具有复合涂层的螺杆及其制备方法技术

本发明专利技术是关于具有复合涂层的螺杆及其制备方法。本发明专利技术一实施例提供一具有复合涂层的螺杆，其包括螺纹区段。该螺纹区段包括：多个螺棱，以及设置于多个螺棱的之间的多个螺槽，其中螺槽的表面附着物理气相沉积PVD涂层，且其中螺棱的表面由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层和物理气相沉积PVD涂层。本发明专利技术实施例提供的具有复合涂层的螺杆及其制备方法，通过在最易于遭到磨损及腐蚀的螺棱的表面处由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层和物理气相沉积PVD涂层，以显著提高螺棱处的耐磨损及耐腐蚀性能；且通过在螺槽的表面附着物理气相沉积PVD涂层而不附着金属硬质陶瓷涂层，以增加旋转期间塑料在螺槽间的流动性。本发明专利技术可有效防止螺杆在使用过程中被腐蚀和磨损，进而提高螺杆的使用寿命。

Screw with composite coating and its preparation method

The invention relates to a screw with composite coating and a preparation method thereof. An embodiment of the invention provides a screw with composite coating, which comprises a threaded section. The thread section includes a plurality of spiral prisms and a plurality of slots set between a plurality of snail edges, in which the surface of the slot is attached to the physical vapor deposition PVD coating, and the surface of the screw is attached to the metal hard ceramic coating and the physical vapor deposition PVD coating from the inner to the outer. A screw with a composite coating and a preparation method provided by the present invention are provided by attaching metal hard ceramic coating and physical vapor deposition PVD coating from inside to outside on a surface that is most easily worn and corroded, in order to significantly improve the wear resistance and corrosion resistance of the screw prism; and through the table of the snail groove. The surface adheres to the PVD coating by physical vapor deposition instead of the metal hard ceramic coating to increase the fluidity of the plastic between the screw grooves during rotation. The invention can effectively prevent the screw from being corroded and worn during the use process, thereby improving the service life of the screw rod.

