专利名称：螺杆的制造方法及螺杆的制作方法
技术领域：
本申请主张基于2010年11月18日申请的日本专利申请第2010-258140号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。本发明涉及一种螺杆的制造方法及螺杆。
背景技术：
通常，注射成型机的注射装置构成为，在加热缸内进行加热且从注射喷嘴注射熔融的成型材料(树脂等)并填充至模具装置的型腔空间。通常的注射装置的螺杆由螺杆头、螺杆主体、配置于螺杆头的径向外侧的止回圈及配设于螺杆主体与螺杆头之间的密封圈等构成(例如专利文献1)。螺杆配设成在加热缸内可旋转且可进退。止回圈配设成在加热缸内能够沿轴向移动，并且可与密封圈接触分离。止回圈及密封圈具有抑制如下情况的作用，即在注射成型材料的工序中，为了从注射喷嘴注射成型材料而螺杆前进时，位于比螺杆头更靠前方的成型材料的一部分向后方倒流。专利文献1 日本特开2007-29(^84号公报在如前述构成的注射成型机中，在该注射成型机运转期间，螺杆头、止回圈及密封圈等部件不断地反复相互滑动和/或抵接。因此，在长时间运转注射成型机之后等情况下， 因这些部件的磨损或抵接而引起的消耗有时会成为问题。
发明内容
本发明是鉴于这种背景而完成的，本发明的目的在于提供一种可以有目的地抑制因构成部件的磨损或抵接而引起的消耗的螺杆的制造方法。另外，本发明的目的在于提供一种具有那种特征的螺杆。本发明提供一种螺杆的制造方法，所述螺杆具有螺杆头；螺杆主体；密封圈，设置于所述螺杆头与所述螺杆主体之间；以及止回圈，具有前端和后端，并配置成所述前端成为所述螺杆头侧且所述后端成为所述密封圈侧，且能够沿轴向移动，其特征在于，该制造方法具有⑴准备包含以重量比计为5 9%的B(硼)、9 11%的Cr (铬)、4 5%的 Si (硅)及Ni (镍)的第1粉末的工序；(ii)准备包含金属元素M的第2粉末的工序，其中，第2粉末为W(钨)和/或 Mo (钼)；(iii)混合所述第1及第2粉末来得到热喷涂粉末的工序，其中，所述第2粉末相对于所述第1粉末混合为，以摩尔比计M B(硼)成为0. 75 1 1 1 ；(iv)利用所述热喷涂粉末对所述螺杆头、所述止回圈及所述密封圈中的至少一个部件进行热喷涂，在所述任意一个部件的至少一部分形成热喷涂膜的工序；及(ν)对所述热喷涂膜进行热处理来形成硼化物Ni (MxBy)的工序。在基于本发明的制造方法中，所述第1粉末的粒径可以在45 μ m 90 μ m的范围，
3和/或所述第2粉末的粒径可以在13. 5μπι 17. 5μπι的范围。并且，在基于本发明的制造方法中，所述热喷涂膜可以设置于所述螺杆头与所述止回圈的前端抵接的位置、所述止回圈的所述前端与所述螺杆头抵接的位置、所述止回圈的所述后端与所述密封圈抵接的位置及所述密封圈与所述止回圈的后端抵接的位置的至少一处。另外，本发明提供一种螺杆，其具有螺杆头；螺杆主体；密封圈，设置于所述螺杆头与所述螺杆主体之间；以及止回圈，具有前端和后端，并配置成所述前端成为所述螺杆头侧且所述后端成为所述密封圈侧，且能够沿轴向移动，其特征在于，在所述螺杆头与所述止回圈的前端抵接的位置、所述止回圈的所述前端与所述螺杆头抵接的位置、所述止回圈的所述后端与所述密封圈抵接的位置及所述密封圈与所述止回圈的后端抵接的位置的至少一处设置热喷涂膜，该热喷涂膜包含硼化物Ni (MxBy)，其中，M为钼和/或钨，硼B的量在5wt % 9wt % 的范围。发明效果本发明能够提供一种可以有目的地抑制因构成部件的磨损或抵接而引起的消耗的螺杆的制造方法。另外，本发明能够提供一种具有那种特征的螺杆。
