特定工況條件下雙金屬機筒合金保護層的選擇

對于雙金屬機筒合金層的選擇，許多用戶詢問鐵基Ω101合金層和鎳基Ω301合金層的區別以及怎么樣應用比較恰當等問題。提問的原因是多年來用戶使用鐵基Ω101合金層的雙金屬機筒，其優越的性價比是常規滲氮產品無法比擬的，但是業內有一個錯誤的導向：使用鎳基Ω301合金層一定比鐵基Ω101合金層好。

真的是這樣嗎？回答這個問題，讓我們先看看二種合金以不同成型方法鑄造的不同物理性能：

鎳基材料的抗腐蝕性能是毋庸置疑的，在稀鹽酸、稀硫酸、濃硫酸、稀氟酸和多種常用化學溶劑中，鎳基材料均能夠表現出其優越的抗腐蝕性。在高溫條件下，鑄造成型的鎳基Ω301合金更是在其內部生成了碳化鎳、碳化硅、碳化鉻等各類碳化物硬質相，另外還加入了高比例的碳化鎢顆粒，因此Ω301合金同時兼具了高抗磨損性。

當用戶生產的塑膠材料對機筒是以酸性腐蝕為主的磨損減量，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）等塑膠，由于生產過程中不同程度的腐蝕性氣體揮發逸出，鎳基Ω301合金的抗酸性和腐蝕性當然是鐵基類材料難以匹敵的，因為鐵太容易被腐蝕。

又例如塑膠加工中經常需要使用到的阻燃劑，其中更多的是含有大量鹵素的鹵系阻燃劑，例如溴化聚苯乙烯(BPS)等，還有大量添加了鹵系元素而改性的高聚物材料成型，例如杜邦公司的含鹵HPN材料注塑的鏡片，擠出的LED片基等等，這些鹵系家族在處于高溫狀態時會產生含有強酸腐蝕性和毒性的鹵化氫，當機筒螺桿處于這些工況條件中，鎳基Ω301合金保護層比鐵基類保護層更為適合也是毋庸置疑的。

尤其在以上這些材料中更添加了一定比例的玻璃纖維、二氧化碳和碳酸鈣等，機筒和螺桿之間的匹配磨損，加上材料與螺桿的剪切磨損，這兩大磨損同時又受到塑膠在高溫條件下產生的腐蝕氣體的“推波助瀾”，更是對擠出機和注射機的使用壽命產生致命的威脅。

另外，如果運用生物降解類塑膠，例如PBS或者含水量相對較多的木塑類材料擠出、回收類塑料造粒等，還需要另外面對堿性類腐蝕的威脅。由于鎳基材料的抗堿性腐蝕性能同時也優越于鐵基合金材料，在這些工況條件下，Ω301合金能夠延長機器的使用壽命也是能夠得以驗證的。

因此，針對以上各類擠出或注射的工況條件，如果雙金屬機筒的保護層或者螺桿的螺棱頂部保護層采用了鎳基Ω301合金，由于材料含鐵量低，分子相當不活躍，加上碳化鎢WC硬質相的幫助，在一定程度上能夠經受高分子材料在加工中揮發產生的各類酸性或堿性氣體的腐蝕，對延長機器的使用壽命有顯著的作用。

雙金屬機筒頂視圖

如果用戶使用擠出機和注射機生產塑膠材料，在相對大的背壓作用下，材料對機筒內孔壁施加以物理性擠壓接觸為主的磨損，同時又逢螺桿轉速相對較高，材料借助于螺桿的螺棱外徑對機筒內孔壁施加以強烈的“匹配磨損”（又稱之為“粘連磨損”），此時需選用鐵基Ω101合金作為保護層而不是鎳基Ω301。這樣的應用例子在塑膠擠出中更多，例如高達40%以上的玻璃纖維增強PA的薄片材擠出，30%金剛砂粉末填充PVC擠出以生產耐磨踏腳板等，這些生產的工況特點就主要是“摩擦磨損”了。

在這種工況條件下，雙金屬機筒合金保護層的首選應該是鐵基Ω101，因為材料在加工過程中，薄片材擠出主要表現為玻璃纖維，PVC擠出主要表現為金剛砂對機筒內壁的強烈擠壓摩擦磨損。如果我們錯誤地采用以鎳基Ω301合金為襯里的雙金屬機筒，當這些巴氏硬度高達55的玻璃纖維，或者硬度更高的金剛砂擠壓機筒內壁時，由于鎳基材料理論上的“斷裂應變(εfB)值”僅僅是鐵基材料的60%左右，在強烈的“接觸磨損”中，這些玻璃纖維或者金剛砂將帶走機筒表面基材上的鎳基材料，因此也同時帶走了鎳基里面的碳化鎢等其他抗磨損硬質相顆粒。而這些硬質相顆粒還沒有起到它應有的抗磨損作用就給“帶”走了，因此Ω301合金的抗磨損作用無法真正體現出來。

雙金屬機筒示意圖

對于之前舉例的聚氯乙烯（PVC）的擠出或許會有疑問：不是應該采用鎳基Ω301合金來應對嗎？任何的矛盾分析，首先應該看清什么是“主要矛盾”，這種條件下的摩擦磨損為主要矛盾，應該采用針對性更強的對應措施，避免陷入上述過程中的窘境。

總而言之，擠出機和注射機使用壽命的提高取決于高分子材料在特定加工過程中所處的工況條件。之后分析其所處的工況條件中的主要矛盾，是“腐蝕類磨損”還是“摩擦類磨損”，不同的工況條件下采用不同的、低成本的即性價比最高的合金保護層來應對。