【技术实现步骤摘要】
具有复合涂层的螺杆及其制备方法
本专利技术涉及塑料机械
，特别涉及具有复合涂层的螺杆及其制备方法。
技术介绍
螺杆是常用的机械部件。特别地，螺杆属于注塑机的核心构件。据统计，每年我国具有生产能力的塑料机械超过30万台，其中注塑机和挤出机占了80％以上。然而，螺杆在注塑机的使用过程中非常容易损坏或失效。例如，1986年，料筒及螺杆的磨损和腐蚀问题给北美的注塑机用户造成了高达25亿美金的损失。此外，为了提高塑料制品的强度，塑料制品中常常需要加入玻璃纤维、碳纤维和石棉纤维等。由于这些纤维的加入，物料会对螺杆产生更大的磨损。并且，为了制备功能性的塑料制品，塑料制品中也常常需要加入阻燃剂、抗静电剂及着色剂等。然而，由于各种助剂的加入以及注塑生产的过程中温度等因素的影响，注塑机的使用过程常常产生氯化物、溴及硫化物等具有腐蚀性的中间物。这些中间物都会对螺杆造成严重的腐蚀。为了提高螺杆的使用寿命，现有技术处理螺杆的表面工艺包括：烧结、全硬、表面氮化、电镀硬铬、喷焊及堆焊等。这些不同的表面处理工艺均具有各自的工艺特点及工艺要求。例如，表面氮化工艺一般在500℃高温下进行。然而，长时间的高温容易造成螺杆变形。并且，氮化后磨外圆的工艺很容易磨掉螺杆表面的局部白亮层，使得失去白亮层的部位易于最先受到腐蚀。再例如，电镀硬铬工艺应用的主要原料铬酐会污染环境。而且，铬层在螺杆的使用过程中很容易脱落，造成螺杆黑点，增加了产品不良率。因此，现有的螺杆亟需改进，以提升螺杆的磨损及腐蚀的问题，同时达到降低生产成本及节约资源的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一具有复合涂层的螺杆，其具有较高的耐磨损及耐腐蚀性能，且可经由简单的工艺制造，具有生产成本低、产品性能优异及生产效率高等诸多优点。根据本专利技术的一实施例，一具有复合涂层的螺杆，其包括螺纹区段。该螺纹区段包括：多个螺棱，以及设置于多个螺棱的之间的多个螺槽，其中螺槽的表面附着物理气相沉积PVD涂层，且其中螺棱的表面由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层和物理气相沉积PVD涂层。根据本专利技术的另一实施例还提供了一具有复合涂层的螺杆的制备方法，其包括如下步骤：提供棒材；在该棒材的表面形成金属硬质陶瓷合金涂层；将该棒材加工成形为螺旋状的螺杆，其中只有该螺杆的螺棱的表面保留金属硬质陶瓷合金涂层；及采用物理气相沉积PVD工艺在整个螺杆上沉积物理气相沉积PVD涂层。物理气相沉积PVD涂层能提升螺杆的表面硬度从而提高螺杆的耐磨损性能，金属硬质陶瓷涂层则能提升螺杆的耐腐蚀性能。然而由于金属硬质陶瓷涂层的厚度远较PVD涂层厚且表面较为粗糙，若螺槽处也附着金属硬质陶瓷涂层，当螺杆带动注塑机中的流体状塑料旋转时，螺槽处的金属硬质陶瓷涂层会对旋转的流体状塑料产生较大的摩擦力，不利于塑料的流动。本专利技术实施例提供的具有复合涂层的螺杆及其制备方法，通过在最易于遭到磨损及腐蚀的螺棱的表面处由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层和物理气相沉积PVD涂层，以显著提高螺棱处的耐磨损及耐腐蚀性能；且在螺槽的表面附着物理气相沉积PVD涂层而不附着金属硬质陶瓷涂层，以在提供螺槽耐磨损的PVD涂层保护时也保证螺杆在带动注塑机中的流体状塑料旋转期间不会对旋转的流体状塑料产生较大的摩擦力。此外，本专利技术实施例提供的具有复合涂层的螺杆还具有良好的涂层与基体之间的结合强度。因而，本专利技术实施例提供的具有复合涂层的螺杆具有：优异的耐磨损性能、耐高温性能、耐腐蚀性能及较佳的使用寿命，经过本专利技术实施例提供的螺杆的制备方法制得的具有复合涂层的螺杆完全可以取代现有的经过渗氮、喷焊或电镀等表面处理工艺获得的螺杆。本专利技术实施例提供的具有复合涂层的螺杆具有广阔的市场前景。附图说明图1所示是根据本专利技术一实施例的具有复合涂层的螺杆的主视图图2所示是图1所示的具有复合涂层的螺杆的I处的轴向截面放大图图3所示是图1所示的具有复合涂层的螺杆的II处的轴向截面放大图具体实施方式为更好的理解本专利技术的精神，以下结合本专利技术的部分优选实施例对其作进一步说明。如图1所示，具有复合涂层的螺杆100包括螺纹区段10。螺纹区段10包括多个螺棱12，以及设置于多个螺棱12的之间的多个螺槽14。如图2所示，螺槽14的表面附着物理气相沉积PVD涂层(以下简称“PVD涂层”)16。如图3所示，螺棱12的表面由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层18和PVD涂层16。在本专利技术的一实施例中，该PVD涂层16为CrAlN、CrN、TiAlCrN、TiSiN、TiSiAlN、TiAlWN、TiN或其组合构成的纳米硬质涂层。在本专利技术的又一实施例中，该PVD涂层16的厚度为1μm～30μm，较佳为4μm～12μm，更佳为4μm～10μm。在本专利技术的一实施例中，PVD涂层16的表面硬度为3000HV-4000HV。PVD涂层16的表面硬度可进一步优选为约3300HV-3800HV。在本专利技术的一实施例中，该金属硬质陶瓷涂层18为包括NiCr-Cr3C2、WC-12Co、WC-10Co-4Cr、WC-15Ni、TiC-15Ni、哈氏合金或其组合的合金涂层。在本专利技术的又一实施例中，该金属硬质陶瓷涂层18的厚度为0.03mm～30mm，较佳为0.1mm～15mm，更佳为0.3mm～10mm。在本专利技术的一实施例中，该具有复合涂层的螺杆100进一步包括位于螺棱12的表面和金属硬质陶瓷合金涂层18之间的渗氮层(未示出)以进一步强化螺棱12的表面和金属硬质陶瓷合金涂层18之间的结合度。在本专利技术的又一实施例中，渗氮层的厚度为0.1mm-0.5mm，渗氮层的厚度可进一步优选为不小于0.2mm。图1所示的根据本专利技术一实施例的具有复合涂层的螺杆100的制备方法包括如下步骤：提供棒材，例如，圆钢；在棒材的表面形成金属硬质陶瓷合金涂层18；将形成有金属硬质陶瓷合金涂层18的棒材进行例如但不限于研磨抛光等工艺，使其加工成形为螺旋状的螺杆100，其中只有螺杆100的螺棱12的表面保留金属硬质陶瓷合金涂层18；及采用物理气相沉积PVD工艺在整个螺杆100上沉积物理气相沉积PVD涂层16。在本专利技术的一实施例中，在棒材的表面形成金属硬质陶瓷合金涂层18包括采用(例如，但不限于)超音速火焰喷涂工艺在棒材的表面形成金属硬质陶瓷涂层。在本专利技术的一实施例中，沉积PVD涂层16包括通过常规的PVD设备采用常规PVD工艺形成PVD涂层16。在本专利技术的一实施例中，采用PVD工艺形成PVD涂层16的步骤包括：首先通入纯度为99.999％的氩气，在偏压为800-1000V的条件下清洁经研磨抛光处理后的螺杆100；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气，在偏压为80-100V的条件下，打开包含用于组成PVD涂层16的金属的靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后的螺杆100的表面沉积形成PVD涂层16。在本专利技术的一实施例中，具有复合涂层的螺杆100的制备方法进一步包括在棒材的表面形成金属硬质陶瓷合金涂层18之前，先使棒材进行离子渗氮处理以形成渗氮层。在本专利技术的又一实施例中，渗氮层的厚度为0.1mm-0.5mm，渗氮层的厚度可进一步优选为不小于0.2mm。在本专利技术的一实施例中，具有复合涂层的螺杆100的制备方法进一步包括在棒材的表面形成金属硬质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复合涂层的螺杆，其包括：螺纹区段，所述螺纹区段包括：多个螺棱，以及设置于所述多个螺棱的之间的多个螺槽，其中所述螺槽的表面附着物理气相沉积PVD涂层，且其中所述螺棱的表面由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层和所述物理气相沉积PVD涂层。

