專利名稱：金屬螺桿及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺桿制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種多元硼化物基超硬雙金屬螺桿及其制備方法。
背景技術(shù)：
螺桿是塑料成型設(shè)備的核心部件，是加熱擠出塑化的部分，螺桿由于摩擦磨損而失效損壞。隨著化學(xué)エ業(yè)的迅速發(fā)展，各種新型的塑料原料不斷涌現(xiàn)。在高強(qiáng)度的增強(qiáng)塑料原料中，常常含有諸如碳、石棉、玻璃、硼等增強(qiáng)纖維。此外為了獲得各種特殊性能或降低成本，在塑料樹脂中常常加人一定比例的各種填充料，如白堊、硅石、重晶石、陶土、纖維素、云母、滑石和金屬粉等。由于這些增強(qiáng)劑、填充料以及無(wú)機(jī)著色劑的加人加劇了塑料擠出機(jī)、注射機(jī)中的機(jī)筒與螺桿的磨損和腐蝕，使得加工機(jī)械的生產(chǎn)效率下降，制品質(zhì)量不穩(wěn)定，維修機(jī)械和調(diào)換部件的次數(shù)、費(fèi)用增加，影響了整機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益。自70年代左右起，歐美エ業(yè) 發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛采用螺桿作為塑料擠出機(jī)和注射機(jī)的主要關(guān)鍵部件。應(yīng)用結(jié)果表明，雙金屬螺桿比經(jīng)氮化處理的機(jī)筒、螺桿，其耐磨或耐腐蝕性提高許多倍，使用壽命大大延長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著?，F(xiàn)有ー種專利號(hào)為CN200820120388. 9名稱為《雙金屬螺桿》的中國(guó)實(shí)用新型專利公開了ー種結(jié)構(gòu)，其特征在于螺桿螺旋型螺貝與射料管接觸的表面開設(shè)有一螺旋型凹槽，該螺旋型凹槽內(nèi)焊接有鎳基合金粉。該實(shí)用新型先在螺旋型螺貝與射料管接觸的表面開設(shè)有ー凹槽，然后再用焊接機(jī)在凹槽內(nèi)焊接鎳基合金粉。這樣，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋型螺貝與射料管接觸的表面為鎳基合金粉，由于鎳基合金粉的硬度很高，因此螺貝不易磨損，有效提高了螺桿的使用壽命，減少了螺桿的使用成本。該實(shí)用新型的使用壽命是普通螺桿的3 5。但這種螺桿的缺點(diǎn)是鎳基合金粉覆只蓋于螺桿的局部上，其螺桿的使用壽命會(huì)受到影響，且鎳基合金粉沒(méi)有形成金屬陶瓷層，所以其硬度也理想。因此其結(jié)構(gòu)還有待于改迸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決第一個(gè)的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供ー種耐磨耐腐蝕性能好且使用壽命長(zhǎng)的金屬螺桿。本發(fā)明解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為本金屬螺桿，包括有進(jìn)料段、熔化段、擠出段，其特征在于所述螺桿以含鉻鑰的合金鋼棒作為螺桿芯棒，在螺桿芯棒的外周通過(guò)燒結(jié)法包覆有ー層多元硼化物基金屬陶瓷層所述多元硼化物基金屬陶瓷層為Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層或Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層或WCoB-Co基金屬陶瓷層。作為改進(jìn)，所述Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的Mo粉、顆粒度為20 30um的Fe-B合金粉、顆粒度為10 15um的Fe粉相互混合組成。再改進(jìn)，所述原料重量份比依次為35 55份Mo 25 45份FeB 5 20份Fe。再改進(jìn)，所述Mo2NiB2-Ni金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的Mo粉、顆粒度為20 30um的Ni-B合金粉、顆粒度為5 IOumNi粉相互混合組成。再改進(jìn)，所述原料重量份比依次為35 55份Mo : 25 45份Ni-B 6 25份Ni。再改進(jìn)，所述WCoB-Co金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的W粉、顆粒度為20 30um的Co-B合金粉、顆粒度為5 IOum的Co粉相互混合組成。再改進(jìn)，所述原料重量份比依次為35 55份W 25 45份Co-B 5 20份Co。再改進(jìn)，所述燒結(jié)法包括真空燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)法或放電等離子燒結(jié)法。
