CN106735229B - 一种螺杆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种螺杆及其制备方法，该螺杆包括一个钢基的螺杆本体，所述螺杆本体上涂覆有一层厚度为0.5～2.0mm的金属基碳化钨合金涂层，金属基碳化钨合金与钢基螺杆本体为冶金结合，其结合强度大于100Mpa。制备方法为：将中碳合金钢经过车削、铣削加工成螺杆毛坯，采用超音速火焰喷涂技术在螺杆毛坯的表面均匀喷涂0.5～2.0mm厚的金属基碳化钨合金涂层，对喷涂的螺杆进行热压烧结，经磨削和抛光加工为成品螺杆。本发明实现由两种材料制造一个机械零件的设计思想，钢基芯材具备优良的综合机械性能，金属基碳化钨表层具备特别优良的耐磨损、抗腐蚀性能，这是任何一种单一材料所无法实现的特性。

Description

一种螺杆及其制备方法
技术领域
本发明属于高性能基础零部件先进制造技术及应用领域，具体涉及超音速火焰喷涂加热压烧结技术，主要用于高耐磨损、高耐腐蚀的注塑机，挤塑机螺杆制造等。
背景技术
螺杆是注塑机，挤塑机最关键部件，传统的螺杆制造方法有38CrMoAl氮化处理，中碳钢或中碳合金钢渗硼处理，粉末高速钢整体制造，中碳钢调质加螺牙喷焊强化处理等制造方法，中国专利CN200971903Y发明38CrMoAl上亚音速喷涂Co12-WC螺杆，CN200946617Y发明38CrMoAl上亚音速喷涂Ni60-WC螺杆。
高温高腐蚀性气体分解的塑料、添加高纤维塑料、高精密度成型塑料的挤出或注塑加工过程，对螺杆的腐蚀和磨损相当严重，上述方法制造的螺杆很难满足这些塑料的成型加工要求，导致螺杆很快被腐蚀或磨损，或者碳化钨涂层提前脱落，迫使挤塑机、注塑机停产更换螺杆。
发明内容
本发明的目的是提供一种螺杆及其制备方法，以获得一种高耐磨损、高耐腐蚀性能的螺杆。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种螺杆，包括一个钢基的螺杆本体，所述螺杆本体上涂覆有一层厚度为0.5～2.0mm的金属基碳化钨合金涂层，金属基碳化钨合金与钢基螺杆本体为冶金结合，其结合强度大于100Mpa。
一种螺杆的制备方法，将中碳合金钢经过车削、铣削加工成螺杆毛坯，采用超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂技术在螺杆毛坯的表面均匀喷涂0.5～2.0mm厚的金属基碳化钨合金涂层，对喷涂的螺杆进行热压烧结，经磨削和抛光加工为成品螺杆。
所述超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂所用的金属基碳化钨合金为NiMoCrFeCo-WC合金粉末，其中碳化钨的质量含量在30～80％。
按照质量百分比，所述NiMoCrFeCo的组成为：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和余量的Ni。
所述的超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂的部位为整个螺杆外表面，或螺杆的局部工作外表面。
所述的热压烧结是对超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂金属基碳化钨合金的螺杆进行整体热压烧结，热压烧结为真空热压烧结，或气氛热等静压烧结。
所述的真空热压烧结中，烧结温度为950～1400℃，真空度为0.05～0.1pa。
所述的气氛热等静压烧结中，烧结温度为1050～1450℃，压力为100～200Mpa，气氛为氩气。
本发明的有益效果是：本发明的螺杆采用钢基芯材料+超音速火焰喷涂金属基碳化钨涂层+热压烧结的制造工艺方法，实现由两种材料制造一个机械零件的设计思想，钢基芯材具备优良的综合机械性能，金属基碳化钨表层具备特别优良的耐磨损、抗腐蚀性能，这是任何一种单一材料所无法实现的特性。可以与多种牌号钢复合，制造外层WC、或内层WC的复合材料零件。
附图说明
图1为本发明的螺杆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种螺杆，包括一个钢基的螺杆本体2，所述螺杆本体2上涂覆有一层厚度为0.5～2.0mm的金属基碳化钨合金涂层1，金属基碳化钨合金与钢基螺杆本体为冶金结合，其结合强度大于100Mpa。
上述螺杆的制备方法为：将中碳合金钢经过车削、铣削加工成螺杆毛坯，采用超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂技术在螺杆毛坯的表面均匀喷涂0.5～2.0mm厚的金属基碳化钨合金涂层，对喷涂的螺杆进行热压烧结，经磨削和抛光加工为成品螺杆。
超音速火焰喷涂所用的金属基碳化钨合金为NiMoCrFeCo-WC合金粉末，其中碳化钨的质量含量在30～80％。
其中，NiMoCrFeCo的质量组成为：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和余量的Ni。
超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂的部位为整个螺杆外表面，或螺杆的局部工作外表面。
