同的物 理位置。
[0063] ?一種多光束系統(tǒng)（來自單個(gè)透鏡的兩個(gè)或更多個(gè)光束）。
[0064] ?多個(gè)激光器。由于激光表面相互作用類型的多種不同需要，也可能需要多于一 種類型的激光器。不同的激光光源會在其特征波長發(fā)光。此外，特定的操作模式可以被有 利地使用，如可能由Q開關(guān)（Q-switching)、鎖?；蚱渌椒ㄒ鸬臉O短的脈沖。這允許在 極短的時(shí)間間隔內(nèi)將大量的能量傳遞到表面。然而，這可能無法適用于所有激光系統(tǒng)。此 夕卜，每個(gè)激光器可以提供一個(gè)或多個(gè)光束到工件表面上。
[0065] 與上述激光安排的任何一個(gè)，可以通過如下方法在工件表面上的多個(gè)點(diǎn)執(zhí)行多個(gè) 操作。
[0066] ?以時(shí)間分隔的離散的操作，。例如，在工件為圓柱體的情況下，激光操作通過滾 筒的每一個(gè)旋轉(zhuǎn)適時(shí)地分隔?；蛘撸谙乱粋€(gè)步驟開始之前，在整個(gè)表面完成一個(gè)處理過程 可能是有利的。
[0067] ?物理上相互偏置的多個(gè)處理區(qū)。例如，硬化操作可被分布在雕刻脈沖之前、期間 或之后。
[0068] ?上述的任意組合。例如，在工件為圓柱體的情況下，激光能量可在多個(gè)點(diǎn)定向， 沿周向和/或軸向彼此互相偏置，滾筒的多個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)導(dǎo)致該處理順序的重復(fù)。
[0069] ?多個(gè)激光束指向一個(gè)位置，同時(shí)工作。
[0070] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，鈦或鈦合金表面用包括一個(gè)或多個(gè)雕刻步驟和一個(gè)或 多個(gè)硬化的步驟（以任何順序）的循環(huán)進(jìn)行處理。例如，本實(shí)施例可包括2到10個(gè)處理周 期，但并不限定于10個(gè)周期。
[0071] 多個(gè)處理操作可以獲得很多好處。例如，重復(fù)的雕刻脈沖，有時(shí)也被稱為"多擊雕 刻（multi-hit engraving) "允許極大地提高了單元格結(jié)構(gòu)的一致性，時(shí)間的激光功率的變 化，平均暫時(shí)激光能量分布，平均暫時(shí)激光模式變動，改善了雕刻結(jié)構(gòu)。在鈦表面同時(shí)進(jìn)行 雕刻和硬化操作具有在雕刻結(jié)構(gòu)形成的同時(shí)單元格壁完全硬化的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的這方 面，當(dāng)保留雕刻結(jié)構(gòu)而不是只進(jìn)行后雕刻操作時(shí)，更高的處理水平通常是可能的。除了改進(jìn) 的處理水平，同時(shí)發(fā)生的處理和雕刻進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)包括在最終的結(jié)構(gòu)中更好的控制、雕刻 參數(shù)選擇的靈活性、減少處理時(shí)間和減少浪費(fèi)，簡化操作流程和形成不可以在處理之前或 之后通過雕刻獲得的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0072] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該過程可以至少部分地自動化。例如，表面硬化和雕刻 可以使用一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)亩ㄎ患す庖来芜M(jìn)行。例如，這些用于硬化和雕刻的定位激光可 以圍繞具有鈦/鈦合金表面的圓柱形基底圓周排列。也可以在一個(gè)或多個(gè)激光器的"上游" 增加冷噴涂站，以提供一個(gè)合適的待處理的鈦/鈦合金表面。通過冷噴涂制備的表面可能 需要在表面硬化和雕刻之前加工，但取決于所述冷噴涂表面的平滑性，不是必需的。
