一种提高挤出机螺杆耐磨自润滑性的激光熔覆方法技术

本发明专利技术属于激光熔覆技术领域，特别涉及一种挤出机螺杆和筒体的耐磨自润滑复合工作层的激光熔覆方法，其特征在于：采用高碳高铬铁基自熔合金粉末作为熔覆材料，向其中加入具有高温红硬性的W和V元素和具有自润滑性的固体润滑剂：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

【技术实现步骤摘要】
一种提高挤出机螺杆耐磨自润滑性的激光熔覆方法
本专利技术属于激光熔覆
，特别涉及一种挤出机螺杆耐磨自润滑复合工作层的激光熔覆方法。
技术介绍
超高分子量聚乙烯(Ultra-HighMolecularWeightPolyethyleneUHMWPE)于1957年由美国联合化学公司用齐格勒催化剂首先研制成功。这是一种线形聚合物，分子量通常在100万-500万，结晶度为65-85％，密度为0.92-0.96g/cm3，同众多的聚合物材料相比，UHMWPE具有摩擦系数小、磨耗低、耐化学药品性能优良的特点，而且还具有耐冲击、耐压性、抗冻性、保温性、自润滑性、抗结垢性、耐应力开裂性、卫生性等优良特性。这些优良特性使UHMWPE管材具有重要的实用价值。被誉为“正在迅速崛起的新型热塑性工程材料”，在众多领域中具有重要的实用价值。与其它工程塑料相比，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的分子结构和分子聚集形态造成的，可通过填充和交联的方法加以改善。采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)进行填充改性，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善。用偶联剂处理后，效果更加明显。如填充处理后的玻璃微珠，可使热变形温度提高30℃。但是，这种经改性后的塑料，比如加入碳酸钙、高领土,红泥、二氧化硅等进行改性,加入玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等予以增强。由于这些填充料、增强剂的加入,一方面改善了塑料制品的性能。另一方面，大量填充无机填料的超高分子量聚乙烯需要在螺杆挤出设备中完成固体输送、熔化、塑化、混炼、排气及熔体输送建压等众多功能，挤出温度为180-250℃，压力为20-45Mpa，其对螺杆和筒体的磨损破坏非常严重。而更换这些部件或停机检修会浪费大量财力、物力,降低经济效益。目前，将超高分子量聚乙烯作为原料生产各种管材、板材、异型材等塑料制品时，通常采用了熔融挤出法和模具成型法。所谓的熔融挤出法是指：进入挤出机螺筒的原料在螺杆的作用下实现输送、压实、熔融塑化后挤出，挤出的物料再进入模具中成型。众所周知，UHMWPE分子量高达数百万，超常分子链之间为无序缠结，其分子链段对热运动反应迟缓，表现为熔体黏度高达108Pa.S。正因为UHMWPE的分子量很大，几乎没有流动性，加之临界剪切速率极低，容易发生熔体破裂，挤出过程中的放热及蓄热很难控制，导致大分子降解，使得制品的分子量不足百万，导致超高分子量聚乙烯的种种优良性能也随之减弱和消失，严重地制约了UHMWPE的应用，成为自八十年代以来材料学界和产业界共同探索的热点课题。因此,提高螺杆和筒体的耐磨性和自润滑性是提高超高分子量聚乙烯生产效率和质量的关键。目前，众多塑料行业公司螺杆材料采用氮化钢38CrMoAlA，其一般可以使用3个月就报废了。某些研究直接采用具有良好的热硬性和韧性、淬火后硬度可达64-66HRC的高速工具钢作为螺杆材料。失效氮化钢的废置是对于材料的浪费，而采用高速工具钢则价格非常昂贵。
技术实现思路
鉴于挤出机螺杆使用过程中存在的问题，本专利技术提供一种废弃氮化钢螺杆的修复再制造方法，或者采用廉价40Cr钢作为基体材料在其上采用激光熔覆的方法制造耐磨并且自润滑特性良好的螺杆和筒体工作层材料。该熔覆材料可以实现螺杆和筒体工作层的耐磨和自润滑，从而满足挤出超高分子量聚乙烯过程中对于螺杆和筒体的磨损，并且润滑性能的提高可以有利于超高分子量聚乙烯的挤出操作。熔覆层组织致密，与基体实现牢固的冶金结合，不产生剥落。采用的技术方案是：挤出机螺杆和筒体表面耐磨自润滑涂层的激光熔覆工艺，其特征在于包括以下工艺过程：(1)挤出机螺杆表面预处理室温下对挤出机螺杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；并用着色探伤法对其进行检验，若存在表面裂纹、气孔、夹杂等缺陷，则用机加工方法去除。(2)合金粉末的选择和混合选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的商用高碳高铬型铁基合金粉末，其化学成份中主要含有Fe、C、Cr、Mo、Si、Ni、B，具有良好的耐磨和耐蚀性。并且，向其中加入可以提高红硬性的元素W、V和固体润滑剂，润滑剂为石墨和MS2(M为Mo、W、Ti、Ta、Zr或Nb)。固体润滑剂的润滑特性可以降低挤出过程中超高分子量聚乙烯对于螺杆和筒体的摩擦系数。石墨的抗熔焊和高熔点特性也可以提高材料的自润滑性能。Fe基合金粉末成本低，并且和螺杆材料钢的相容性较好，热物性参数相近，便于获得无裂纹和气孔的致密冶金结合层。其中商用高碳高铬型铁基合金粉末，W、V和固体润滑剂的添加量分别为：2-8wt％W，1-5wt％V，1-5wt％石墨和0.3-1.5wt％MS2，余量为商用高碳高铬型铁基合金粉末，上述数值为添加元素占商用高碳高铬型铁基合金粉末与上述元素混合物的质量百分比。上述粉末通过混粉机进行混合得到混合粉末1。而进一步地，将GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚在真空条件下与上述混合粉末1混合后得到混合粉末2；GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚的质量占混合粉末1的5％；GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚的质量比为5：3：2。(3)送粉量的调节调节后送粉量为10-30g/min。(4)耐磨涂层的激光熔覆工艺选用半导体或CO2气体激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机，在挤出机螺杆和筒体表面形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下：激光功率P＝2～5kW；聚焦矩形光斑尺寸：长*宽＝(7-10)*(1-2)mm；扫描速度V＝0.5-1.2m/min；搭接率40～60％。(5)熔覆层的打磨和抛光。附图说明图1为激光修复层的横截面形貌图。具体实施方式实施例一：(1)废弃氮化钢38ArMoAlA挤出机螺杆的表面预处理室温下对挤出机螺杆表面进行打磨，去掉失效层，除油、除锈，并用酒精清洗干净。并用着色探伤法对其进行检验，确保表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和混合选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的商用高碳高铬型铁基合金粉末。W、V和固体润滑剂的添加量分别为：2.5wt％W，3wt％V，1.5wt％石墨和1.0wt％NbS2。上述粉末通过混粉机进行混合。(3)送粉量的调节调节后送粉量为12g/min。(4)耐磨涂层的激光熔覆工艺选用半导体激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机，在挤出机螺杆表面形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下：激光功率P＝3kW聚焦矩形光斑尺寸：长*宽＝7*1mm扫描速度V＝0.6m/min搭接率45％。(5)熔覆层的打磨和抛光实施例二：(1)40Cr钢挤出机螺杆表面预处理室温下对40Cr钢挤出机螺杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。并用着色探伤法对其进行检验，若存在表面裂纹、气孔、夹杂等缺陷，则用机加工方法去除，确保表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和混合选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的商用高碳高铬型铁基合金粉末，W、V和固体润滑剂的添加量分别为：4wt％W，1wt％V，3wt％石墨和0.5wt％Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高挤出机螺杆耐磨自润滑性的激光熔覆方法，其特征在于：所述熔覆材料为添加W、V和固体润滑剂的铁基自熔合金粉末，所述挤出机螺杆材料为氮化钢38CrMoAlA或者40Cr钢。

