一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料及方法技术

本发明专利技术公开了一种能提高挤出机生产效率的双螺杆激光熔覆材料，按质量百分比由以下组分组成：Cr3C2粉10～15%，TiC粉1～5%，WC粉1～5%，CeO2粉0.5～2%，B粉1～3%，Si粉1～3%，MoS2粉10～15%，WS2粉8～13%，其余为NiCr粉，以上各组分重量百分比之和为100%。还公开了一种能提高挤出机生产效率的双螺杆激光熔覆工艺，采用超高速激光熔覆设备配合制备的激光熔覆粉末进行螺杆元件表面的激光熔覆，所得螺杆元件表面成型较好，熔融塑料粘附减少，生产效率提高。生产效率提高。

【技术实现步骤摘要】
一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料及方法


[0001]本专利技术属于金属结构表面改性修复领域，特别涉及一种有助于提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料及方法。

技术介绍

[0002]螺杆是挤出机极其重要的组成部件，其设计和制造质量直接影响挤出制品质量和产量。在具体生产过程中，螺杆对塑料原料进行的输送、压实、熔化、搅拌和施压等加工过程，都是通过螺杆在料筒内的旋转完成的，最终，原料会以一定压力和流量从机头中挤出。
[0003]常用的螺杆挤出机有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的，由于具有良好的加料性能、混炼塑化性能、排气性能和挤出稳定性，目前已被广泛应用于挤出制品的成型加工。
[0004]近年来，塑料原料工业迅速发展，不断推出各种增强改性工程塑料原料，传统的普通螺杆已无法满足加工这些增强改性原料的要求，具体的原因主要是以下几点：1.螺杆工作时需要承受相当高的剪切应力，以剪断、分散坚韧和难以扩散的填料、增强材料等；2.处于物料剪切段的螺杆上的熔融塑料，由于粘度较高，常常粘附在螺杆上，清理较困难，严重影响生产效率；3. 由于下料口处的温度相对较低，位于此处的塑料没有完全融化，硬度较高，容易导致对螺杆元件的磨损。
[0005]针对以上的问题，采用常规的热处理对提高螺杆元件的使用性能意义不大，而热渗镀、渗碳对材料选择的范围比较窄，且其制备的涂层耐磨性能不够；热喷涂、镀铬等工艺所得到的涂层与基体结合强度较低，涂层易发生分离、剥落。
[0006]后来，随着电子束、激光、等离子等技术的应用，表面处理
终于得到飞跃性的进展。其中以激光熔覆技术的应用最为广泛。激光熔覆技术是指通过高能束激光束辐照扫描，将熔覆材料与基材表面薄层材料与放置在其表面的熔覆材料一起快速熔凝，形成与基体呈冶金结合，具有硬度高、抗腐蚀、耐磨性好的涂层。考虑螺杆材料的物理特性和使用工况，激光熔覆技术是进行其表面改性最理想的选择。
[0007]挤出机工作时常出现的两大问题为：1. 熔融塑料粘附于螺杆（材料为38CrMoAl钢）表面，清理困难，严重降低挤出机生产效率；2. 螺杆表面磨损严重，降低了塑料配混质量。针对这种情况，为了提高生产效率以及螺杆元件使用寿命，本申请研究的主题是得到一种有助于提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料及方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料及方法，其目的在于现阶段挤出机效率低，产品质量低的问题。
[0009]为达到目的，本专利技术采用的第一个技术方案是：
一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料，其特征在于：由以下重量百分比原料组成：Cr3C2粉10
‑
15%；TiC粉1
‑
5%；WC粉1
‑
5%；CeO2粉0.5
‑
2%；B粉1
‑
3%；Si粉1
‑
3%；MoS2粉10
‑
15%；WS2粉8
‑
13%；其余为NiCr粉；其中，各组分重量百分比之和为100%。
[0010]其中，各组分的粉末粒度为270
‑
500目。
[0011]本专利技术采用的第一个技术方案是：一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，打磨螺杆元件的表面去除粘附的塑料，并用酒精和/或丙酮去除表面污渍；步骤2，按质量百分比称取Cr3C2粉10
