CN115595527A - 含有热喷涂粉末的耐磨层及涂覆其的注塑机螺杆制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属表面处理技术领域，公开了含有热喷涂粉末的耐磨层及涂覆其的注塑机螺杆制备方法，按照重量百分比计算，所述热喷涂粉末的原料组成为14‑16wt％的NiCrMo合金和84‑86％的碳化钨；所述NiCrMo合金为粘结相。所述热喷涂粉末是由NiCrMo合金和碳化钨组成的非均质复合材料，具有较高的硬度和耐磨性。本发明提出的涂覆有所述的含有热喷涂粉末的耐磨层的耐磨注塑机螺杆的制备方法，通过清洁和打砂处理，清除待加工螺杆表面的油污和氧化层，提高耐磨层与待加工螺杆基体的附着力；并在耐磨层表面涂刷封孔剂，避免注塑材料中的化学成分侵蚀耐磨层，从而避免影响耐磨层的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及含有热喷涂粉末的耐磨层及涂覆其的注塑机螺杆制备方法。
背景技术
为了提高注塑机螺杆的耐腐蚀性能，注塑机螺杆均采用合金材料制成，为了提高注塑机螺杆的使用寿命，现有技术通过镀硬铬、渗氮或渗硼对注塑机螺杆的表面进行加硬处理。
镀硬铬螺杆的镀层与基体的结合牢度低,在使用过程中镀层容易产生局部脱落的现象,并迅速被磨损或腐蚀，导致镀硬铬螺杆的使用寿命较短，且难于修复。
渗氮螺杆的渗氮层与基体的结合牢度高，但渗层的表面硬度和耐磨性难以满足高速挤、注和加工增强塑料的需求，并且渗氮层的硬度虽然较高，但渗氮层较薄,只有0.4mm-0.6mm,随着渗氮层的磨损出现，渗氮层的硬度急速降低，导致渗氮螺杆的使用寿命不足，需要频繁对注塑机螺杆进行渗氮维护。
发明内容
针对上述问题，本发明的第一目的在于提出一种为非均质复合材料的热喷涂粉末，具有较高的硬度和耐磨性。
本发明的另一目的在于提出一种涂覆有所述的含有热喷涂粉末的耐磨层的耐磨注塑机螺杆的制备方法，提高耐磨层的使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种含有热喷涂粉末的耐磨层，按照重量百分比计算，所述热喷涂粉末的原料组成为14-16wt％的NiCrMo合金和84-86％的碳化钨；
所述NiCrMo合金为粘结相，含有的Ni、Cr和Mo的质量比为(3-4):1:1。
优选的，所述热喷涂粉末的粒度为15-45μm。
进一步的，耐磨层的厚度为0.15-0.25mm，孔隙率不大于1％，硬度不低于1100HV，与基体的结合强度＞70MPa。
进一步的，本发明提出了一种耐磨注塑机螺杆的制备方法，所述耐磨注塑机螺杆涂覆有以上所述的含有热喷涂粉末的耐磨层，其制备方法包括以下步骤：
S1)清洁和遮蔽：对待加工螺杆的表面进行除油和除污处理，用丙酮待加工清洗螺杆待喷涂表面、出料端端面和中心孔，然后对待加工螺杆的非喷涂区域进行遮蔽，并用纸胶带缠绕保护待加工螺杆的柄部，再在待加工螺杆的出料端面和中心孔装上夹具；
S2)表面打砂：采用喷砂喷枪对待加工螺杆的待喷涂表面进行打砂处理，直至待喷涂表面无金属色反光，喷砂完毕后用压缩空气清理和吹扫待加工螺杆的表面；
S3)喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺对经过表面打砂的待加工螺杆的待喷涂区域喷涂所述热喷涂粉末；
S4)封孔：喷涂完成后，将待加工螺杆冷却至室温，再将待加工螺杆放置在旋转托架上，然后在旋转中用毛刷将封孔剂均匀地涂刷在待加工螺杆表面，并静置至封孔剂凝固，即完成所述耐磨注塑机螺杆的制备。
