专利名称：金属螺杆及其制作方法
技术领域：
本发明涉及螺杆制造技术领域，尤其涉及ー种多元硼化物基超硬双金属螺杆及其制备方法。
背景技术：
螺杆是塑料成型设备的核心部件，是加热挤出塑化的部分，螺杆由于摩擦磨损而失效损坏。随着化学エ业的迅速发展，各种新型的塑料原料不断涌现。在高強度的增强塑料原料中，常常含有诸如碳、石棉、玻璃、硼等增强纤维。此外为了获得各种特殊性能或降低成本，在塑料树脂中常常加人一定比例的各种填充料，如白垩、硅石、重晶石、陶土、纤维素、云母、滑石和金属粉等。由于这些增强剂、填充料以及无机着色剂的加人加剧了塑料挤出机、注射机中的机筒与螺杆的磨损和腐蚀，使得加工机械的生产效率下降，制品质量不稳定，维修机械和调换部件的次数、费用增加，影响了整机的经济效益。自70年代左右起，欧美エ业 发达国家纷纷采用螺杆作为塑料挤出机和注射机的主要关键部件。应用结果表明，双金属螺杆比经氮化处理的机筒、螺杆，其耐磨或耐腐蚀性提高许多倍，使用寿命大大延长，经济效益显著。现有ー种专利号为CN200820120388. 9名称为《双金属螺杆》的中国实用新型专利公开了ー种结构，其特征在于螺杆螺旋型螺贝与射料管接触的表面开设有一螺旋型凹槽，该螺旋型凹槽内焊接有镍基合金粉。该实用新型先在螺旋型螺贝与射料管接触的表面开设有ー凹槽，然后再用焊接机在凹槽内焊接镍基合金粉。这样，螺杆转动时，螺旋型螺贝与射料管接触的表面为镍基合金粉，由于镍基合金粉的硬度很高，因此螺贝不易磨损，有效提高了螺杆的使用寿命，減少了螺杆的使用成本。该实用新型的使用寿命是普通螺杆的3 5。但这种螺杆的缺点是镍基合金粉覆只盖于螺杆的局部上，其螺杆的使用寿命会受到影响，且镍基合金粉没有形成金属陶瓷层，所以其硬度也理想。因此其结构还有待于改迸。
发明内容
本发明所要解决第一个的技术问题是针对上述现有技术现状而提供ー种耐磨耐腐蚀性能好且使用寿命长的金属螺杆。本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为本金属螺杆，包括有进料段、熔化段、挤出段，其特征在于所述螺杆以含铬钥的合金钢棒作为螺杆芯棒，在螺杆芯棒的外周通过烧结法包覆有ー层多元硼化物基金属陶瓷层所述多元硼化物基金属陶瓷层为Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层或Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层或WCoB-Co基金属陶瓷层。作为改进，所述Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的Mo粉、颗粒度为20 30um的Fe-B合金粉、颗粒度为10 15um的Fe粉相互混合组成。再改进，所述原料重量份比依次为35 55份Mo 25 45份FeB 5 20份Fe。再改进，所述Mo2NiB2-Ni金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的Mo粉、颗粒度为20 30um的Ni-B合金粉、颗粒度为5 IOumNi粉相互混合组成。再改进，所述原料重量份比依次为35 55份Mo : 25 45份Ni-B 6 25份Ni。再改进，所述WCoB-Co金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的W粉、颗粒度为20 30um的Co-B合金粉、颗粒度为5 IOum的Co粉相互混合组成。再改进，所述原料重量份比依次为35 55份W 25 45份Co-B 5 20份Co。再改进，所述烧结法包括真空烧结法、热等静压烧结法或放电等离子烧结法。
再改进，所述制备原料中包括有使多元硼化物基金属陶瓷层与螺杆芯棒在烧结时更好结合在一起的颗粒度为5 IOum的Ni粉和颗粒度为5 IOum的Cr粉，其中在Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层和WCoB-Co基金属陶瓷层的制备原料中加入重量份比为I 5份Ni I 5份Cr;而在Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层的制备原料中加入重量份比为6 25份Ni I 5 份 Cr。本发明所要解决第二的技术问题是针对上述现有技术现状而提供ー种耐磨耐腐蚀性能好且成本较低、制作エ艺简单的金属螺杆的制作方法。本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为本制备上述的金属螺杆的制作方法其特征在于包括如下步骤步骤I :将螺杆芯棒放入烧结的包套中，并在螺杆芯棒和包套的间隙内部填充配比好的原料粉末；步骤2 :将包套整体放入密封容器中并抽真空；步骤3 :加热步骤2中的密封容器以4 12°C /min的升温速率加热，至烧结温度达到1100 1400°C，烧结压カ为80 150MPa，至保温30 60min，然后随炉冷却后去除包套形成高致密度的多元硼化物基金属陶瓷层。