‑
15%，TiC粉1
‑
5%，WC粉1
‑
5%，CeO2粉0.5
‑
2%，B粉1
‑
3%，Si粉1
‑
3%，MoS2粉10
‑
15%，WS2粉8
‑
13%，其余为NiCr粉，其中，各组分重量百分比之和为100%，进行2
‑
4小时的机械混合；步骤3，将混合后的粉末置于真空环境下150
‑
180℃加热保温0.5
‑
2小时，以去除粉末中的结晶水，接着
‑
270目～+500目过筛，装入送粉器，通过送粉熔覆头送粉；步骤4，设定激光对螺杆基体的入射角为
‑
30
°
～30
°
，激光熔覆功率为2～4kW，激光光斑直径0.5～2mm，送粉速度50～100g/min，熔覆层搭接率70～80％，熔覆线速度30～50m/min，氩气氛围，然后对螺杆基体进行超高速激光熔覆；步骤5，熔覆结束后用保温棉包裹最后熔覆区域，实现熔覆层的缓冷，避免裂纹出现；步骤6，最后用刷子去除螺杆熔覆层上的浮粉，得到表面激光熔覆的双螺杆。
[0012]其中，步骤4中，在进行超高速激光熔覆之前，先用火焰加热的方式对螺杆预热，预热温度为150℃～180℃，以此减少熔覆时的温度梯度，降低开裂敏感性。
[0013]其中，优选激光的入射角为
‑
10
°
～10
°
。
[0014]本专利技术设计原理和效果是：（1）本专利技术方法采用超高速激光熔覆工艺进行螺杆工作表面的改性处理，超高速激光熔覆效率高、熔覆层薄、熔覆层与基体结合质量好；此外，超高速激光熔覆冷却速度较传统的激光熔覆冷却速度更快，因此所得的熔覆层硬度更高。
[0015]（2）本专利技术提出的螺杆元件表面激光熔覆粉末，以NiCr粉为主，Ni、Cr合金与螺杆基体Fe（38CrMoAl钢）的焊接性较好，可以保证熔覆层较好的冶金结合；在NiCr粉末的基础上，添加了Cr3C2、TiC和WC硬质粉末，可以有效提高熔覆层的耐磨性能，具体体现在：
①
螺杆表面激光熔覆材料以NiCr粉末为主，螺杆基体材料（38CrMoAl钢）为Fe，根据Fe
‑
Ni和Cr
‑
Fe二元相图可知，Ni、Cr元素与Fe基体之间不生成脆性金属相，且这两个元素
与Fe之间的焊接性较好。Ni基材料的塑韧性较好，Cr元素可以在高温下形成Cr2O3，保护熔池。当熔覆层以Ni、Cr元素为主时，所得的相主要为奥氏体相，耐蚀、耐高温性能均较好；
②
螺杆表面激光熔覆材料中添加了Cr3C2粉末，该粉末的硬度较高，是一种较强的抗氧化性碳化物，耐蚀、耐磨性能优异。在Cr3C2粉末的基础上，为了弥补单一硬质相提高熔覆层强度所存在的局限性，复合添加了TiC和WC粉末，协同提高熔覆层的硬度；
③
螺杆表面激光熔覆材料中添加了B、Si粉末，这两种粉末可以改善液态熔池与螺杆基体的润湿性，提高熔池的流动性。此外，Si还可以起到脱氧的作用，降低熔池中的氧含量，从而减少气孔缺陷的产生；
④
螺杆表面激光熔覆材料中添加了CeO2稀土粉末，稀土元素的存在可以净化熔覆层中奥氏体晶界，提高晶界结合强度，细化奥氏体晶粒，提高熔覆层的综合力学性能；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆材料，其特征在于：由以下重量百分比原料组成：Cr3C2粉10
‑
15%；TiC粉1
‑
5%；WC粉1
‑
5%；CeO2粉0.5
‑
2%；B粉1
‑
3%；Si粉1
‑
3%；MoS2粉10
‑
15%；WS2粉8
‑
13%；其余为NiCr粉；其中，各组分重量百分比之和为100%。2.根据权利要求1所述的激光熔覆材料，其特征在于：各组分的粉末粒度为270
‑
500目。3.一种提高挤出机效率的双螺杆表面激光熔覆方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，打磨螺杆元件的表面去除粘附的塑料，并用酒精和/或丙酮去除表面污渍；步骤2，按质量百分比称取Cr3C2粉10
‑
15%，TiC粉1
‑
5%，WC粉1
‑
5%，CeO2粉0.5
‑
2%，B粉1
‑
3%，Si粉1
‑
3%，MoS2粉10
‑
15%，WS2粉8
‑
13%，...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚巧玲，
申请(专利权)人：中广核三角洲江苏塑化有限公司，
类型：发明
国别省市：