双金属技术及其对塑胶业的贡献

细雨游龙

众所周知，材料、能源、信息是现代工业发展的三大基石，它的发展水平，代表了一个国家的整体科学技术的发展能力。在材料科学中，双金属技术是增加机械零部件使用寿命的一个非常重要的手段，它以普通金属材料作为母体，而在机械零部件的工作表面则复合另外一层具有特殊作用的合金，用以提高该零部件的抗磨损、抗腐蚀等性能，增加零部件的使用寿命。以最经济的材料结构，取得最高的经济效益，是双金属技术之所以成为世界各国材料界人士孜孜以求的一个原动力。作为一门新兴的，有无比发展潜力的新技术，双金属技术正在我国工业发展的各个领域显示出越来越重要的作用。
0 c$ M7 Z7 g( Q7 [, ^* G3 Z# L5 H在塑胶加工领域中，随着塑胶加工业的迅猛发展，各种新型的改性塑胶原料不断涌现。在高强度的增强塑胶原料中，常常加有诸如碳、石棉、玻璃、硼等增强纤维；此外，为了获得各种特殊性能，或者为了降低生产成本等目的，塑料树脂中又常常需要加入一定比例的各种填充料，例如白垩、硅石、重晶白、陶土、纤维素、云母、滑石、氧化铝和金属粉末等。这些增强剂、填充料以及无机着色剂的加入，或者回收塑料再生利用时泥沙杂质混入机器内，均加剧了塑胶挤出机、塑胶注射机的心脏部件－熔胶机筒和输送螺杆的腐蚀或磨损失效，使得加工机械的生产效率下降，制品质量不稳定，维修机械和调换部件的次数、费用增加，对各塑胶加工业企业的经济效益影响很大。生产形势越来越急切地呼吁：用高耐磨损、耐腐蚀的双金属机筒和螺杆来代替常规渗氮处理的机筒螺杆来作为机器的心脏部件，延长机器的使用寿命。
那么，什么是双金属机筒呢？用不同种类高耐磨、或高耐腐蚀之合金材料复合在机筒（或称作为溶胶筒）的内孔表面作为工作层。合金材料厚度一般达到2.0～3.0毫米，洛氏硬度一般为60度或以上，再经过特殊机械加工而成的机筒，即为双金属机筒；而双金属螺杆则是在其螺棱的特定工作表面，或在其整个螺棱工作面，复合一层厚度一般为1.0～2.0毫米的特殊合金（合金的洛氏硬度一般为58度以上），经特殊机械加工而成的螺杆。双金属机筒和双金属螺杆的独特优越性是，它比普通渗氮机筒螺杆销售价格高不到1倍，而理论使用寿命为普通渗氮机筒螺杆的4倍或以上，性价比相当显著。
/ Z$ X" c0 t0 g, |5 |( X. ^双金属机筒金相结构分布图
在美国的塑胶加工业厂家，95%以上的挤出机和75%以上的注射机均采用双金属机筒和双金属螺杆作为机器的心脏部件，著名专业生产厂商有XALOY（埃克萨洛）公司；在欧洲，所有单螺杆挤出机生产厂商中，60%厂家提供双金属产品以供选择，30%生产厂家仅提供双金属产品装机。著名专业厂商有：英国BROOKES（布鲁克斯）公司，德国KRAUSS-MAFFEI（克劳斯玛菲公司，KRUPP（克虏伯）公司。REIFENHAUSOR（莱芬豪舍）公司，意大利的OMG（奥马格）公司，瑞士的BERNEX（贝涅克斯）公司等。而在亚洲，双金属产品使用率较低，少数则依赖进口，除日本制钢所、日本神户制铁所，上海康复达机械制造有限公司、台湾天星公司等少数厂商能够专职开发和制造双金属产品外，就很少有其他专业供货商了。广大的市场需求和高速的经济发展，使该地区的供需矛盾日益加剧。
机筒剖视图

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螺杆剖视图
用于成形双金属机筒的α系列合金，是上海康复达机械制造有限公司优化美国XALOY公司的“X”系列合金、瑞士贝涅克斯公司的“BERNEX”系列合金、日本日立金属株式会社的“H”系列合金之所长，研究开发出来适合于低成本生产，高品质耐用所需要的各具特色的工作面硬化合金材料系列。该合金系列分为三大类，六个品种：耐磨性能优异，生产成本低而能完全替代氮化品的α101系列合金，该合金适用于在普通塑胶中添加增强剂、填充料的成形；耐腐蚀性能优异，尤其是能够抵抗各类弱酸的α201系列合金，适用于诸如PTFE、PVC、PMMA、CP、PPS之类的腐蚀性塑料的成形加工；而当以上腐蚀性塑料在成形过程中，又需要添入增强或填充组分时，其对机器不仅提出了耐腐蚀要求，而且更提出了耐磨损要求，这时，α301系列合金即是用户最佳选择。
随着塑胶加工业在中国大陆的蓬勃发展，各塑胶生产厂家对所生产的塑胶制品的内在质量，对塑胶生产的经济效益日益重视。而问题的另一方面是，我国早年引进的达几十个亿的塑胶挤出机和塑胶注射机，加上早年我国各塑胶机械公司自行生产的各同类机器，均逐渐进入更新期，这就形成了又一个巨大的塑胶机器的更新市场。在这个过程中，双金属技术又扮演了一个重要的角色。以衬套方式在旧的机筒中衬入双金属筒体，而在旧的螺杆业已磨损的螺棱表面则加上一层特殊的耐磨损合金，用这样的双金属技术翻新的机筒螺杆，其材料结构已变成了双金属形式，而经此方法更新的这些心脏部件甚至比原先采购的新的渗氮部件使用寿命还要长。对于大型挤出生产线，以及大型注射机，其意义已经不是简单的一个工厂的经济效益问题，而甚至关系到了国民经济低成本、高速度发展的大局。