一種提高擠出機螺桿耐磨自潤滑性的激光熔覆方法技術

本發明專利技術屬于激光熔覆技術領域，特別涉及一種擠出機螺桿和筒體的耐磨自潤滑復合工作層的激光熔覆方法，其特征在于：采用高碳高鉻鐵基自熔合金粉末作為熔覆材料，向其中加入具有高溫紅硬性的W和V元素和具有自潤滑性的固體潤滑劑：石墨和MS

Laser cladding method for improving abrasion resistance and self lubrication of extruder screw

The invention belongs to the technical field of laser cladding, especially laser cladding method for extruder screw and cylinder wear-resistant self-lubricating composite coating, which is characterized by: high carbon high chromium iron base self fluxing alloy powder as cladding materials, high temperature of hard red is added to the W and V elements and with solid lubricant self lubrication of graphite and MS

【技術實現步驟摘要】
一種提高擠出機螺桿耐磨自潤滑性的激光熔覆方法
本專利技術屬于激光熔覆
，特別涉及一種擠出機螺桿耐磨自潤滑復合工作層的激光熔覆方法。
技術介紹
超高分子量聚乙烯(Ultra-HighMolecularWeightPolyethyleneUHMWPE)于1957年由美國聯合化學公司用齊格勒催化劑首先研制成功。這是一種線形聚合物，分子量通常在100萬-500萬，結晶度為65-85％，密度為0.92-0.96g/cm3，同眾多的聚合物材料相比，UHMWPE具有摩擦系數小、磨耗低、耐化學藥品性能優良的特點，而且還具有耐沖擊、耐壓性、抗凍性、保溫性、自潤滑性、抗結垢性、耐應力開裂性、衛生性等優良特性。這些優良特性使UHMWPE管材具有重要的實用價值。被譽為“正在迅速崛起的新型熱塑性工程材料”，在眾多領域中具有重要的實用價值。與其它工程塑料相比，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)具有表面硬度和熱變形溫度低、彎曲強度以及蠕變性能較差等缺點。這是由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的分子結構和分子聚集形態造成的，可通過填充和交聯的方法加以改善。采用玻璃微珠、玻璃纖維、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二鋁、二硫化鉬、炭黑等對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)進行填充改性，可使表面硬度、剛度、蠕變性、彎曲強度、熱變形溫度得以較好地改善。用偶聯劑處理后，效果更加明顯。如填充處理后的玻璃微珠，可使熱變形溫度提高30℃。但是，這種經改性后的塑料，比如加入碳酸鈣、高領土,紅泥、二氧化硅等進行改性,加入玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等予以增強。由于這些填充料、增強劑的加入,一方面改善了塑料制品的性能。另一方面，大量填充無機填料的超高分子量聚乙烯需要在螺桿擠出設備中完成固體輸送、熔化、塑化、混煉、排氣及熔體輸送建壓等眾多功能，擠出溫度為180-250℃，壓力為20-45Mpa，其對螺桿和筒體的磨損破壞非常嚴重。而更換這些部件或停機檢修會浪費大量財力、物力,降低經濟效益。目前，將超高分子量聚乙烯作為原料生產各種管材、板材、異型材等塑料制品時，通常采用了熔融擠出法和模具成型法。所謂的熔融擠出法是指：進入擠出機螺筒的原料在螺桿的作用下實現輸送、壓實、熔融塑化后擠出，擠出的物料再進入模具中成型。眾所周知，UHMWPE分子量高達數百萬，超常分子鏈之間為無序纏結，其分子鏈段對熱運動反應遲緩，表現為熔體黏度高達108Pa.S。正因為UHMWPE的分子量很大，幾乎沒有流動性，加之臨界剪切速率極低，容易發生熔體破裂，擠出過程中的放熱及蓄熱很難控制，導致大分子降解，使得制品的分子量不足百萬，導致超高分子量聚乙烯的種種優良性能也隨之減弱和消失，嚴重地制約了UHMWPE的應用，成為自八十年代以來材料學界和產業界共同探索的熱點課題。因此,提高螺桿和筒體的耐磨性和自潤滑性是提高超高分子量聚乙烯生產效率和質量的關鍵。目前，眾多塑料行業公司螺桿材料采用氮化鋼38CrMoAlA，其一般可以使用3個月就報廢了。某些研究直接采用具有良好的熱硬性和韌性、淬火后硬度可達64-66HRC的高速工具鋼作為螺桿材料。失效氮化鋼的廢置是對于材料的浪費，而采用高速工具鋼則價格非常昂貴。
技術實現思路
鑒于擠出機螺桿使用過程中存在的問題，本專利技術提供一種廢棄氮化鋼螺桿的修復再制造方法，或者采用廉價40Cr鋼作為基體材料在其上采用激光熔覆的方法制造耐磨并且自潤滑特性良好的螺桿和筒體工作層材料。該熔覆材料可以實現螺桿和筒體工作層的耐磨和自潤滑，從而滿足擠出超高分子量聚乙烯過程中對于螺桿和筒體的磨損，并且潤滑性能的提高可以有利于超高分子量聚乙烯的擠出操作。熔覆層組織致密，與基體實現牢固的冶金結合，不產生剝落。采用的技術方案是：擠出機螺桿和筒體表面耐磨自潤滑涂層的激光熔覆工藝，其特征在于包括以下工藝過程：(1)擠出機螺桿表面預處理室溫下對擠出機螺桿表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈；并用著色探傷法對其進行檢驗，若存在表面裂紋、氣孔、夾雜等缺陷，則用機加工方法去除。(2)合金粉末的選擇和混合選用具有優良耐磨性能且與基體冶金相容性良好的商用高碳高鉻型鐵基合金粉末，其化學成份中主要含有Fe、C、Cr、Mo、Si、Ni、B，具有良好的耐磨和耐蝕性。并且，向其中加入可以提高紅硬性的元素W、V和固體潤滑劑，潤滑劑為石墨和MS2(M為Mo、W、Ti、Ta、Zr或Nb)。固體潤滑劑的潤滑特性可以降低擠出過程中超高分子量聚乙烯對于螺桿和筒體的摩擦系數。石墨的抗熔焊和高熔點特性也可以提高材料的自潤滑性能。Fe基合金粉末成本低，并且和螺桿材料鋼的相容性較好，熱物性參數相近，便于獲得無裂紋和氣孔的致密冶金結合層。其中商用高碳高鉻型鐵基合金粉末，W、V和固體潤滑劑的添加量分別為：2-8wt％W，1-5wt％V，1-5wt％石墨和0.3-1.5wt％MS2，余量為商用高碳高鉻型鐵基合金粉末，上述數值為添加元素占商用高碳高鉻型鐵基合金粉末與上述元素混合物的質量百分比。上述粉末通過混粉機進行混合得到混合粉末1。而進一步地，將GN-521有機硅凝膠、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚在真空條件下與上述混合粉末1混合后得到混合粉末2；GN-521有機硅凝膠、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚的質量占混合粉末1的5％；GN-521有機硅凝膠、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚的質量比為5：3：2。(3)送粉量的調節調節后送粉量為10-30g/min。(4)耐磨涂層的激光熔覆工藝選用半導體或CO2氣體激光器，工作臺為SIMENS數控激光加工機，在擠出機螺桿和筒體表面形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數如下：激光功率P＝2～5kW；聚焦矩形光斑尺寸：長*寬＝(7-10)*(1-2)mm；掃描速度V＝0.5-1.2m/min；搭接率40～60％。(5)熔覆層的打磨和拋光。附圖說明圖1為激光修復層的橫截面形貌圖。具體實施方式實施例一：(1)廢棄氮化鋼38ArMoAlA擠出機螺桿的表面預處理室溫下對擠出機螺桿表面進行打磨，去掉失效層，除油、除銹，并用酒精清洗干凈。并用著色探傷法對其進行檢驗，確保表面無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和混合選用具有優良耐磨性能且與基體冶金相容性良好的商用高碳高鉻型鐵基合金粉末。W、V和固體潤滑劑的添加量分別為：2.5wt％W，3wt％V，1.5wt％石墨和1.0wt％NbS2。上述粉末通過混粉機進行混合。(3)送粉量的調節調節后送粉量為12g/min。(4)耐磨涂層的激光熔覆工藝選用半導體激光器，工作臺為SIMENS數控激光加工機，在擠出機螺桿表面形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數如下：激光功率P＝3kW聚焦矩形光斑尺寸：長*寬＝7*1mm掃描速度V＝0.6m/min搭接率45％。(5)熔覆層的打磨和拋光實施例二：(1)40Cr鋼擠出機螺桿表面預處理室溫下對40Cr鋼擠出機螺桿表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。并用著色探傷法對其進行檢驗，若存在表面裂紋、氣孔、夾雜等缺陷，則用機加工方法去除，確保表面無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和混合選用具有優良耐磨性能且與基體冶金相容性良好的商用高碳高鉻型鐵基合金粉末，W、V和固體潤滑劑的添加量分別為：4wt％W，1wt％V，3wt％石墨和0.5wt％Ti本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高擠出機螺桿耐磨自潤滑性的激光熔覆方法，其特征在于：所述熔覆材料為添加W、V和固體潤滑劑的鐵基自熔合金粉末，所述擠出機螺桿材料為氮化鋼38CrMoAlA或者40Cr鋼。