[0073] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種將流體供應(yīng)到副表面上的方法，該方法包括：根據(jù)本發(fā) 明將需要輸送的流體提供到流體轉(zhuǎn)移表面上，然后使流體轉(zhuǎn)移表面和副表面接觸，以使流 體從流體轉(zhuǎn)移表面輸送到副表面上。為了使意圖的流體輸送有用和有效，鈦/鈦合金表面 包括意在允許流體均勻的體積以使其可被測量的帶到所述表面上，并當(dāng)表面/流體被帶到 與副表面接觸時(shí)，從表面轉(zhuǎn)移到副表面上的表面特征/浮雕（空腔，凹陷，通道，溝槽等）。 流體從流體轉(zhuǎn)移表面輸送到副表面上的機(jī)制通常與表面張力有關(guān)。
[0074] 根據(jù)本發(fā)明，有準(zhǔn)備表面的大量的實(shí)際應(yīng)用?？衫斫獾氖牵景l(fā)明可以用于提供鈦 /鈦合金輥，它們可以用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷涂覆的、鍍鉻或金屬的流體輸送輥。在柔性版印 刷機(jī)的情況下，流體儀輥的功能已知為用作網(wǎng)紋輥的情況下，是為了控制墨水從儲墨器到 印刷板的流動。柔性版印刷是一種用于寬范圍的種類的基底上打印的打印過程。這些可以 被分為窄幅（narrow web)和寬幅（wide web)應(yīng)用。窄幅包括標(biāo)記（Tag)和標(biāo)簽（label)、 信封和紙箱。寬幅遍及所有方式的軟包裝，包括聚乙烯、聚丙烯、PET和玻璃紙。包裝和食品 行業(yè)使用的包裝袋是一個(gè)主要的細(xì)分市場。寬幅還包括紙（paper)和報(bào)紙（newspapers)。
[0075] 還有許多需要測量（與輸送）精確的流體數(shù)量的其他工業(yè)應(yīng)用。例如，輥涂用于 一系列的提供流體均勻的薄膜到副表面上的從膠帶到乙烯基墻紙的工業(yè)中。雕花滾筒用于 提供漆膜到鋼板或鋁板卷。用于層壓行業(yè)中的凹版印刷輥以相同的操作方式到柔性版網(wǎng)紋 輥：通過測量由單元格數(shù)量控制的流體的量，配置每個(gè)單元格的容量承載能力。在這種情況 下，以上的術(shù)語一凹版印刷輥不應(yīng)當(dāng)與用于輪轉(zhuǎn)影?。ò及妫┯∷⒌陌及嬗∷⑤佅嗷煜?，所 述凹版印刷輥具有雕刻圖像，當(dāng)輥與基底接觸時(shí)該雕刻圖像可被復(fù)制到基底上。網(wǎng)紋輥也 可用于液晶顯示器（IXD)的取向?qū)樱╝lignment layer),激光全息標(biāo)簽，防偽保護(hù)標(biāo)簽的制 造。
[0076] 應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"流體"并不限于液體。事實(shí)上，在一些 提到的應(yīng)用中，油墨和油漆中具有高固體含量。因此，該術(shù)語也可延伸至漿料，可能的（可 流動的）粉末，如聚合物粉末和金屬氧化物粉末（例如，的Ti0 2)。流體的其他例子可以為 期望應(yīng)用到副表面的包括熱熔性液體（如樹脂粘合劑和密封劑），粘合劑（如聚乙酸乙烯酯 (PVA)、聚氯乙烯（PVC)和聚氨酯橡膠，顏料，食品和食品成分（如淀粉），和生物醫(yī)學(xué)試劑。
[0077] 被輸送的流體是可以含有賦予印刷表面功能的顆粒。一個(gè)例子是賦予在銀行使用 的支票中的磁性氧化鐵顏料以安全功能的磁性墨水字符識別（MICR)。另一個(gè)本發(fā)明可以得 到實(shí)用的領(lǐng)域是柔性電子器件的生產(chǎn)，其中具有適當(dāng)?shù)碾娀螂姶盘匦缘南鄬竦哪け皇┘?到柔性副表面上。該膜可以含有導(dǎo)電材料的顆粒，例如銀或銀合金。其中一個(gè)常見的例子是 射頻識別（RFID)標(biāo)簽。其它新的應(yīng)用可能需要大規(guī)模的高分辨率印刷，如用于柔性顯示器 和有機(jī)薄膜晶體管（0TFT)的有機(jī)發(fā)光二極管（0LED)。在不斷發(fā)展的有機(jī)或聚合物太陽能 電池區(qū)域中，采用輥對輥印刷技術(shù)可有助于在規(guī)模上提高從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)到全規(guī)模生產(chǎn)。在 這方面，流體可以是在合適的載體（例如醇）中的Ti0 2粉末的漿料。當(dāng)將漿料輸送到副表 面后，醇可以被蒸發(fā)以提供沉積的Ti02。
