特定工况条件下双金属机筒合金保护层的选择

对于双金属机筒合金层的选择，许多用户询问铁基Ω101合金层和镍基Ω301合金层的区别以及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，其优越的性价比是常规渗氮产品无法比拟的，但是业内有一个错误的导向：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：

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剂中，镍基材料均能够表现出其优越的抗腐蚀性。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，另外还加入了高比例的碳化钨颗粒，因此Ω301合金同时兼具了高抗磨损性。

当用户生产的塑胶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，由于生产过程中不同程度的腐蚀性气体挥发逸出，镍基Ω301合金的抗酸性和腐蚀性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，例如溴化聚苯乙烯(BPS)等，还有大量添加了卤系元素而改性的高聚物材料成型，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，当机筒螺杆处于这些工况条件中，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。

尤其在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，这两大磨损同时又受到塑胶在高温条件下产生的腐蚀气体的“推波助澜”，更是对挤出机和注射机的使用寿命产生致命的威胁。

另外，如果运用生物降解类塑胶，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，还需要另外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合金，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，在一定程度上能够经受高分子材料在加工中挥发产生的各类酸性或碱性气体的腐蚀，对延长机器的使用寿命有显著的作用。

双金属机筒顶视图

如果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”），此时需选用铁基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更多，例如高达40%以上的玻璃纤维增强PA的薄片材挤出，30%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，双金属机筒合金保护层的首选应该是铁基Ω101，因为材料在加工过程中，薄片材挤出主要表现为玻璃纤维，PVC挤出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60%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。而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Ω301合金的抗磨损作用无法真正体现出来。

双金属机筒示意图

对于之前举例的聚氯乙烯（PVC）的挤出或许会有疑问：不是应该采用镍基Ω301合金来应对吗？任何的矛盾分析，首先应该看清什么是“主要矛盾”，这种条件下的摩擦磨损为主要矛盾，应该采用针对性更强的对应措施，避免陷入上述过程中的窘境。

总而言之，挤出机和注射机使用寿命的提高取决于高分子材料在特定加工过程中所处的工况条件。之后分析其所处的工况条件中的主要矛盾，是“腐蚀类磨损”还是“摩擦类磨损”，不同的工况条件下采用不同的、低成本的即性价比最高的合金保护层来应对。