【技术特征摘要】
1.一种具有复合涂层的螺杆，其包括：螺纹区段，所述螺纹区段包括：多个螺棱，以及设置于所述多个螺棱的之间的多个螺槽，其中所述螺槽的表面附着物理气相沉积PVD涂层，且其中所述螺棱的表面由内到外依次附着金属硬质陶瓷涂层和所述物理气相沉积PVD涂层。2.如权利要求1所述的具有复合涂层的螺杆，其中所述物理气相沉积PVD涂层为CrAlN、CrN、TiAlCrN、TiSiN、TiSiAlN、TiAlWN、TiN或其组合构成的纳米硬质涂层。3.如权利要求2所述的具有复合涂层的螺杆，其中所述PVD涂层的厚度为1μm～30μm。4.如权利要求1所述的具有复合涂层的螺杆，其中所述金属硬质陶瓷涂层为包括NiCr-Cr3C2、WC-12Co、WC-10Co-4Cr、WC-15Ni、TiC-15Ni、哈氏合金或其组合的合金涂层。5.如权利要求4所述的具有复合涂层的螺杆，其中所述金属硬质陶瓷涂层的厚度为0.03mm～30mm。6.如权利要求1-5中任一项所述的具有复合涂层的螺杆，其中所述PVD涂层的表面硬度为3000HV-4000HV。7.如权利要求1-5中任一项所述的具有复合涂层的螺杆，其中进一步包括位于所述螺棱的表面和所述金属硬质陶瓷涂层之间的渗氮层。8.如权利要求7所述的具有复合涂层的螺杆，其中所述渗氮层的厚度为0.1mm-0.5mm。9.一种具有复合涂层的螺杆的制备方法，其包括如下步骤：提供棒材；在所述棒材的表面形成金属硬质陶瓷合金涂层；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆超，袁安素，卢皑，李艳春，
申请(专利权)人：纳狮新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33