图1是概略地表示具备通过本发明所涉及的制造方法制造出的螺杆的注射装置的一例的图。图2是概略地表示本发明所涉及的螺杆的制造方法的一例的图。图3是概略地表示耐磨性评价试验装置的结构的图。图中100-注射装置，111-加热缸，112-螺杆，113-螺杆主体，131-螺杆头， 132-前端部，139-缩径部，140-止回圈，142-间隙，145-密封圈，148-刮板，149-螺旋状槽， 300-试验装置，310-试料，320-圈，Ll 1-延伸轴。
具体实施例方式以下，参考附图对本发明进行说明。图1中概略地示出具备通过本发明所涉及的制造方法制造出的螺杆的注射装置的一例的截面图。如图1所示，具备通过本发明所涉及的制造方法制造出的螺杆的注射装置100在加热缸111内具备螺杆112。加热缸111由具有延伸轴Lll的缸部件构成，从料斗(未图示)供给成型材料(例如为树脂)。并且，螺杆112被配设成沿所述延伸轴Lll在加热缸 111内可进退并可旋转。螺杆112具有螺杆主体113、螺杆头131、止回圈140及密封圈145。螺杆主体113 具有沿着向径向外侧突出并形成为螺旋状的刮板148的螺旋状槽149。螺杆头131安装于密封圈145的前端，且具有先端部132和缩径部139。螺杆头131的先端部132上形成有多个与延伸轴Lll平行的水平槽(未图示)。止回圈140在螺杆头131的缩径部139的径向外侧配设成能够沿加热缸111的轴Lll方向移动。密封圈145被配置于螺杆主体113与螺杆头131的缩径部139之间(同时也是螺杆主体113与止回圈140之间)。当注射装置100动作时，所述螺杆112通过马达(未图示)的驱动而旋转。由此， 从料斗(未图示)供给至加热缸111内的成型材料在螺旋槽149内向图1的箭头160的方向前进。成型材料在加热缸111内前进期间被熔融并混勻。并且，通过成型材料的压力，止回圈140的前端与螺杆头131的先端部132的后端抵接。因此，成型材料穿过止回圈140与螺杆头131的缩径部139之间的间隙142，进一步通过前端部132的水平槽。成型材料积存于螺杆头131的先端部132的前方，螺杆112通过积存的成型材料而后退。而且，若使马达(未图示)驱动，则螺杆112向箭头160的方向前进。随此，积存于螺杆头131的前方的成型材料从注射喷嘴(未图示)注射，并填充至模具装置(未图示) 的型腔空间。之后，成型材料在型腔空间内被冷却硬化，从而形成成型品。但是，在使螺杆112前进，从注射喷嘴(未图示)注射成型材料时，积存于比螺杆头131更靠前方的成型材料的一部分欲向后方倒流。然而，此时，通过成型材料倒流的压力，止回圈140的后端按压在密封圈145的前端。因此，比密封圈145与止回圈140的抵接部更靠前方侧和更靠后方侧被密闭，可避免成型材料在加热缸111内向后方倒流。另外，为了避免螺杆112后退时止回圈140脱离螺杆 112，止回圈140的内径构成为小于螺杆头131的先端部132的最大外径。在此，通常的注射成型机中，在该注射成型机运转期间，螺杆头的先端部、止回圈及密封圈等部件会不断地反复相互滑动和/或抵接。因此，在长时间运转注射成型机之后等情况下，因这些部件的磨损或抵接而引起的消耗有时会成为问题。然而，在基于本发明的螺杆112中，具有如下特征至少在螺杆头131的先端部 132、止回圈140及密封圈145中的至少一个部件的至少抵接部设置有热喷涂膜。例如，图1的例子中，在螺杆头131的先端部132中与止回圈140抵接的区域A、 止回圈140中与螺杆头131的先端部132抵接的区域Bl及与密封圈145抵接的区域C、以及密封圈145与止回圈140抵接的区域D设置有热喷涂膜。