步骤4 :将步骤3中的多元硼化物基金属陶瓷层经精加工至精度达到螺杆图纸的要求，即为成品的金属螺杆。与现有技术相比，本发明的金属螺杆采用以含铬钥的合金钢棒作为螺杆芯棒，在螺杆芯棒的外周通过烧结法包覆有ー层多元硼化物基金属陶瓷层所述多元硼化物基金属陶瓷层为Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层或Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层或WCoB-Co基金属陶瓷层。再经过精加工至螺杆精度制备出成品螺杆，与目前常用的螺杆相比，具有如下优点(I)多元硼化物基金属陶瓷硬度高，耐高温磨损性能良好，且与芯棒的结合强度高，能较好地承受螺杆机筒工作时遭受的剧烈摩擦磨损和腐蚀；同时，多元硼化物基金属陶瓷的断裂韧性高，可加工性能良好，便于机械加工和获得光洁的表面。因此，该双金属螺杆机筒极大地提高了螺杆机筒的使用性能，延长使用寿命。(2)制备多元硼化物基超硬双金属螺杆机筒的原料来源广泛、价格低廉，成本较低；且エ艺过程简单易控，便于大規模生产。因此，本发明中多元硼化物基超硬双金属螺杆或金属螺杆具有综合成本较低、制作エ艺简单、使用寿命长和适于产业化等优点，可替代目前广泛使用的经过渗氮、喷焊、浇铸等处理的螺杆，具有良好的市场前景。
图I为本发明实施例的剖面结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进ー步详细描述。如图I所示，本实施例的金属螺杆，包括有进料段、熔化段、挤出段，所述螺杆以含铬钥的合金钢棒作为螺杆芯棒1，在螺杆芯棒I的外周通过烧结法包覆有ー层多元硼化物基金属陶瓷层2 :所述多元硼化物基金属陶瓷层2为Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层或Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层或WCoB-Co基金属陶瓷层。所述Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的Mo粉、颗粒度为20 30um的Fe-B合金粉、颗粒度为10 15um的Fe粉相互混合组成。所述原料重量份比依次为35 55份Mo : 25 45份FeB : 5 20份Fe。所述Mo2NiB2-Ni金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的Mo粉、颗粒度 为20 30um的Ni-B合金粉、颗粒度为5 IOumNi粉相互混合组成。所述原料重量份比依次为35 55份Mo : 25 45份Ni-B 6 25份Ni。所述WCoB-Co金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的W粉、颗粒度为20 30um的Co-B合金粉、颗粒度为5 IOum的Co粉相互混合组成。所述原料重量份比依次为35 55份W 25 45份Co-B 5 20份Co。所述烧结法包括真空烧结法、热等静压烧结法或放电等离子烧结法。上述制备原料中包括有使多元硼化物基金属陶瓷层与螺杆芯棒在烧结时更好结合在一起的颗粒度为5 IOum的Ni粉和颗粒度为5 IOum的Cr粉，其中在Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层和WCoB-Co基金属陶瓷层的制备原料中加入重量份比为1 5份Ni I 5份Cr ;而在Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层的制备原料中加入重量份比为6 25份Ni I 5份Cr。上述金属螺杆的制作方法包括如下步骤步骤I :将螺杆芯棒放入热等静压烧结的包套中，并在螺杆芯棒I和包套的间隙内部填充配比好的原料粉末；步骤2 :将包套整体放入密封容器中并抽真空；步骤3 :加热步骤2中的密封容器以4 12°C /min的升温速率加热，至烧结温度达到1100 1400°C，烧结压カ为80 150MPa，至保温30 60min，然后随炉冷却后去除包套形成高致密度的多元硼化物基金属陶瓷层2。步骤4 :将步骤3中的多元硼化物基金属陶瓷层2经精加工至精度达到螺杆图纸的要求，即为成品的金属螺杆。以下结合对本发明作进ー步说明。多元硼化物基金属陶瓷是ー种性能优良的新型硬质合金材料，其中，三元硼化物Mo2FeB2金属陶瓷具有良好的耐磨性，其硬度和抗弯强度分别可达到78 91HRA和I. 0
2.6GPa，相当于硬质合金的硬度和抗弯强度的范围，而其密度大约为普通硬质合金的3/5，几乎等同于钢的密度。另外，与硬质合金材料相比，这种金属陶瓷的热膨胀系数在一定温度范围内与钢接近。所以，三元硼化物Mo2FeB2金属陶瓷可以与各种钢形成综合性能优良的覆层材料。本发明公开ー种在含铬钥的合金结构钢棒表面通过反应烧结包覆ー层多元硼化物基金属陶瓷层，再经过精加工制备出双金属螺杆或的金属螺杆方法，对促进多元硼化物基金属陶瓷的产业化应用和提升螺杆机筒的使用性能具有重大意义。