再改進(jìn)，所述制備原料中包括有使多元硼化物基金屬陶瓷層與螺桿芯棒在燒結(jié)時(shí)更好結(jié)合在一起的顆粒度為5 IOum的Ni粉和顆粒度為5 IOum的Cr粉，其中在Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層和WCoB-Co基金屬陶瓷層的制備原料中加入重量份比為I 5份Ni I 5份Cr;而在Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層的制備原料中加入重量份比為6 25份Ni I 5 份 Cr。本發(fā)明所要解決第二的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供ー種耐磨耐腐蝕性能好且成本較低、制作エ藝簡(jiǎn)單的金屬螺桿的制作方法。本發(fā)明解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為本制備上述的金屬螺桿的制作方法其特征在于包括如下步驟步驟I :將螺桿芯棒放入燒結(jié)的包套中，并在螺桿芯棒和包套的間隙內(nèi)部填充配比好的原料粉末；步驟2 :將包套整體放入密封容器中并抽真空；步驟3 :加熱步驟2中的密封容器以4 12°C /min的升溫速率加熱，至燒結(jié)溫度達(dá)到1100 1400°C，燒結(jié)壓カ為80 150MPa，至保溫30 60min，然后隨爐冷卻后去除包套形成高致密度的多元硼化物基金屬陶瓷層。步驟4 :將步驟3中的多元硼化物基金屬陶瓷層經(jīng)精加工至精度達(dá)到螺桿圖紙的要求，即為成品的金屬螺桿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的金屬螺桿采用以含鉻鑰的合金鋼棒作為螺桿芯棒，在螺桿芯棒的外周通過(guò)燒結(jié)法包覆有ー層多元硼化物基金屬陶瓷層所述多元硼化物基金屬陶瓷層為Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層或Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層或WCoB-Co基金屬陶瓷層。再經(jīng)過(guò)精加工至螺桿精度制備出成品螺桿，與目前常用的螺桿相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)多元硼化物基金屬陶瓷硬度高，耐高溫磨損性能良好，且與芯棒的結(jié)合強(qiáng)度高，能較好地承受螺桿機(jī)筒工作時(shí)遭受的劇烈摩擦磨損和腐蝕；同時(shí)，多元硼化物基金屬陶瓷的斷裂韌性高，可加工性能良好，便于機(jī)械加工和獲得光潔的表面。因此，該雙金屬螺桿機(jī)筒極大地提高了螺桿機(jī)筒的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命。(2)制備多元硼化物基超硬雙金屬螺桿機(jī)筒的原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，成本較低；且エ藝過(guò)程簡(jiǎn)單易控，便于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，本發(fā)明中多元硼化物基超硬雙金屬螺桿或金屬螺桿具有綜合成本較低、制作エ藝簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)和適于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，可替代目前廣泛使用的經(jīng)過(guò)滲氮、噴焊、澆鑄等處理的螺桿，具有良好的市場(chǎng)前景。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。如圖I所示，本實(shí)施例的金屬螺桿，包括有進(jìn)料段、熔化段、擠出段，所述螺桿以含鉻鑰的合金鋼棒作為螺桿芯棒1，在螺桿芯棒I的外周通過(guò)燒結(jié)法包覆有ー層多元硼化物基金屬陶瓷層2 :所述多元硼化物基金屬陶瓷層2為Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層或Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層或WCoB-Co基金屬陶瓷層。所述Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的Mo粉、顆粒度為20 30um的Fe-B合金粉、顆粒度為10 15um的Fe粉相互混合組成。