螺杆挤出机被广泛地应用在塑料、食品与饲料加工等领域,其核心零件螺杆与设备的生产效率和产品质量有着密不可分的联系。在实际的工作过程中,螺杆既承受着巨大的摩擦力与剪切力,又处于高温和腐蚀的环境中,常发生快速磨损而失效,导致了产品生产计划的延误和设备维护成本的提高。为了减少螺杆的磨损速度,延长使用寿命,目前普遍采用表面处理技术来改善螺杆的耐磨性。本文将使用离子渗氮和离子氮硫复合处理技术对螺杆材料42CrMo钢进行表面处理,采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等仪器对样品进行微观形貌观察以及物相成分分析,通过摩擦磨损试验机来研究样品表面的摩擦学性能,根据磨痕形貌和化学成分组成探讨了摩擦磨损机理,并使用超景深三维显微镜测量计算磨损率。针对螺杆挤出机螺杆的工作环境,设计了一台用于模拟性台架试验的摩擦磨损试验机,能够综合评估螺杆的磨损寿命和磨损过程。主要研究内容如下:(1)围绕工艺参数中的渗氮温度,气体比例和炉内气压分别进行对照实验,研究其对42CrMo钢渗氮层组织和摩擦学性能的影响。研究结果表明,适当地提高渗氮温度有利于提高渗氮层的耐磨性,但渗氮温度超过480℃会改变渗氮层的相构成以致耐磨性急剧下降。氢氮流量比的减少可以有效提升渗氮层的整体硬度,也在一定范围内提高渗氮层的耐磨性,当氢氮流量比小于1/3时,会使渗氮层脆性增加,导致耐磨性降低。炉内气压在100 Pa至200 Pa之间的变化对渗氮层硬度梯度的影响不明显,炉内气压的升高会使渗氮层的耐磨性有轻微程度地下降。当渗氮温度为480℃,氢氮流量比为1/1,炉内气压为100 Pa时,所得到的42CrMo钢离子渗氮层磨损率为2.33×10~-77 mm~3/Nm,摩擦系数为0.35,在设定的离子渗氮参数中表现出了最佳的摩擦学性能。(2)比较分析了42CrMo钢在离子渗硫、离子渗氮和离子氮硫复合处理后的表面微观结构和摩擦磨损性能。实验结果表明,离子氮硫复合处理技术可以在渗氮层上生成以FeS为主要成分的渗硫层,渗硫层能够有效地起到减摩润滑的效果,高硬度的渗氮层基体大大延长了渗硫层稳定发挥润滑作用的时间。复合处理渗层的磨损率为1.55×10~-77 mm~3/Nm,摩擦系数为0.3,并且对磨偶件的磨损量也最少,在三种表面处理工艺中表现出了最佳的摩擦学性能。(3)完成了螺杆挤出式摩擦磨损试验机的机械结构设计,使用ANSYS Workbench软件对关键零部件进行了结构静力分析与振动分析。计算结果表明,轴承座在载荷下所产生的最大应力值和最大变形值都满足安全设计要求,并且不会因动力系统的激励产生共振现象。