另外，图1的例子中，在止回圈 140的前端侧，在不直接与螺杆头131的先端部132抵接的区域B2也设置有热喷涂膜。并且，该热喷涂膜含有金属硼化物Ni (MxBy)，如后面的详细说明那样，具有良好的耐磨性及韧性。因此，基于本发明的螺杆112可以有目的地抑制因构成部件的磨损或抵接而引起的消耗。并且，由此各构成部件的更换频度减少，且可以改善注射成型机100的寿命。(基于本发明的注射成型机的制造方法)接着，参考图2对基于本发明的螺杆112的制造方法的一例进行说明。图2中概略地示出基于本发明的注射成型机的制造方法的一例。如图2所示，基于本发明的方法具有准备包含以重量比计为5 9%的B(硼)、 9 11 %的Cr (铬)、4 5%的Si (硅)及作为基材的Ni (镍)的第1粉末的工序(步骤 S110)；准备包含金属元素M的第2粉末的工序，其中，第2粉末为W(钨)和/或Mo (钼) (步骤S120)；混合所述第1及第2粉末来得到热喷涂粉末的工序，其中，所述第2粉末相对于所述第1粉末混合为，以摩尔比计M B (硼)成为0.75 1 1 1(步骤S130)；利用所述热喷涂粉末对螺杆头、止回圈及密封圈中的至少一个部件进行热喷涂，在所述任意一个部件的至少一部分形成热喷涂膜的工序(步骤S140)；及对所述热喷涂膜进行热处理来形成硼化物Ni (MxBy)的工序(步骤S150)。以下，对各步骤进行详细说明。(步骤 S110)首先，准备第1粉末。第1粉末为包含以重量比计为5 9%的B(硼)、9 11% 的Cr(铬)、4 5%的Si(硅)的Ni(镍)合金。第1粉末的粒径并不特别限定，例如粒径可以在45 μ m 90 μ m的范围。这种粒径范围内的粉末能够通过基于筛子的筛分轻松地得到。(步骤 S120)接着，准备包含金属元素M的第2粉末。金属元素M为W(钨)和/或Mo(钼)。第2粉末的粒径并不特别限定，例如粒径可以在13.5μπι 17.5μπι的范围。这种粒径范围内的粉末能够通过基于筛子的筛分轻松地得到。(步骤 S130)接着，混合第1粉末和第2粉末，配制热喷涂粉末。优选第2粉末相对于第1粉末混合为，以摩尔比计金属元素M B (硼)成为0.75 1 1 1。混合方法并不特别限定。(步骤 S140)接着，利用在步骤S130中配制的热喷涂粉末，在对象部件的表面设置热喷涂膜。对象部件是螺杆头131、止回圈140及密封圈145中的至少一个。并且，关于热喷涂施工部位，为螺杆头131时，是先端部132与止回圈140抵接的位置(参考图1的Α)，为止回圈140时，是与螺杆头131的先端部132的抵接部和/或与密封圈145的抵接部(分别参考图1的Bl及C)，为密封圈145时，是与止回圈140抵接的位置(参考图1的D)。但是，以上标示为最小的热喷涂施工区域，另外还可以在其他位置进行热喷涂。例如，可以在止回圈140的前端侧即不与螺杆头131的先端部132抵接的区域(参考图1的Β2)、止回圈140的与螺杆头131的缩径部139对置的面、和/或止回圈140的与加热缸111的内面对置的面等设置热喷涂膜。热喷涂的方法并不特别限定，热喷涂可以为等离子热喷涂、火焰热喷涂、或爆炸热喷涂等。另外，热喷涂条件并不特别限定，热喷涂可以在以往的一般条件下进行。另外，在进行热喷涂之前，可以对对象部件的表面实施喷砂处理等预处理。另外，在本申请中，能够通过以下方法测定热喷涂于各部位的热喷涂膜中所含的各元素、尤其是B(硼)、W(钨)及Mo(钼)的浓度。首先，从施工部位剥离测定对象的热喷涂膜并进行粉碎。接着，将粉碎的热喷涂膜样品称量后溶解于酸溶液中。