[0078] 本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
[0079] ?由于使用了鈦及鈦合金，可以抵抗腐蝕和其他化學(xué)侵蝕。
[0080] ?避免使用那些對環(huán)境和人體健康構(gòu)成威脅的含鉻材料。
[0081] ?通過使用激光的硬化和雕刻步驟，使得制造步驟潛在的簡化和更高的效率。
[0082] ?潛在的過程控制。例如，表面的臨界性質(zhì)，如粗糙度、表面能和硬度可以通過操縱 激光操作參數(shù)來控制。
[0083] ?處理后的鈦表面的可修復(fù)性。磨損或損壞的地區(qū)可以使用例如冷噴涂的外加劑 技術(shù)進(jìn)行重建，然后重建的材料被雕刻和硬化。與現(xiàn)有的陶瓷涂覆輥（例如，需要將整個(gè)被 涂覆的表面剝?nèi)セ貜?fù)成輥基（roller base)，然后重新涂覆該涂層）相比，能可觀地節(jié)約時(shí) 間和精力。
[0084] 本發(fā)明的實(shí)施方案參照以下非限制性實(shí)施例示出。
[0085] 實(shí)施例1
[0086] 下面的例子用來說明使用激光來在鈦表面進(jìn)行雕刻和硬化操作。為此，從商業(yè)供 應(yīng)商處獲得〇. 4毫米厚的二級鈦片。鈦的物理形式被選擇為便于分析后處理的，盡管沒有 理由說明為什么相同的操作步驟順序不能用于其他工件的形狀或尺寸。
[0087] 將片材卷繞在75毫米直徑的圓柱體上并轉(zhuǎn)動，從而使圓周表面速度為0. 25m/s。 在三個(gè)分開的步驟中，使用Nd :YAG激光雕刻和氮化表面。雕刻時(shí)，激光在Q開關(guān)TEM 00模 式下操作。雕刻過程中，通過激光噴嘴將N2噴射到工作區(qū)。用60°的屏幕角來產(chǎn)生六邊形 單元格形式。為了硬化，使用多模式TEM11。在第一硬化步驟中，隊(duì)氣體也被用來使所述表 面氮化。隨后，該表面被以沒有加入N 2的氣體重新處理，從而使被加熱的表面暴露于環(huán)境 空氣中而被氮氧化。
[0088] 圖1提供了最終的氧氮化處理階段后的表面的光學(xué)顯微鏡圖像。使用Rollscope 干涉儀（Rollscope Interferometer)測得單元格的尺寸。測得的屏數(shù)為每英寸142線。單 元格平均深度為54. 86 μ m。
[0089] 然后剖開片材，嵌入環(huán)氧樹脂（epoxy resin)并用標(biāo)準(zhǔn)金相（metallographic)技 術(shù)拋光。在處理過的表面內(nèi)的不同位置的微硬度（microhardness)在10g負(fù)載下用努普硬 度計(jì)壓頭（Knoop indenter)確定。發(fā)現(xiàn)在單元格壁的尖端的微硬度達(dá)到HK1800-2100范圍 內(nèi)。在所述基板的未受影響的區(qū)域的表面下的底端（至少200μπι)的微硬度達(dá)到HK176±2。
[0090] 然后使用Kroll試劑（氫氟酸和硝酸的水溶液）對拋光的截面蝕亥lj。圖2示出了 處理區(qū)顯微結(jié)構(gòu)的代表性的掃描電子顯微鏡圖像。在表面上，特別是在單元格壁上，發(fā)現(xiàn)了 氮化鈦立方支狀晶體（dendrites)。支狀晶體象征著在凝固過程中一種含氧和氮的富鈦熔 體的氧氮化物的形成。由努氏壓痕測量的大部分的硬化與此部分的微結(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)過接下 來的兩階段的硬化處理，發(fā)現(xiàn)該支狀晶體特別緊密的間隔排列，從而進(jìn)一步提高了所得的 微硬度讀數(shù)。在表面的更深處，通常發(fā)現(xiàn)一系列其它微結(jié)構(gòu)，包括六邊形鈦支狀晶體，針狀 鈦馬氏體（martensite)和由于在部分基底中太深而難以受激光加熱影響的鈦多邊形晶粒 (grain)〇