【技术特征摘要】
1.一种提高挤出机螺杆耐磨自润滑性的激光熔覆方法，其特征在于：所述熔覆材料为添加W、V和固体润滑剂的铁基自熔合金粉末，所述挤出机螺杆材料为氮化钢38CrMoAlA或者40Cr钢。2.根据权利要求1所述的一种提高挤出机螺杆耐磨自润滑性的激光熔覆方法，其特征在于：所述的添加W、V和固体润滑剂的铁基自熔合金粉末，铁基自熔合金粉末为商用的高碳高铬型铁基自熔合金粉末，W、V和固体润滑剂的添加量分别为：2-8wt％W，1-5wt％V，1-5wt％石墨和0.3-1.5wt％MS2，M为Mo、W、Ti、Ta、Zr或Nb；余量为商用的高碳高铬型铁基自熔合金粉末。3.根据权利要求1或2所述的一种提高挤出机螺杆耐磨自润滑性的激光熔覆方法，其特征在于：在所述的添加W、V和固体润滑剂的铁基自熔合金粉末中加入GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚，GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚的质量占添加W、V和固体润滑剂的铁基自熔合金粉末的5％；GN-521有机硅凝胶、氰基丙烯酸酯和甲基叔丁基醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周瑞，张静，张艳，王淑艳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32