优选的，步骤S2)中，打砂压力为0.3-0.4MPa。
优选的，步骤S3)中，迎料面喷枪角度为67°，正面喷枪角度为90°，背料面喷枪角度为113°。
为了使螺杆螺棱的迎料面、背料面的两侧达到最好的喷涂效果，需要对喷枪喷涂的角度进行调整，具体可根据螺棱的实际外突角度在90°±30°的范围内调整喷枪喷涂的角度。
优选的，步骤S3)中，煤油流量为25±1L/h，氧气流量为900±20L/min，载气流量为8±1L/min，喷涂距离为350-380mm，送粉量为110±10/min，移动速度为8-20mm/s。
优选的，步骤S3)中，待加工螺杆的迎料面、正面和背料面的喷涂次数比为3:2:1，并控制待加工螺杆的温度为30-100℃。
优选的，步骤S4)中，静置时间为4h。
本发明的上述技术方案的有益效果为：所述热喷涂粉末是由NiCrMo合金和碳化钨组成的非均质复合材料，具有较高的硬度和耐磨性。
进一步的，本发明提出的涂覆有所述的含有热喷涂粉末的耐磨层的耐磨注塑机螺杆的制备方法，通过清洁和打砂处理，清除待加工螺杆表面的油污和氧化层，提高耐磨层与待加工螺杆基体的附着力；并在耐磨层表面涂刷封孔剂，避免注塑材料中的化学成分侵蚀耐磨层，从而避免影响耐磨层的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的实施例1的金相组织图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
一种含有热喷涂粉末的耐磨层，按照重量百分比计算，所述热喷涂粉末的原料组成为14-16wt％的NiCrMo合金和84-86％的碳化钨；
所述NiCrMo合金为粘结相，含有的Ni、Cr和Mo的质量比为(3-4):1:1。
本发明的所述含有热喷涂粉末的耐磨层，是由NiCrMo合金和碳化钨组成的非均质复合材料，其中的碳化钨具有较高的硬度和耐磨性，NiCrMo合金为粘结相，NiCrMo合金不仅可以将陶瓷相粘合在一起，还可以使涂层具有一定的韧性。
优选的，所述热喷涂粉末的粒度为15-45μm。
热喷涂粉末的粒度过小，容易在喷涂过程的初期烧蚀，导致涂层的厚度不足；热喷涂粉末的粒度过大，送粉效果不佳，影响喷涂的实施。
进一步的，耐磨层的厚度为0.15-0.25mm，孔隙率不大于1％，硬度不低于1100HV，与基体的结合强度＞70MPa。
含有热喷涂粉末的耐磨层的耐磨性能与硬铬镀层相当，并具有较大的厚度，具有优于渗氮处理或渗硼处理的加硬层的使用寿命。
进一步的，本发明提出了一种耐磨注塑机螺杆的制备方法，所述耐磨注塑机螺杆涂覆有以上所述的含有热喷涂粉末的耐磨层，其制备方法包括以下步骤：
S1)清洁和遮蔽：对待加工螺杆的表面进行除油和除污处理，用丙酮待加工清洗螺杆待喷涂表面、出料端端面和中心孔，然后对待加工螺杆的非喷涂区域进行遮蔽，并用纸胶带缠绕保护待加工螺杆的柄部，再在待加工螺杆的出料端面和中心孔装上夹具；
S2)表面打砂：采用喷砂喷枪对待加工螺杆的待喷涂表面进行打砂处理，直至待喷涂表面无金属色反光，喷砂完毕后用压缩空气清理和吹扫待加工螺杆的表面；
S3)喷涂：采用超音速火焰工艺对经过表面打砂的待加工螺杆的待喷涂区域喷涂所述热喷涂粉末；
S4)封孔：喷涂完成后，将待加工螺杆冷却至室温，再将待加工螺杆放置在旋转托架上，然后在旋转中用毛刷将封孔剂均匀地涂刷在待加工螺杆表面，并静置至封孔剂凝固，即完成所述耐磨注塑机螺杆的制备。
