一種螺杆及其製備方法與流程

2023-06-02 00:53:51

本發明屬於高性能基礎零部件先進位造技術及應用領域，具體涉及超音速火焰噴塗加熱壓燒結技術，主要用於高耐磨損、高耐腐蝕的注塑機，擠塑機螺杆製造等。

背景技術：

螺杆是注塑機，擠塑機最關鍵部件，傳統的螺杆製造方法有38CrMoAl氮化處理，中碳鋼或中碳合金鋼滲硼處理，粉末高速鋼整體製造，中碳鋼調質加螺牙噴焊強化處理等製造方法，中國專利CN200971903Y發明38CrMoAl上亞音速噴塗Co12-WC螺杆，CN200946617Y發明38CrMoAl上亞音速噴塗Ni60-WC螺杆。

高溫高腐蝕性氣體分解的塑料、添加高纖維塑料、高精密度成型塑料的擠出或注塑加工過程，對螺杆的腐蝕和磨損相當嚴重，上述方法製造的螺杆很難滿足這些塑料的成型加工要求，導致螺杆很快被腐蝕或磨損，或者碳化鎢塗層提前脫落，迫使擠塑機、注塑機停產更換螺杆。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種螺杆及其製備方法，以獲得一種高耐磨損、高耐腐蝕性能的螺杆。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種螺杆，包括一個鋼基的螺杆本體，所述螺杆本體上塗覆有一層厚度為0.5～2.0mm的金屬基碳化鎢合金塗層，金屬基碳化鎢合金與鋼基螺杆本體為冶金結合，其結合強度大於100Mpa。

一種螺杆的製備方法，將中碳合金鋼經過車削、銑削加工成螺杆毛坯，採用超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗技術在螺杆毛坯的表面均勻噴塗0.5～2.0mm厚的金屬基碳化鎢合金塗層，對噴塗的螺杆進行熱壓燒結，經磨削和拋光加工為成品螺杆。

所述超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗所用的金屬基碳化鎢合金為NiMoCrFeCo-WC合金粉末，其中碳化鎢的質量含量在30～80％。

按照質量百分比，所述NiMoCrFeCo的組成為：15.0～28.0％的Cr、1.2～11.5％的Fe、10.5～22.0％的Mo、0.05～6.9％的Co、0.0～0.02％的C、0.0～0.06％的Mn、0.0～0.09％的Si、0.0～0.05％的Al、2.0～9.0％的W、0.0～1.0％的V和餘量的Ni。

所述的超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗的部位為整個螺杆外表面，或螺杆的局部工作外表面。

所述的熱壓燒結是對超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗金屬基碳化鎢合金的螺杆進行整體熱壓燒結，熱壓燒結為真空熱壓燒結，或氣氛熱等靜壓燒結。

所述的真空熱壓燒結中，燒結溫度為950～1400℃，真空度為0.05～0.1pa。

所述的氣氛熱等靜壓燒結中，燒結溫度為1050～1450℃，壓力為100～200Mpa，氣氛為氬氣。

本發明的有益效果是：本發明的螺杆採用鋼基芯材料+超音速火焰噴塗金屬基碳化鎢塗層+熱壓燒結的製造工藝方法，實現由兩種材料製造一個機械零件的設計思想，鋼基芯材具備優良的綜合機械性能，金屬基碳化鎢表層具備特別優良的耐磨損、抗腐蝕性能，這是任何一種單一材料所無法實現的特性。可以與多種牌號鋼複合，製造外層WC、或內層WC的複合材料零件。

附圖說明

圖1為本發明的螺杆的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。

如圖1所示，一種螺杆，包括一個鋼基的螺杆本體2，所述螺杆本體2上塗覆有一層厚度為0.5～2.0mm的金屬基碳化鎢合金塗層1，金屬基碳化鎢合金與鋼基螺杆本體為冶金結合，其結合強度大於100Mpa。

上述螺杆的製備方法為：將中碳合金鋼經過車削、銑削加工成螺杆毛坯，採用超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗技術在螺杆毛坯的表面均勻噴塗0.5～2.0mm厚的金屬基碳化鎢合金塗層，對噴塗的螺杆進行熱壓燒結，經磨削和拋光加工為成品螺杆。

超音速火焰噴塗所用的金屬基碳化鎢合金為NiMoCrFeCo-WC合金粉末，其中碳化鎢的質量含量在30～80％。

其中，NiMoCrFeCo的質量組成為：15.0～28.0％的Cr、1.2～11.5％的Fe、10.5～22.0％的Mo、0.05～6.9％的Co、0.0～0.02％的C、0.0～0.06％的Mn、0.0～0.09％的Si、0.0～0.05％的Al、2.0～9.0％的W、0.0～1.0％的V和餘量的Ni。