热压烧结是对超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂金属基碳化钨合金的螺杆进行整体热压烧结，热压烧结为真空热压烧结，或气氛热等静压烧结。
真空热压烧结中，烧结温度为950～1400℃，真空度为0.05～0.1pa。
气氛热等静压烧结中，烧结温度为1050～1450℃，压力为100～200Mpa，气氛为氩气。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
按照钢基芯材料+超音速火焰喷涂金属基碳化钨涂层+热压烧结的螺杆制造方法。钢芯材质为42CrMoA，按照质量百分比，其合金成分为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和余量的Fe。超音速喷涂NiMoCrFeCo-WC涂层，其中WC的质量含量为50％，按照质量百分比，NiMoCrFeCo-WC合金粉末的粘结相质量组成为：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和余量的Ni。超音速喷涂燃料为航空煤油，助燃气为氧气，喷涂工艺参数为：燃料压力0.80～1.50MPa，流量21L/h，氧气压力1.70MPa，流量45m3/h，送粉流量10.50kg/h，送粉气体为氮气，喷涂距离350mm。真空烧结超音速喷涂NiMoCrFeCo-WC合金涂层，烧结温度950～1020℃，真空度为0.08pa。
实施例2
按照钢基芯材料+超音速火焰喷涂金属基碳化钨涂层+热压烧结的螺杆制造工艺方法。钢芯材质为H13，按照质量百分比，其合金成分为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和余量的Fe。
超音速喷涂NiMoCrFeCo-WC涂层，其中WC的质量含量为69％，按照质量百分比，NiMoCrFeCo-WC合金粉末的粘结相质量组成为：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和余量的Ni；超音速喷涂燃料为航空煤油，助燃气为氧气，喷涂工艺参数为：燃料压力1.45MPa，流量20L/h，氧气压力1.60MPa，流量40m3/h，送粉流量10.00kg/h，送粉气体为氮气，喷涂距离300mm。热压烧结为热等静压烧结镍基碳化钨合金层，在超音速喷涂层外设计相应包套，抽去包套内空气，热等静压烧结温度1250±50℃，环境气体为氩气，其压力150Mpa。
实施例3
按照钢基芯材料+超音速火焰喷涂金属基碳化钨涂层+热压烧结的螺杆制造工艺方法。钢芯材质为粉末冶金高速钢，按照质量百分比，其合金成分为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和余量的Fe。超音速喷涂NiMoCrFeCo-WC涂层，其中WC的质量含量为80％，按照质量百分比，NiMoCrFeCo-WC合金粉末的粘结相质量组成为：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和余量的Ni；超音速喷涂燃料为航空煤油，助燃气为氧气，喷涂工艺参数为：燃料压力1.85MPa，流量25L/h，氧气压力1.75MPa，流量42m3/h，送粉流量11.00kg/h，送粉气体为氮气，喷涂距离330mm。热压烧结为热等静压烧结NiMoCrFeCo-WC合金层，在超音速喷涂层外设计相应包套，抽去包套内空气，热等静压烧结温度1300±50℃，环境气体为氩气，其压力180Mpa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种螺杆的制备方法，其特征在于：将中碳合金钢经过车削、铣削加工成螺杆毛坯，采用超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂技术在螺杆毛坯的表面均匀喷涂0.5～2.0mm厚的金属基碳化钨合金涂层，对喷涂的螺杆进行热压烧结，经磨削和抛光加工为成品螺杆；金属基碳化钨合金与钢基螺杆本体为冶金结合，其结合强度大于100MPa；
所述超音速火焰喷涂所用的金属基碳化钨合金为NiMoCrFeCo-WC合金粉末，其中碳化钨的质量含量在30～80%；
所述的热压烧结是对超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂金属基碳化钨合金的螺杆进行整体热压烧结，热压烧结为真空热压烧结，或气氛热等静压烧结；
所述的真空热压烧结中，烧结温度为950～1400℃，真空度为0.05～0.1Pa；
所述的气氛热等静压烧结中，烧结温度为1050～1450℃，压力为100～200MPa，气氛为氩气。
2.根据权利要求1所述的螺杆的制备方法，其特征在于：按照质量百分比，所述NiMoCrFeCo的组成为：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和余量的Ni。
3.根据权利要求1所述的螺杆的制备方法，其特征在于：所述的超音速火焰喷涂或等离子超音速喷涂的部位为整个螺杆外表面，或螺杆的局部工作外表面。
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