根据电感耦合等离子体原子发射光谱分析法anductively Coupled Plas ma-Atomic Emission Spectrometry =ICP-AES)分析该热喷涂膜样品所溶解的溶液中所含的所希望的元素浓度。(步骤 S150)接着，对热喷涂膜进行热处理。为了使热喷涂膜中的硼和金属元素M进行反应来生成金属硼化物Ni (MxBy)而实施热喷涂膜的热处理。热喷涂膜的热处理条件并不特别限定，热处理可以在以往的一般条件下进行。例如，可以通过将热喷涂膜在真空中保持为1200°C以上的温度来进行热处理。由此，在热喷涂膜中形成金属硼化物Ni (MxBy)。该金属硼化物Ni (MxBy)有助于提高热喷涂膜的耐磨性。尤其，在本发明中，在热喷涂合金中添加了金属W(钨)和/或金属 Mo(钼)。这些金属为容易与B(硼)热力学结合的元素，因此，本发明中能够比较轻松地生成金属硼化物Ni (MxBy)。另外，一直以来认为，要提高热喷涂膜的耐磨性，优选尽可能较多含有热喷涂合金中的硼及在与该硼之间形成金属硼化物的金属元素M。然而，本申请的发明人等发现，若相反地热喷涂膜中所含的金属硼化物Ni (MxBy) 过多，则存在热喷涂膜的拉伸强度下降且韧性下降的危险性。因此，本发明中，Ni-B系合金中所含的B的量被抑制在6wt% 8wt%。由此，不怎么降低热喷涂膜的韧性，就能够显现较高的耐磨性。[实施例]以下，对本发明的实施例进行说明。(实施例1)通过以下方法配制热喷涂合金。首先，准备粒径在45 μ m 90 μ m的范围的Ni-B-Cr-Si合金粉末(第1粉末纯度99. 8% )及粒径在13. 5μπι 17. 5μπι的范围的钨粉末(第2粉末纯度99.8% )。第 1 粉末的组成设为 Ni-6wt% B-IOwt% Cr-4. 5wt% Si。接着，在混合机中放入第1粉末及第2粉末，对这些进行混合。以混合物中的钨与硼的摩尔比(W B)成为1 1的方式添加了第1粉末及第2粉末。接着，利用得到的混合合金粉末在基材上进行等离子热喷涂。基材使用了 SCM440 材(Cr-Mo丝网)。在进行热喷涂之前，对基材的被热喷涂面进行了喷砂处理。在如下的一般条件下实施了等离子热喷涂电流500A、电压65V、载气(氩气)流量18. 5SCFH、及燃料供给用氢流量15SCHL热喷涂膜的厚度以Imm为目标。接着，将得到的热喷涂膜保持在高温(1200°C以上)的真空中，并进行热处理。在热处理之后，确认到热喷涂膜中的钨和硼进行反应，生成了硼化物(WB)。将通过以上方法得到的热喷涂试料称为实施例1所涉及的试料。(实施例2)通过与实施例1相同的方法制作了实施例2所涉及的试料。但是，在实施例2中， 第1粉末的组成设为Ni-8wt% B-IOwt% Cr-4. 5wt% Si。其他制作条件与实施例1相同。(比较例1)通过与实施例1相同的方法制作了比较例1所涉及的试料。但是，在比较例1中， 第1粉末的组成设为Ni-3wt% B-IOwt% Cr-4. 5wt% Si。其他制作条件与实施例1相同。
(比较例2)通过与实施例1相同的方法制作了比较例2所涉及的试料。但是，在比较例2中， 第1粉末的组成设为Ni-IOwt% B-IOwt% Cr-4. 5wt% Si。其他制作条件与实施例1相同。(评价)接着，利用得到的各试料进行了耐磨性的评价试验。耐磨性的评价以比磨损量S为指标，通过以下示出的方法实施。图3中概略地示出试验装置300的结构。如图3所示，试验装置300由配置于试料310的上部的圈320构成。利用该试验装置300在从试料310的上方以载荷w按压圈320的状态下，使圈320 以2. 4m/秒的转速旋转。预定时间之后，停止圈320的旋转，测定试料310的损耗体积V。利用损耗体积V由下式⑴计算比磨损量S S = V/w · L式(1)其中，L为圈320的滑动距离(即，试料310和圈320滑动的距离)，其能够从试验时间计算出。从式(1)可知，比磨损量S成为耐磨性的指标，比磨损量S越小，试料310的耐磨性越优异。另外，在进行试验时，未使用润滑剂。将结果示于表1中。[表 1]