所述原料重量份比依次為35 55份Mo : 25 45份FeB : 5 20份Fe。所述Mo2NiB2-Ni金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的Mo粉、顆粒度 為20 30um的Ni-B合金粉、顆粒度為5 IOumNi粉相互混合組成。所述原料重量份比依次為35 55份Mo : 25 45份Ni-B 6 25份Ni。所述WCoB-Co金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的W粉、顆粒度為20 30um的Co-B合金粉、顆粒度為5 IOum的Co粉相互混合組成。所述原料重量份比依次為35 55份W 25 45份Co-B 5 20份Co。所述燒結(jié)法包括真空燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)法或放電等離子燒結(jié)法。上述制備原料中包括有使多元硼化物基金屬陶瓷層與螺桿芯棒在燒結(jié)時(shí)更好結(jié)合在一起的顆粒度為5 IOum的Ni粉和顆粒度為5 IOum的Cr粉，其中在Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層和WCoB-Co基金屬陶瓷層的制備原料中加入重量份比為1 5份Ni I 5份Cr ;而在Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層的制備原料中加入重量份比為6 25份Ni I 5份Cr。上述金屬螺桿的制作方法包括如下步驟步驟I :將螺桿芯棒放入熱等靜壓燒結(jié)的包套中，并在螺桿芯棒I和包套的間隙內(nèi)部填充配比好的原料粉末；步驟2 :將包套整體放入密封容器中并抽真空；步驟3 :加熱步驟2中的密封容器以4 12°C /min的升溫速率加熱，至燒結(jié)溫度達(dá)到1100 1400°C，燒結(jié)壓カ為80 150MPa，至保溫30 60min，然后隨爐冷卻后去除包套形成高致密度的多元硼化物基金屬陶瓷層2。步驟4 :將步驟3中的多元硼化物基金屬陶瓷層2經(jīng)精加工至精度達(dá)到螺桿圖紙的要求，即為成品的金屬螺桿。以下結(jié)合對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。多元硼化物基金屬陶瓷是ー種性能優(yōu)良的新型硬質(zhì)合金材料，其中，三元硼化物Mo2FeB2金屬陶瓷具有良好的耐磨性，其硬度和抗彎強(qiáng)度分別可達(dá)到78 91HRA和I. 0
2.6GPa，相當(dāng)于硬質(zhì)合金的硬度和抗彎強(qiáng)度的范圍，而其密度大約為普通硬質(zhì)合金的3/5，幾乎等同于鋼的密度。另外，與硬質(zhì)合金材料相比，這種金屬陶瓷的熱膨脹系數(shù)在一定溫度范圍內(nèi)與鋼接近。所以，三元硼化物Mo2FeB2金屬陶瓷可以與各種鋼形成綜合性能優(yōu)良的覆層材料。本發(fā)明公開ー種在含鉻鑰的合金結(jié)構(gòu)鋼棒表面通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)包覆ー層多元硼化物基金屬陶瓷層，再經(jīng)過(guò)精加工制備出雙金屬螺桿或的金屬螺桿方法，對(duì)促進(jìn)多元硼化物基金屬陶瓷的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和提升螺桿機(jī)筒的使用性能具有重大意義。
為了表征本發(fā)明中ー種多元硼化物基超硬雙金屬螺桿機(jī)筒的性能，利用熒光金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)和顯微硬度計(jì)對(duì)所得到的螺桿樣品進(jìn)行表征，以下是具體的性能測(cè)試方法。金屬陶瓷顯微硬度測(cè)試方法將金屬陶瓷樣品鑲嵌后拋光，采用數(shù)顯硬度計(jì)測(cè)量金屬陶瓷的顯微硬度，所加載荷為IOOOg,保壓時(shí)間為10s。硬度計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.