[0091] 實(shí)施例2
[0092] 下面的例子顯示了本發(fā)明描述的方法生產(chǎn)的鈦表面上的各種紋理的適應(yīng)性。
[0093] 使用和前一個(gè)實(shí)施例相同的0. 4毫米厚的二級鈦片材料。它以相同的方式被固定 在的圓柱體上并轉(zhuǎn)動，以使表面速度為〇. 25cm/s。在Q開關(guān)TEM 00模式下，使用Nd:YAG 激光雕刻表面。激光被程序化控制以雕刻一個(gè)由兩組與圓柱體的軸成45°角的直線凹槽 (straight grooves)圖案。其中一組凹槽以170μπι的間隔隔開，而第二組，朝向垂直于第 一組，以350 μ m的間隔隔開。在組合中，兩組凹槽確定了 170X350 μ m的矩形，如圖3所示。 橫斷面分析表明，該凹槽的深度為?30 μ m。
[0094] 雕刻之后，在多模TEM11下將光束聚焦在工件上用激光對表面進(jìn)行氮化。圖3顯 示了在左上角，被雕刻和氮化的區(qū)域的邊緣以及周圍被雕刻但未被氮化的區(qū)域的光學(xué)顯微 鏡圖像。試驗(yàn)了適用于激光氮化的激光功率范圍的設(shè)置。圖3示出了激光減弱到約52W恒 定瓦特?cái)?shù)的效果。氮化后，凹槽結(jié)構(gòu)被清晰地保留。肉眼可見，在圖3的左上角區(qū)域已變成 有光澤的金色。采用不同的激光氮化設(shè)置，特別是采用不同的氣體進(jìn)入處理區(qū)域，也可以制 備范圍廣泛的不同的顏色和反射率度數(shù)。
[0095] 然后剖開片材，嵌入環(huán)氧樹脂并用標(biāo)準(zhǔn)金相技術(shù)拋光。發(fā)現(xiàn)最接近表面的在10g 負(fù)載下的努普微硬度達(dá)到HK1400-1600的數(shù)值范圍。
[0096] 實(shí)施例3
[0097] 本實(shí)施例表明，正確選擇激光處理?xiàng)l件，鈦表面可以在一個(gè)單一的操作中熔化，該 熔化用于硬化表面并產(chǎn)生具有微米尺度的凸起特征和凹陷特征的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0098] 本試驗(yàn)采用75mm直徑和3mm壁厚的二級鈦圓柱體。使用Nd :YAG激光處理，在多 模TEM11下操作，減弱到大約33W恒定瓦特?cái)?shù)。為了拓寬工件上的光斑尺寸，激光通過從表 面1.0毫米±0. 1mm欠焦（underfocused)。在處理過程中，N2氣體被注入到工作區(qū)。旋轉(zhuǎn) 圓柱體以獲得〇. 25m/s的線性表面速度，并且激光噴嘴以恒定0. 02mm每轉(zhuǎn)軸向移動。
[0099] 圖4示出了經(jīng)處理的表面的掃描電子顯微鏡圖像，其顯示出珊瑚狀形態(tài)。與相 對光滑的表面相比，存在的深凹陷允許表面容納更多的流體。用觸針式輪廓儀（stylus profilometer)測定的平均粗糙度深度（R z)為13·9±0·9μηι。
[0100] 剖開樣品，安裝并拋光用于微硬度分析。使用了 i〇g載荷的努氏壓頭。在表面微 凸體尖端的微硬度達(dá)到1000-1200HK，這表明通過激光氮化得到了有效的硬化。
[0101] 實(shí)施例4
[0102] 本實(shí)施例示出了使用一系列交替的激光雕刻和激光硬化步驟的多通道處理。
[0103] 使用和實(shí)施例1和2相同的0. 4毫米厚的二級鈦片材料。以相同的方式將其固定 在圓柱體上并轉(zhuǎn)動，以使表面速度為0. 25cm/s。使用Nd :YAG激光執(zhí)行以下6種處理通道：
