[发明专利]具有复合涂层的螺杆及其制备方法

说明书

本发明是关于具有复合涂层的螺杆及其制备方法。本发明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。

技术领域

本发明涉及塑料机械技术领域，特别涉及具有复合涂层的螺杆及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的一实施例，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。

根据本发明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。

本发明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。