【技術特征摘要】
1.一種提高擠出機螺桿耐磨自潤滑性的激光熔覆方法，其特征在于：所述熔覆材料為添加W、V和固體潤滑劑的鐵基自熔合金粉末，所述擠出機螺桿材料為氮化鋼38CrMoAlA或者40Cr鋼。2.根據權利要求1所述的一種提高擠出機螺桿耐磨自潤滑性的激光熔覆方法，其特征在于：所述的添加W、V和固體潤滑劑的鐵基自熔合金粉末，鐵基自熔合金粉末為商用的高碳高鉻型鐵基自熔合金粉末，W、V和固體潤滑劑的添加量分別為：2-8wt％W，1-5wt％V，1-5wt％石墨和0.3-1.5wt％MS2，M為Mo、W、Ti、Ta、Zr或Nb；余量為商用的高碳高鉻型鐵基自熔合金粉末。3.根據權利要求1或2所述的一種提高擠出機螺桿耐磨自潤滑性的激光熔覆方法，其特征在于：在所述的添加W、V和固體潤滑劑的鐵基自熔合金粉末中加入GN-521有機硅凝膠、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚，GN-521有機硅凝膠、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚的質量占添加W、V和固體潤滑劑的鐵基自熔合金粉末的5％；GN-521有機硅凝膠、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周瑞，張靜，張艷，王淑艷，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32