[0104] 通道1 :在Q開關(guān)TEM 00模式下雕刻。焦點(diǎn)-2. 0mm(目標(biāo)表面上方）。
[0105] 通道2 :在CW TEM11模式下硬化。焦點(diǎn)+0· 5mm(目標(biāo)表面下方）。
[0106] 通道3 :在Q開關(guān)TEM 00模式下雕刻。焦點(diǎn)-2. 0mm(目標(biāo)表面上方）。
[0107] 通道4 :在CW TEM11模式下硬化。焦點(diǎn)+0· 5mm(目標(biāo)表面下方）。
[0108] 通道5 :在Q開關(guān)TEM 00模式下雕刻。焦點(diǎn)-1. 0mm(目標(biāo)表面上方）。
[0109] 通道6 :在CW TEM11模式下硬化。焦點(diǎn)+0· 5mm(目標(biāo)表面下方）。
[0110] 在工作區(qū)周圍同時(shí)為雕刻和硬化噴射氮?dú)鈿怏w。雕刻圖案是具有每英寸225線屏 幕數(shù)（screen count)的60°六邊形結(jié)構(gòu)。
[0111] 圖5是光學(xué)顯微鏡圖像，其顯示所得的表面。
[0112] 實(shí)施例5
[0113] 在下面的例子中，激光雕刻和硬化在冷噴涂金屬陶瓷復(fù)合涂層上進(jìn)行。
[0114] 碳化硅（SiC)粉末與鈦粉末混合制成25重量％的SiC和75重量％的鈦混合物。鈦 粉末粒子具有角形態(tài)和24.9 μ m的平均粒徑。所述SiC顆粒也具有角形態(tài)并過篩至-25 μ m。 然后用CGT Kinetiks 4000系統(tǒng)冷噴涂該混合物。使用氮?dú)庾鳛檩d氣，在3. 5MPa的壓力和 800°C下立即從噴嘴上行進(jìn)行冷噴涂。使用CGT 24TC噴嘴，其具有5. 6的膨脹比和129. 5mm 的分叉部分長度（diverging section length)。涂層沉積到外徑75mm壁厚3mm的低碳鋼 圓柱形基底。該圓柱體在車床上旋轉(zhuǎn)。冷噴涂槍由ABB機(jī)器人控制。槍保持垂直于基底表 面，且噴嘴的端部與所述基底保持恒定的30mm的平衡距離，同時(shí)沿著圓柱體的長度方向向 下移動并返回33次，以建立該涂層。一個(gè)在金屬鈦基上含有SiC顆粒的1. 2mm厚的涂層形 成。
[0115] 該鍍膜的圓柱體被復(fù)原加工成77. 1mm的統(tǒng)一直徑。用Nd :YAG激光器進(jìn)行激光雕 刻和硬化，同時(shí)圓柱體以0. 25m/s的周向表面速度旋轉(zhuǎn)。鍍膜的表面首先在Q開關(guān)ΤΕΜ00 模式下用激光進(jìn)行雕刻，同時(shí)N2氣注入到工作區(qū)域中。定向在與圓柱體的軸成45°角的每 英寸80線的三螺旋圖案生成。用Nd :YAG激光以連續(xù)波（CW)TEMll模式以及N2噴射的情 況下，對該表面的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行硬化。在氮?dú)庀掠不蟊砻孀兂山瘘S色。
[0116] 圖6示出了雕刻后的表面的光學(xué)顯微鏡圖像，并且圖6中的左上角是硬化區(qū)。然 后將樣品切片，嵌入環(huán)氧樹脂并拋光。拋光的橫截面的努普微硬度測量值表明單元格壁的 峰值硬度位于1600-2000HK，表明有效的激光硬化。
[0117] 實(shí)施例6
[0118] 本實(shí)施例用以說明用于柔性版印刷機(jī)的，根據(jù)本發(fā)明的方法制得的網(wǎng)紋輥。
[0119] 包括兩端的軸頸的低碳鋼輥?zhàn)目傞L度為579_。圓柱體的工作表面（輥面）直 徑為69. 0mm和長度為350mm。使用CGT Kinetiks 4000冷噴涂系統(tǒng)將鈦涂層沉積在輥面。 原材料是實(shí)施例5中使用的具有24. 9 μ m平均粒徑的相同的具有角形態(tài)的鈦粉末。冷噴涂 系統(tǒng)在入口點(diǎn)到CGT 24TC聚合-分散噴嘴處以3. 5MPa壓力的氮?dú)夂图訜岬?00°C。該噴 涂涂層厚度為0. 9毫米。對該涂層進(jìn)行機(jī)械加工，以使整個(gè)輥的直徑回到70. 7mm。