通过步骤S1)和S2)的清洁和打砂处理，清除待加工螺杆表面的油污和氧化层，提高所述含有热喷涂粉末的耐磨层与待加工螺杆基体的附着力；并在所述含有热喷涂粉末的耐磨层表面涂刷封孔剂，避免使用时出现注塑材料中的化学成分侵蚀所述含有热喷涂粉末的耐磨层的现象，从而避免影响所述含有热喷涂粉末的耐磨层的使用寿命。
其中，封孔剂的优选KDO200或DicholWFT。
优选的，步骤S2)中，打砂压力为0.3-0.4MPa。
打砂压力过小清洁效果不佳，打砂压力过大容易导致表面出现凹坑，影响螺杆的力学性能。
优选的，步骤S3)中，迎料面喷枪角度为67°，正面喷枪角度为90°，背料面喷枪角度为113°。
优选的，步骤S3)中，煤油流量为25±1L/h，氧气流量为900±20L/min，载气流量为8±1L/min，喷涂距离为350-380mm，送粉量为110±10/min，移动速度为8-20mm/s。
避免喷涂层不均匀或者出现过多的气孔。
优选的，步骤S3)中，待加工螺杆的迎料面、正面和背料面的喷涂次数比为3:2:1，并控制待加工螺杆的温度为30-100℃。
注塑过程中，待加工螺杆的迎料面与注塑材料的接触和摩擦机会较多，故此相应地增加迎料面的涂覆厚度。
控制待加工螺杆的温度为30-100℃，可避免待加工螺杆因温度过高出现变形，并避免引起待加工螺杆内部金相组织发生组织变化而影响待加工螺杆的使用寿命。
优选的，步骤S4)中，静置时间为4h。
通过4h的静置使封孔剂凝固并完全硬化。
实施例1
1.配置热喷涂粉末：按照重量百分比计算，称取粒度为15-45μm的NiCrMo合金粉末和碳化钨粉末，NiCrMo合金粉末和碳化钨粉末的重量比为15:85；
NiCrMo合金粉末中的Ni、Cr和Mo的质量比为(3-4):1:1；混合后的热喷涂粉末的松比为4.24g/cm3，流动性为17.36sec/50g。
2.取一注塑机螺杆为待加工螺杆，按照以下步骤操作，并涂覆热喷涂粉末：
S1)清洁和遮蔽：对待加工螺杆的表面进行除油和除污处理，用丙酮待加工清洗螺杆待喷涂表面、出料端端面和中心孔，然后对待加工螺杆的非喷涂区域进行遮蔽，并用纸胶带缠绕保护待加工螺杆的柄部，再在待加工螺杆的出料端面和中心孔装上夹具；
S2)表面打砂：采用喷砂喷枪对待加工螺杆的待喷涂表面进行打砂处理，直至待喷涂表面无金属色反光，喷砂完毕后用压缩空气清理和吹扫待加工螺杆的表面；
S3)喷涂：采用火焰喷粉工艺对经过表面打砂的待加工螺杆的待喷涂区域喷涂所述热喷涂粉末；
S4)封孔：喷涂完成后，将待加工螺杆冷却至室温，再将待加工螺杆放置在旋转托架上，然后在旋转中用毛刷将封孔剂均匀地涂刷在待加工螺杆表面，并静置至封孔剂凝固，即完成所述耐磨注塑机螺杆的制备。步骤S2)中，打砂压力为0.3-0.4MPa；
步骤S3)中，迎料面喷枪角度为67°，正面喷枪角度为90°，背料面喷枪角度为113°；
步骤S3)中，煤油流量为25±1L/h，氧气流量为900±20L/min，载气流量为8±1L/min，喷涂距离为350-380mm，送粉量为110±10/min，移动速度为15mm/s；
步骤S3)中，待加工螺杆的迎料面、正面和背料面的喷涂次数比为3:2:1，并控制待加工螺杆的温度为30-100℃；
步骤S4)中，静置时间为4h。
3.参照ASTME2109标准，对实施例1的涂层的金相厚度和孔隙率进行检测；参考ASTME384标准，对实施例1的涂层的微观硬度进行检测；参考ASTMC633标准，对实施例1的涂层与基体的结合强度进行检测，检测结果如下：