权利要求
1.一种螺杆的制造方法，所述螺杆具有螺杆头；螺杆主体；密封圈，设置于所述螺杆头与所述螺杆主体之间；以及止回圈，具有前端和后端，并配置成所述前端成为所述螺杆头侧且所述后端成为所述密封圈侧，且能够沿轴向移动，其特征在于，该制造方法具有(i)准备包含以重量比计为5 9%的B、9 11 %的Cr、4 5%的Si及Ni的第1粉末的工序，其中B为硼、Cr为铬、Si为硅、Ni为镍；( )准备包含金属元素M的第2粉末的工序，其中，第2粉末为W和/或Mo，其中W为钨、Mo为钼；(iii)混合所述第1及第2粉末来得到热喷涂粉末的工序，其中，所述第2粉末相对于所述第1粉末混合为，以摩尔比计M B成为0.75 1 1 1，其中B为硼；(iv)利用所述热喷涂粉末对所述螺杆头、所述止回圈及所述密封圈中的至少一个部件进行热喷涂，在所述任意一个部件的至少一部分形成热喷涂膜的工序；及(ν)对所述热喷涂膜进行热处理来形成硼化物Ni (MxBy)的工序。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第1粉末的粒径在45 μ m 90 μ m的范围，和/或所述第2粉末的粒径在13. 5 μ m 17. 5 μ m的范围。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述热喷涂膜设置于所述螺杆头与所述止回圈的前端抵接的位置、所述止回圈的所述前端与所述螺杆头抵接的位置、所述止回圈的所述后端与所述密封圈抵接的位置及所述密封圈与所述止回圈的后端抵接的位置的至少一处。
4.一种螺杆，其具有螺杆头；螺杆主体；密封圈，设置于所述螺杆头与所述螺杆主体之间；以及止回圈，具有前端和后端，并配置成所述前端成为所述螺杆头侧且所述后端成为所述密封圈侧，且能够沿轴向移动，其特征在于，在所述螺杆头与所述止回圈的前端抵接的位置、所述止回圈的所述前端与所述螺杆头抵接的位置、所述止回圈的所述后端与所述密封圈抵接的位置及所述密封圈与所述止回圈的后端抵接的位置的至少一处设置热喷涂膜，该热喷涂膜包含硼化物Ni (MxBy)，其中，M为钼和/或钨，硼B的量在5wt% 9wt%的范围。
全文摘要
本发明提供一种螺杆及其制造方法，其可以有目的地抑制因构成部件的磨损或抵接而引起的消耗。本发明的螺杆的制造方法，其特征在于，该方法具有(i)准备包含以重量比计为5～9％的B(硼)、9～11％的Cr(铬)、4～5％的Si(硅)及Ni(镍)的第1粉末的工序；(ii)准备包含金属元素M的第2粉末的工序，其中，第2粉末为W(钨)和/或Mo(钼)；(iii)混合所述第1及第2粉末来得到热喷涂粉末的工序，其中，所述第2粉末相对于所述第1粉末混合为，以摩尔比计M∶B(硼)成为0.75∶1～1∶1；(iv)在构成部件的表面形成热喷涂膜的工序；及(v)对所述热喷涂膜进行热处理来形成硼化物Ni(MxBy)的工序。
文档编号C23C4/06GK102560317SQ20111036966
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者丹野康雄, 西泽诚二, 黑泽隆 申请人:住友重机械工业株式会社