选择双金属机筒合金保护层应依据于其特定工况条件

选择双金属机筒合金保护层应依据于其特定工况条件

　　作为国内双金属机筒和双金属螺杆的早期研发单位，许多用户询问我们铁基Ω101合金层和镍基Ω301合金层的区别，怎么样应用比较恰当等问题。提问的原因是多年来用户使用铁基Ω101合金层的双金属机筒，他们体验的其优越的性价比是常规渗氮产品无法比拟的，但是业内另外有一个错误的导向是，使用镍基Ω301合金层一定比铁基Ω101合金层好。

　　真的是这样吗?回答这个问题，让我们先看看二种合金以不同成型方法铸造的不同物理性能：

　　我们知道，镍基材料的抗腐蚀性能是毋庸置疑的，在稀盐酸、稀硫酸、浓硫酸、稀氟酸和多种常用化学溶济中，镍基材料均能够表现出其优越的抗腐蚀性能。在高温条件下铸造成型的镍基Ω301合金更是在其内部生成了碳化镍、碳化硅、碳化铬等各类碳化物硬质相，另外又加入了高比例的碳化钨颗粒，因此Ω301合金同时还兼具了高抗磨损的性能。

　　当用户生产的塑胶材料，如果这个材料对机筒是以酸性腐蚀为主的磨损减量，例如聚氯乙烯PVC、氯化聚氯乙烯CPVC、氯化聚乙烯CPE、聚三氟氯乙烯CFE、氟化聚乙烯CM、氯化聚丙烯PPC、聚化四氟乙烯PTFE、聚化炳烯酸PAA等塑胶，由于生产过程中均有不同程度的腐蚀性气体挥发逸出，镍基Ω301合金的抗酸性腐蚀性能当然是铁基类材料难以匹敌的，因为铁太容易被腐蚀。

　　又例如塑胶加工中经常需要使用到的阻燃剂，其中更多的是含有大量卤素的卤系阻燃剂，例如嗅化聚苯乙烯(BPS)等，还有大量添加了卤系元素而改姓的高聚物材料成型，例如杜邦公司的含卤HPN材料注塑的镜片，挤出的LED片基等等，这些卤系家族在处于高温状态时会产生含有强酸腐蚀性和毒性的卤化氢，当机筒螺杆使用于这些工况条件中，镍基Ω301合金保护层比铁基类保护层更为适合也是毋庸置疑的。

　　尤其当以上这些材料中更添加了一定比例的玻璃纤维、二氧化碳和碳酸钙等，机筒和螺杆之间的匹配磨损，加上材料与螺杆的剪切磨损，这二大类磨损同时又受到塑胶于高温条件下产生的腐蚀气体的“推波助澜”，更是“为虎作伥”地对挤出机和注射机的使用寿命产生致命的威胁。

　　另外，如果运行生物降解类塑胶，例如PBS，或者含水量相对较多的木塑类材料挤出，回收类塑料造粒等，我们还另外需要面对碱性类腐蚀的威胁。由于镍基材料的抗碱性腐蚀性能同时也优越于铁基合金材料，在这些工况条件下，Ω301合金能够延长机器的使用寿命也是能够得以验证的。

　　因此，针对以上各类挤出或注射的工况条件，如果双金属机筒的保护层，或者螺杆的螺棱顶部保护层采用了镍基Ω301等耐腐蚀合金材料，由于材料含铁量低，分子相当不活跃，加上碳化钨WC硬质相的帮助，在一定程度上是能够抵抗住高分子材料在加工中挥发而产生的各类酸性气氛的腐蚀，或者碱性气体的腐蚀，对延长机器的使用寿命是非常明显的。

　　而当用户使用挤出机和注射机生产塑胶材料，在相对大的背压作用下材料对机筒内孔壁施加的是以物理性挤压接触为主的磨损;同时又逢螺杆转速相对较高，材料借助于螺杆的螺棱外径对机筒内孔壁施加以强烈的“匹配磨损”(又称之为“粘连磨损”)，这时候我们就需要选用铁基Ω101合金作为保护层，而不是镍基Ω301。这样的应用例子在塑胶挤出中则更多，例如百分比高达40成以上的玻璃纤维增强PA的薄片材挤出，例如3成金刚砂粉末填充PVC挤出以生产耐磨踏脚板等，这些生产的工况特点就主要是“摩擦磨损”了。

　　在这种工况条件下，双金属机筒的合金保护层的优选应该是铁基Ω101，因为材料在加工过程中前者主要表现为玻璃纤维，后者主要表现为金刚砂对机筒内壁的强烈挤压摩擦磨损。如果我们错误地采用以镍基Ω301合金为衬里的双金属机筒，当这些巴氏硬度高达55的玻璃纤维，或者硬度更高的金刚砂挤压机筒内壁时，由于镍基材料理论上的“断裂应变(εfB)值”仅仅是铁基材料的6成左右，在强烈的“接触磨损”中这些玻璃纤维或者金刚砂将带走机筒表面基材上的镍基材料，因此也同时带走了镍基里面的碳化钨等其他抗磨损硬质相颗粒。“皮之不存，毛将焉附”?可惜这些硬质相颗粒还没有起到它应有的抗磨损作用就给“带”走了，因此在这种情况下Ω301合金的抗磨损作用并没有能够体现出来。

　　或许有人疑问前面举例的聚氯乙烯PVC的挤出，不是应该采用镍基Ω301合金来应对吗?众所周知，任何的矛盾分析，当然应该看什么是“主要矛盾”?既然这种条件下的主要矛盾是摩擦磨损，我们当然应该采用针对性更强的对应措施，避免“硬质相颗粒还没有起到它应有的抗磨损作用就给带走”的窘境。

　　总而言之，我们要提高挤出机和注射机的使用寿命，首先需要分析高分子材料在特定加工过程中所处的工况条件是什么?其次还要分析在这个工况条件中，主要矛盾究竟是“腐蚀类磨损”，还是“摩擦类磨损”。不同的工况条件下我们需要采用不同的，成本恰到好处的，也即性价比相对高的合金保护层来应对，这才应该是我们正确的选择。