[0120] 被加工的涂層表面用Nd :YAG激光雕刻，以形成凹槽直線相對輥軸成45°，并且每 英寸150線的三螺旋圖案。激光在Q開關(guān)ΤΕΜ00模式下操作以進(jìn)行雕刻操作，同時(shí)N 2氣通 過激光噴嘴噴射到工作區(qū)域中。被雕刻的表面然后用連續(xù)波（CW)TEMll模式結(jié)合隊(duì)氣噴射 下對表面進(jìn)行激光再熔以進(jìn)行硬化。最后，雕刻和硬化的表面用金剛石浸漬薄膜進(jìn)行研磨。 該研磨操作是常用的用于網(wǎng)紋輥的以磨掉最高的尖峰的技術(shù)，這降低了在常規(guī)的印刷操作 中輥和其他表面接觸時(shí)的耐磨性。
[0121] 在RY320-5B柔版印刷機(jī)（購自中國Hexiang)上進(jìn)行輥的耐磨試驗(yàn)。圖7示出了 該實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)視圖。輥1在印刷機(jī)中以60米每分鐘的印刷速度運(yùn)行。一個(gè)350_長的白 色碳鋼刮刀（〇. 2mm的薄片）2以反向角結(jié)構(gòu)與網(wǎng)紋輥恒定接觸。兩個(gè)259g重的砝碼3在 刮刀固定器60mm處與棒條體相連，樞軸線4用來保持處于網(wǎng)紋輥1表面不斷沖擊下的修理 的刮刀邊緣。磨損刀刃的刀片接觸角測定為30°。無印版滾筒、壓印滾筒或送紙輥（paper feed)被用來作為測試的對象時(shí)，不進(jìn)行打印，而是用來評估輥1的耐磨損性。由于柔性版 印刷油墨易于蒸發(fā)，同時(shí)由于需要在整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供恒定的條件，用混合物6代 替墨水加入墨盤5中，混合物6為1份Flexoclean洗漆劑和10份自來水。該洗漆劑溶液 6從墨托盤5中用直徑為70. 5_的橡膠墨斗輥7拾起，并傳遞到涂覆鈦的網(wǎng)紋輥1。橡膠 輥7和網(wǎng)紋輥1的面不接觸，但足夠接近洗滌劑溶液6,以使網(wǎng)紋輥1濕潤。過量的溶液通 過刮刀2從涂覆鈦的網(wǎng)紋輥1抹掉。涂覆鈦的網(wǎng)紋輥1以這種方式運(yùn)行整整224小時(shí)，這 等同于進(jìn)行807. 84公里的行進(jìn)。在測試之后用干涉儀進(jìn)行的分析表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示，三螺 旋的尺寸沒有變化。
[0122] 通過比較，在相同的條件下將未硬化的冷噴涂輥經(jīng)受相當(dāng)?shù)?0. 00km(ll. 1小時(shí)） 后，表面的單元格區(qū)域完全消失。
[0123] 實(shí)施例7
[0124] 下面簡短的過程演示了滾筒的可修復(fù)性。圖8中的光學(xué)顯微照片顯示了由重鋼物 體沖擊凹損的表面的一個(gè)區(qū)域。三螺旋圖案明顯的損壞。圍繞受損區(qū)域的輥表面30mm的 帶被進(jìn)行復(fù)原加工，并用帶有24TC噴嘴的CGT Kinetiks系統(tǒng)以及在3. OMPa下N2氣體被 預(yù)熱到800°C的條件下噴涂相同的鈦粉。再冷噴涂區(qū)域進(jìn)行機(jī)械加工，并且使用與之前的處 理相同的程序進(jìn)行激光處理。轉(zhuǎn)動輥以產(chǎn)生0. 25m/s的圓周表面速度。在Q開關(guān)ΤΕΜ00模 式下用Nd :YAG激光，同時(shí)N2氣注入到工作區(qū)域中的條件下雕刻與圓柱體的軸成45°角的 三螺旋圖案。對于滲氮，使用CW TEM11模式下注入氮?dú)?。該重新噴涂的涂層在激光處理?沒有表現(xiàn)出任何分層的跡象。修復(fù)的表面的單元格使用Rollscope干涉儀測量。測得的屏 數(shù)為每英寸150線。
【權(quán)利要求】