ー種金屬螺桿，包括有進(jìn)料段、熔化段、擠出段，其特征在干所述螺桿以含鉻鑰的合金鋼棒作為螺桿芯棒(I)，在螺桿芯棒(I)的外周通過(guò)燒結(jié)法包覆有ー層多元硼化物基金屬陶瓷層(2):所述多元硼化物基金屬陶瓷層(2)為Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層或Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層或WCoB-Co基金屬陶瓷層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬螺桿，其特征在于所述Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的Mo粉、顆粒度為20 30um的Fe-B合金粉、顆粒度為10 15um的Fe粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬螺桿，其特征在于所述原料重量份比依次為35 55份Mo 25 45 份 FeB 5 20 份 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬螺桿，其特征在于所述Mo2NiB2-Ni金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的Mo粉、顆粒度為20 30um的Ni-B合金粉、顆粒度為5 IOumNi粉相互混合組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬螺桿，其特征在于所述原料重量份比依次為35 55份 Mo : 25 45 份 Ni-B 6 25 份 Ni。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬螺桿，其特征在于所述WCoB-Co金屬陶瓷層的制備原料包括有顆粒度為5 IOum的W粉、顆粒度為20 30um的Co-B合金粉、顆粒度為5 IOum的Co粉相互混合組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬螺桿，其特征在于所述原料重量份比依次為35 55份 W 25 45 份 Co-B 5 20 份 Co。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一所述的金屬螺桿，其特征在于所述燒結(jié)法包括真空燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)法或放電等離子燒結(jié)法。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或4或6所述的金屬螺桿，其特征在于所述制備原料中包括有使多元硼化物基金屬陶瓷層與螺桿芯棒在燒結(jié)時(shí)更好結(jié)合在一起的顆粒度為5 IOum的Ni粉和顆粒度為5 IOum的Cr粉，其中在Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層和WCoB-Co基金屬陶瓷層的制備原料中加入重量份比為1 5份Ni I 5份Cr ;而在Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層的制備原料中加入重量份比為6 25份Ni I 5份Cr。
10.一種制備根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一所述的金屬螺桿的制作方法其特征在于包括如下步驟 步驟I :將螺桿芯棒放入燒結(jié)的包套中，并在螺桿芯棒(I)和包套的間隙內(nèi)部填充配比好的原料粉末； 步驟2 :將包套整體放入密封容器中并抽真空； 步驟3 :加熱步驟2中的密封容器以4 12°C /min的升溫速率加熱，至燒結(jié)溫度達(dá)到1100 1400°C，燒結(jié)壓カ為80 150MPa，保溫30 60min，然后隨爐冷卻后去除包套形成高致密度的多元硼化物基金屬陶瓷層(2)。
步驟4:將步驟3中的多元硼化物基金屬陶瓷層(2)經(jīng)精加工至精度達(dá)到螺桿圖紙的要求，即為成品的金屬螺桿。
全文摘要
一種金屬螺桿及其制作方法，所述螺桿以含鉻鉬的合金鋼棒作為螺桿芯棒(1)，在螺桿芯棒(1)的外周通過(guò)燒結(jié)法包覆有一層多元硼化物基金屬陶瓷層(2)所述多元硼化物基金屬陶瓷層(2)為Mo2FeB2-Fe基金屬陶瓷層或Mo2NiB2-Ni基金屬陶瓷層或WCoB-Co基金屬陶瓷層。其制作方法為將螺桿芯棒放入包套中，并在螺桿芯棒和包套的間隙內(nèi)部填充配比好的原料粉末；將包套整體放入密封容器中并抽真空；在密封容器燒結(jié)，再對(duì)多元硼化物基金屬陶瓷層經(jīng)精加工制得金屬螺桿。本發(fā)明中多元硼化物基超硬雙金屬螺桿或金屬螺桿具有綜合成本較低、制作工藝簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)和適于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，可替代目前廣泛使用的經(jīng)過(guò)滲氮、噴焊、澆鑄等處理的螺桿。
文檔編號(hào)B22F7/08GK102773991SQ20121022799
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者夏增富 申請(qǐng)人:浙江華業(yè)塑料機(jī)械有限公司