涂层的厚度为0.15-0.25mm、孔隙率为0.05％-0.1％、硬度为1100-1250HV、耐磨层与基体的结合强度为＞70MPa。
综上所述，所述热喷涂粉末是由NiCrMo合金和碳化钨组成的非均质复合材料，具有较高的硬度和耐磨性。
进一步的，本发明提出的涂覆有所述的含有热喷涂粉末的耐磨层的耐磨注塑机螺杆的制备方法，通过清洁和打砂处理，清除待加工螺杆表面的油污和氧化层，提高耐磨层与待加工螺杆基体的附着力；并在耐磨层表面涂刷封孔剂，避免注塑材料中的化学成分侵蚀耐磨层，从而避免影响耐磨层的使用寿命。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种含有热喷涂粉末的耐磨层，其特征在于：
按照重量百分比计算，所述热喷涂粉末的原料组成为14-16wt％的NiCrMo合金和84-86％的碳化钨；
所述NiCrMo合金为粘结相，含有的Ni、Cr和Mo的质量比为(3-4):1:1。
2.根据权利要求1所述的含有热喷涂粉末的耐磨层，其特征在于，所述热喷涂粉末的粒度为15-45μm。
3.根据权利要求1所述的含有热喷涂粉末的耐磨层，其特征在于，耐磨层的厚度为0.15-0.25mm，孔隙率不大于1％，硬度不低于1100HV，与基体的结合强度＞70MPa。
4.一种耐磨注塑机螺杆的制备方法，其特征在于，所述耐磨注塑机螺杆涂覆有权利要求1-3任一项所述的含有热喷涂粉末的耐磨层，其制备方法包括以下步骤：
S1)清洁和遮蔽：对待加工螺杆的表面进行除油和除污处理，用丙酮待加工清洗螺杆待喷涂表面、出料端端面和中心孔，然后对待加工螺杆的非喷涂区域进行遮蔽，并用纸胶带缠绕保护待加工螺杆的柄部，再在待加工螺杆的出料端面和中心孔装上夹具；
S2)表面打砂：采用喷砂喷枪对待加工螺杆的待喷涂表面进行打砂处理，直至待喷涂表面无金属色反光，喷砂完毕后用压缩空气清理和吹扫待加工螺杆的表面；
S3)喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺对经过表面打砂的待加工螺杆的待喷涂区域喷涂所述热喷涂粉末；
S4)封孔：喷涂完成后，将待加工螺杆冷却至室温，再将待加工螺杆放置在旋转托架上，然后在旋转中用毛刷将封孔剂均匀地涂刷在待加工螺杆表面，并静置至封孔剂凝固，即完成所述耐磨注塑机螺杆的制备。
5.根据权利要求4所述放入耐磨注塑机螺杆的制备方法，其特征在于，步骤S2)中，打砂压力为0.3-0.4MPa。
6.根据权利要求4所述放入耐磨注塑机螺杆的制备方法，其特征在于，步骤S3)中，迎料面喷枪角度为67°，正面喷枪角度为90°，背料面喷枪角度为113°。
7.根据权利要求4所述放入耐磨注塑机螺杆的制备方法，其特征在于，步骤S3)中，煤油流量为25±1L/h，氧气流量为900±20L/min，载气流量为8±1L/min，喷涂距离为350-380mm，送粉量为110±10/min，移动速度为8-20mm/s。
8.根据权利要求4所述放入耐磨注塑机螺杆的制备方法，其特征在于，步骤S3)中，待加工螺杆的迎料面、正面和背料面的喷涂次数比为3:2:1，并控制待加工螺杆的温度为30-100℃。
9.根据权利要求4所述放入耐磨注塑机螺杆的制备方法，其特征在于，步骤S4)中，静置时间为4h。
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