为了表征本发明中ー种多元硼化物基超硬双金属螺杆机筒的性能，利用荧光金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度计对所得到的螺杆样品进行表征，以下是具体的性能测试方法。金属陶瓷显微硬度测试方法将金属陶瓷样品镶嵌后抛光，采用数显硬度计测量金属陶瓷的显微硬度，所加载荷为IOOOg,保压时间为10s。硬度计算公式为
权利要求
1.ー种金属螺杆，包括有进料段、熔化段、挤出段，其特征在干所述螺杆以含铬钥的合金钢棒作为螺杆芯棒(I)，在螺杆芯棒(I)的外周通过烧结法包覆有ー层多元硼化物基金属陶瓷层(2):所述多元硼化物基金属陶瓷层(2)为Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层或Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层或WCoB-Co基金属陶瓷层。
2.根据权利要求I所述的金属螺杆，其特征在于所述Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的Mo粉、颗粒度为20 30um的Fe-B合金粉、颗粒度为10 15um的Fe粉。
3.根据权利要求2所述的金属螺杆，其特征在于所述原料重量份比依次为35 55份Mo 25 45 份 FeB 5 20 份 Fe。
4.根据权利要求I所述的金属螺杆，其特征在于所述Mo2NiB2-Ni金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的Mo粉、颗粒度为20 30um的Ni-B合金粉、颗粒度为5 IOumNi粉相互混合组成。
5.根据权利要求4所述的金属螺杆，其特征在于所述原料重量份比依次为35 55份 Mo : 25 45 份 Ni-B 6 25 份 Ni。
6.根据权利要求I所述的金属螺杆，其特征在于所述WCoB-Co金属陶瓷层的制备原料包括有颗粒度为5 IOum的W粉、颗粒度为20 30um的Co-B合金粉、颗粒度为5 IOum的Co粉相互混合组成。
7.根据权利要求6所述的金属螺杆，其特征在于所述原料重量份比依次为35 55份 W 25 45 份 Co-B 5 20 份 Co。
8.根据权利要求I至7中任一所述的金属螺杆，其特征在于所述烧结法包括真空烧结法、热等静压烧结法或放电等离子烧结法。
9.根据权利要求2或4或6所述的金属螺杆，其特征在于所述制备原料中包括有使多元硼化物基金属陶瓷层与螺杆芯棒在烧结时更好结合在一起的颗粒度为5 IOum的Ni粉和颗粒度为5 IOum的Cr粉，其中在Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层和WCoB-Co基金属陶瓷层的制备原料中加入重量份比为1 5份Ni I 5份Cr ;而在Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层的制备原料中加入重量份比为6 25份Ni I 5份Cr。
10.一种制备根据权利要求I至6中任一所述的金属螺杆的制作方法其特征在于包括如下步骤 步骤I :将螺杆芯棒放入烧结的包套中，并在螺杆芯棒(I)和包套的间隙内部填充配比好的原料粉末； 步骤2 :将包套整体放入密封容器中并抽真空； 步骤3 :加热步骤2中的密封容器以4 12°C /min的升温速率加热，至烧结温度达到1100 1400°C，烧结压カ为80 150MPa，保温30 60min，然后随炉冷却后去除包套形成高致密度的多元硼化物基金属陶瓷层(2)。
步骤4:将步骤3中的多元硼化物基金属陶瓷层(2)经精加工至精度达到螺杆图纸的要求，即为成品的金属螺杆。
全文摘要
一种金属螺杆及其制作方法，所述螺杆以含铬钼的合金钢棒作为螺杆芯棒(1)，在螺杆芯棒(1)的外周通过烧结法包覆有一层多元硼化物基金属陶瓷层(2)所述多元硼化物基金属陶瓷层(2)为Mo2FeB2-Fe基金属陶瓷层或Mo2NiB2-Ni基金属陶瓷层或WCoB-Co基金属陶瓷层。其制作方法为将螺杆芯棒放入包套中，并在螺杆芯棒和包套的间隙内部填充配比好的原料粉末；将包套整体放入密封容器中并抽真空；在密封容器烧结，再对多元硼化物基金属陶瓷层经精加工制得金属螺杆。本发明中多元硼化物基超硬双金属螺杆或金属螺杆具有综合成本较低、制作工艺简单、使用寿命长和适于产业化等优点，可替代目前广泛使用的经过渗氮、喷焊、浇铸等处理的螺杆。
文档编号B22F7/08GK102773991SQ20121022799
公开日2012年11月14日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者夏增富 申请人:浙江华业塑料机械有限公司