超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗的部位為整個螺杆外表面，或螺杆的局部工作外表面。

熱壓燒結是對超音速火焰噴塗或等離子超音速噴塗金屬基碳化鎢合金的螺杆進行整體熱壓燒結，熱壓燒結為真空熱壓燒結，或氣氛熱等靜壓燒結。

真空熱壓燒結中，燒結溫度為950～1400℃，真空度為0.05～0.1pa。

氣氛熱等靜壓燒結中，燒結溫度為1050～1450℃，壓力為100～200Mpa，氣氛為氬氣。

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。

實施例1

按照鋼基芯材料+超音速火焰噴塗金屬基碳化鎢塗層+熱壓燒結的螺杆製造方法。鋼芯材質為42CrMoA，按照質量百分比，其合金成分為0.38～0.45％的C、0.17～0.37％的Si、0.50～0.80％的Mn、0.90～1.20％的Cr、0.15～0.25％的Mo和餘量的Fe。超音速噴塗NiMoCrFeCo-WC塗層，其中WC的質量含量為50％，按照質量百分比，NiMoCrFeCo-WC合金粉末的粘結相質量組成為：15.0～28.0％的Cr、1.2～11.5％的Fe、10.5～22.0％的Mo、0.05～6.9％的Co、0.0～0.02％的C、0.0～0.06％的Mn、0.0～0.09％的Si、0.0～0.05％的Al、2.0～9.0％的W、0.0～1.0％的V和餘量的Ni。超音速噴塗燃料為航空煤油，助燃氣為氧氣，噴塗工藝參數為：燃料壓力0.80～1.50MPa，流量21L/h，氧氣壓力1.70MPa，流量45m3/h，送粉流量10.50kg/h，送粉氣體為氮氣，噴塗距離350mm。真空燒結超音速噴塗NiMoCrFeCo-WC合金塗層，燒結溫度950～1020℃，真空度為0.08pa。

實施例2

按照鋼基芯材料+超音速火焰噴塗金屬基碳化鎢塗層+熱壓燒結的螺杆製造工藝方法。鋼芯材質為H13，按照質量百分比，其合金成分為0.32～0.45％的C、0.80～1.20％的Si、0.20～0.50％的Mn、4.75～5.50％的Cr、1.10～1.75％的Mo、0.80～1.20％的V和餘量的Fe。

超音速噴塗NiMoCrFeCo-WC塗層，其中WC的質量含量為69％，按照質量百分比，NiMoCrFeCo-WC合金粉末的粘結相質量組成為：15.0～28.0％的Cr、1.2～11.5％的Fe、10.5～22.0％的Mo、0.05～6.9％的Co、0.0～0.02％的C、0.0～0.06％的Mn、0.0～0.09％的Si、0.0～0.05％的Al、2.0～9.0％的W、0.0～1.0％的V和餘量的Ni；超音速噴塗燃料為航空煤油，助燃氣為氧氣，噴塗工藝參數為：燃料壓力1.45MPa，流量20L/h，氧氣壓力1.60MPa，流量40m3/h，送粉流量10.00kg/h，送粉氣體為氮氣，噴塗距離300mm。熱壓燒結為熱等靜壓燒結鎳基碳化鎢合金層，在超音速噴塗層外設計相應包套，抽去包套內空氣，熱等靜壓燒結溫度1250±50℃，環境氣體為氬氣，其壓力150Mpa。

實施例3

按照鋼基芯材料+超音速火焰噴塗金屬基碳化鎢塗層+熱壓燒結的螺杆製造工藝方法。鋼芯材質為粉末冶金高速鋼，按照質量百分比，其合金成分為0.90～2.15％的C、0.40～0.80％的Si、0.20～0.50％的Mn、3.75～6.50％的Cr、2.50～10.50％的Mo、0.80～6.00％的V、1.40～14.60％的W、4.00～9.60％的Co和餘量的Fe。超音速噴塗NiMoCrFeCo-WC塗層，其中WC的質量含量為80％，按照質量百分比，NiMoCrFeCo-WC合金粉末的粘結相質量組成為：15.0～28.0％的Cr、1.2～11.5％的Fe、10.5～22.0％的Mo、0.05～6.9％的Co、0.0～0.02％的C、0.0～0.06％的Mn、0.0～0.09％的Si、0.0～0.05％的Al、2.0～9.0％的W、0.0～1.0％的V和餘量的Ni；超音速噴塗燃料為航空煤油，助燃氣為氧氣，噴塗工藝參數為：燃料壓力1.85MPa，流量25L/h，氧氣壓力1.75MPa，流量42m3/h，送粉流量11.00kg/h，送粉氣體為氮氣，噴塗距離330mm。熱壓燒結為熱等靜壓燒結NiMoCrFeCo-WC合金層，在超音速噴塗層外設計相應包套，抽去包套內空氣，熱等靜壓燒結溫度1300±50℃，環境氣體為氬氣，其壓力180Mpa。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。