1. 一種流體轉(zhuǎn)移表面的制備方法，該方法包括： 提供鈦或鈦合金的表面； 使所述鈦或鈦合金表面通過間隙元素吸收進(jìn)行表面硬化以提供一個(gè)硬化的表面；并 且，如果需要的話， 雕刻所述表面，以提供所需的表面形貌。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中，表面硬化可以在含有相關(guān)元素的氣體的存在下通過局部 熔化表面實(shí)現(xiàn)。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中，所述氣體含有相關(guān)元素的氣體與惰性氣體形成的混合物。
4. 權(quán)利要求2或3的方法，其中，所述氣體為氮?dú)狻?br> 5. 權(quán)利要求2或3的方法，其中，所述氣體為二氧化碳。
5. 權(quán)利要求2或3的方法，其中，所述氣體為空氣。
6. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用激光局部熔化所述表面。
7. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用激光雕刻所述硬化的表面。
8. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過壓花或滾花雕刻所述硬化的表面。
9. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過化學(xué)蝕刻雕刻所述硬化的表面。
10. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述鈦或鈦合金表面是圓柱體的外表 面。
11. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過冷噴涂鈦或鈦合金粉末產(chǎn)生所述鈦 或鈦合金表面。
12. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過冷噴涂鈦或鈦合金粒子到基體組件 的表面產(chǎn)生鈦或鈦合金表面。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中，所述基體組件是圓柱體、板或模具。
14. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述鈦或鈦合金表面是含有一個(gè)或多個(gè) 功能上有效的添加劑的復(fù)合材料。
15. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述鈦或鈦合金表面用包括一個(gè)或多個(gè)雕刻步驟和一個(gè) 或多個(gè)硬化的步驟的循環(huán)進(jìn)行處理。
16. 修復(fù)流體轉(zhuǎn)移表面的方法，該方法包括：通過冷噴涂鈦或鈦合金粒子到表面上來 提供位于流體轉(zhuǎn)移表面上的鈦或鈦合金層，然后通過間隙元素吸收使所述鈦或鈦合金層硬 化以提供硬化的表面，以及，如果需要，雕刻所述硬化的表面，以提供所需的表面形貌。
17. 權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的流體轉(zhuǎn)移表面。
18. 將流體供應(yīng)到副表面上的方法，該方法包括：將需要輸送的流體提供到按照權(quán)利 要求17所述的流體轉(zhuǎn)移表面上，然后使流體轉(zhuǎn)移表面和副表面接觸，以使流體從流體轉(zhuǎn)移 表面輸送到副表面上。
19. 權(quán)利要求17所述的流體轉(zhuǎn)移表面在流體輸送中的應(yīng)用。
【文檔編號】B41M99/00GK104145040SQ201380008769
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月9日
【發(fā)明者】P·C·金, M·Z·札赫迪, J·P·豪爾蘭德, Y·H·史, A·C·恩格爾 申請人:聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織