热固性粉末涂料设备中挤出机备件的研发和探讨

技术背景

热固性粉末涂料挤出机是粉末涂料生产中的重要设备，本人从 86 年开始研制国内第一台粉末涂料单螺杆挤出机，当时挤出机的长径比为 12:1，几十年来随着粉末涂料新品种的需求不断增加而研制生产了单螺杆复式挤出机（主要用于生产高光粉）、双螺杆挤出机，其长径比也从 14:1 一直到 24:1（可生产丙烯酸粉末）。经过几十年来的不断进化，证明了螺杆挤出机的螺杆设计、螺杆备件材料的选择，热处理工艺的正确选择将决定挤出机热融混炼性能的优异及螺杆的使用寿命。

（图片来源：粉末涂料与涂装试刊1986版）

  为了让大家更好的选择到螺杆的优质配件，本文就螺杆的配件材料选择及工艺进行探讨，供广大同仁了解选用。众所周知，一副螺杆备件是由三种配件（芯轴、螺套、混炼块）组成，本文就这三种配件进行具体的介绍和探讨。

1螺杆芯轴（总程）

芯轴是螺杆中用以装配螺套、混炼块的轴。其结构目前常用的有单键、内六方、花键等，其中以花键最为普遍，在我们行业发展中，由于长径比短，以前常用的是 45#钢、40Cr、38CrMoAl、42CrMo，随着长径比加大到现在的 24:1 以上，为了保证芯轴在使用过程中不变形、保证螺杆的正常生产，建议使用 42CrNiMo。该材料为中碳合金钢，强度高，为了最大程度保证芯轴不变形，除了材料机加工必须进行调质热处理外，在机加工过程中粗车、精车、拉花键、磨等工序中，每道工序后还必须要进行消除应力的处理，才能保证芯轴的变形最小，从而保证芯轴的使用寿命。

2螺杆螺套

螺套在螺杆中起到一个输送粉料的作用。由于长期处于干粉、半融料状态，因此要求必须耐磨，为此选择材料为 38CrMoAl、Cr₁₂MoV、6542等钢材，当然也有不良厂家为了节约成本曾使用 45#钢淬火、20CrMnTi渗碳（耐磨差），现在市场常用的有三种 38CrMoAl、Cr₁₂MoV、6542。38CrMoAl 是一种螺杆氮化钢，经过氮化后表面硬度高 HV1200 左右变形小。而目前市场上的 38CrMoAl 氮化深度仅 30 丝左右，如果加深渗层，氮化时间翻倍增加造成成本高，故一般仅用于 90°混炼块。

3螺杆混炼块

螺杆中磨损最厉害的是螺套和与螺套相邻的 45°混炼块，尤其是下料口附近的螺套和 45°混炼块，因为这两种配件粉料处于半融半干状态，对零件的磨损最大，因而当前螺套和 45°混炼块根据需要采用Cr₁₂MoV 和 6542，这两种材料要注意以下两点：

1钢材采购。目前市场上的 Cr₁₂MoV 材料各个厂家都有生产且价格不一，最大差价 3 元左右，因此采购时要采购大品牌、正规厂家，如：宝钢、东北特钢等。至于某些厂生产的便宜 Cr₁₂MoV，杂质多，品质将直接影响加工和热处理，不宜采用。 

2一定要采取正确的热处理工艺。Cr₁₂MoV 作为一个模具合金钢，正规工艺是髙淬高回，但目前我们备件行业中存在一个误区，许多粉末厂家从金黄颜色才作为采购备件的标准，其原因有二：一个是如果是灰黑色配件怕是 20CrMnTi，渗碳生产，这类配件变形大、不耐磨；二是金黄色保护色不易生锈，金黄色是低淬低回，因为在箱式炉回火中低温回火颜色为金黄色，如高温回火就会产生氧化皮而影响零件的尺寸造成报废。

正确的工艺是在真空炉中高温淬火 1030°左右，在保护气体中高温回火560-580°，这样正规的工艺中生产处理的零件是灰黑色的，变形小、红硬性强耐磨，充分发挥了 Cr₁₂MoV 性能的最大潜能。同样 6542 也必须髙淬高回才能性能优越、脆性等级最小、更耐磨。

4开发应用

随着新能源汽车的大力发展，汽车电池的封包粉、绝缘粉将加大应用，为了保证绝缘效果，必须控制金属在绝缘粉含量中不超标，因此在绝缘粉生产中用 Cr₁₂MoV 材质的螺套和 45°混炼块也满足不了耐磨损的要求。我们目前采用的是在 Cr₁₂MoV 成品零件上采用碳化钨超音速喷涂，形成一个 25-30 丝的硬化层，其硬度达到 HV1200-1500，结合强度高，其耐磨性能是 Cr₁₂MoV的 3 倍以上，保证了在生产绝缘粉中最小磨损量，从而达到绝缘粉中金属含量不超标。

结  语

以上是本人几十年来对螺杆配件材料的选择和工艺的探讨，抛砖引玉希望粉末界的广大同仁指正，尤其是一线生产人员的经验指导。随着行业中各种粉末新品种的出现，从螺杆机械设计和排列也得到了不断改进，例如：螺杆配件无间隙设计，为了加速螺套送料的大导程设计、右边直角设计等。平光粉、回收粉、砂纹粉、无光粉、绝缘粉等各种螺杆排列等，我们将在专门的文章中阐述。再次欢迎广大同仁们来信来电交流探讨。

烟台市粉末开发有限公司

滕胜利