專利名稱：一種耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦用采煤機耐磨、無火花截齒復合覆層及其制備方法，屬于金屬熱處理及表面技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤炭是我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要能源。由于煤炭生產(chǎn)的特殊性，大量的運輸、提升及支護等設備在嚴重的腐蝕、磨損環(huán)境下運行。提高煤礦機械的抗磨、耐蝕性，減小由腐蝕、磨損帶來的直接與間接經(jīng)濟損失，一直是煤炭生產(chǎn)中需要解決的重要問題。采煤機是煤炭生產(chǎn)中常用的采掘機械，截齒是采煤機切割煤、巖的刀具。截齒在使用過程中，直接受到煤和巖石的磨損及沖擊，造成磨損、沖擊斷裂、崩刃等破壞，降低生產(chǎn)效率，因此，要求截齒具有高的硬度和耐磨性及良好的強韌性配合。根據(jù)對截齒的性能要求，齒體材料通常采用具有良好鍛造性能的合金調(diào)質(zhì)鋼制造，如35CrMnSi、40CrNiMo、42CrMo、，我國普遍采用35CrMnSi鋼，通過適當?shù)臒崽幚恚蛊錆M足強韌性的要求；而耐磨性依靠齒尖部釬焊硬質(zhì)合金解決。所采用的硬質(zhì)合金主要有 YG11C、YG13C、YG8C等。我國采煤機截齒的生產(chǎn)工藝為齒體下料一鍛造一機加工一釬焊硬質(zhì)合金齒尖一截齒整體調(diào)質(zhì)或等溫淬火一成品。調(diào)質(zhì)或等溫淬火是滿足齒體強韌性要求的必要措施。但是調(diào)質(zhì)及等溫淬火過程中的加熱和冷卻，在釬焊縫及硬質(zhì)合金中易產(chǎn)生顯微裂紋，降低截齒使用壽命；另外，熱處理對于提高截齒的耐磨性有限，在使用過程中齒體頭部會產(chǎn)生早期磨損，使得硬質(zhì)合金刀頭失去依托而過早暴露并脫落，導致截齒失去切割能力。因此，提高采煤機截齒的耐磨性是一項重要的課題。另外，從安全生產(chǎn)考慮，井下煤炭生產(chǎn)時，是嚴禁產(chǎn)生火花的。但截齒截煤過程中，周期性與煤巖撞擊，不可避免地產(chǎn)生火花， 造成安全隱患。在提高截齒耐磨性的同時，避免截煤時產(chǎn)生火花，提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全，任務迫切，意義深遠。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的采煤機截齒的耐磨性與減少火花產(chǎn)生不可兼得的問題，本發(fā)明提供了一種耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層及其制備方法，可以有效的提高采煤機截齒的耐磨性的同時，又不會產(chǎn)生火花。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層，所述的復合覆層由鐵基固溶體、硼化物、碳化物組成，采用的等離子熔覆的方法制備，其中，原始粉末各元素組成按重量百分比計，B為4 8%、C為1 5%、Si為1 5%、Cr為20 60%、Ni為5 15%，Ti、V、Nb、Zr各1%，其余為Fe，復合覆層厚度為0. 1 10mm，復合覆層硬度600 1600HV。制備所述的耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層的方法，步驟為
第一步，按照各元素組成按重量百分比計，B為4 8%、C為1 5%、Si為1 5%、 Cr為20 60%、Ni為5 15%，Ti、V、Nb、^ 各1%，其余為！^e的比例配制原始粉末；第二步，采用等離子熔覆的方法，在截齒表面熔覆以上混合粉末。第一步中原始粉末以合金或者金屬單質(zhì)配制。第二步等離子熔覆時，采用自動送粉或預涂粉末法；工作電流140-300A，單道掃描寬度1-lOmm，噴嘴離工件的距離2-10mm，掃描速度10-30cm/min。第二步中的等離子熔覆時，采用惰性氣體或氮氣為電離和保護氣體。第一步中原始粉末的粒度為10-300μπι。
有益效果
1.本發(fā)明的熔覆層由硼化物、碳化物和固溶體組成，具有很高的硬度，可達到 600-1600HV。硬化機理為多種硼化物和碳化物的第二相強化、彌散強化，細晶強化、固溶強化等。2.本發(fā)明的熔覆層具有優(yōu)異的耐磨性，是35CrMnSi齒體材料的3-6倍。在砂輪機上打磨時無火花產(chǎn)生，所以特別適用于采煤機截齒，在切割煤巖時，不產(chǎn)生火花，杜絕了由截齒機切割煤巖產(chǎn)生火花而引發(fā)瓦斯爆炸的可能性。


圖1為熔覆層的硬度。復合覆層硬度達到900HV。圖2為本發(fā)明制備的復合覆層的掃描電鏡照片。圖3為本發(fā)明的方法制備的復合覆層的光學顯微鏡照片。圖4為本發(fā)明的方法制備的復合覆層的又一光學顯微鏡照片。從圖中可以清晰的看出復合覆層致密，孔隙率低。熔覆層由B、C的化合物及狗的固溶體組成。
具體實施例方式一種耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層，所述的復合覆層由鐵基固溶體、硼化物、碳化物組成，采用的等離子熔覆的方法制備，其中，原始粉末各元素組成按重量百分比計，B 為 4 8%、C 為 1 5%、Si 為 1 5%、Cr 為 20 60%、Ni 為 5 15%，Ti、V、Nb、 ^ 各1%，其余為狗，的比例配制金屬粉末；熔覆層厚度0. I-IOmm;硬度600-1600HV;在砂輪上打磨無火花。具體制備步驟如下
第一步，按照各元素組成按重量百分比計，B為4 8%、C為1 5%、Si為1 5%、 Cr為20 60%、Ni為5 15%，Ti、V、Nb、^ 各1%，其余為Fe，的比例配制金屬粉末；金屬粉末可以以合金或者金屬單質(zhì)的形式加入，金屬粉末的粒度為10-300 μ m。第二步，采用等離子熔覆的方法，在截齒表面熔覆以上混合粉末。等離子熔覆時， 采用自動送粉或預涂粉末法；工作電流140-300A，單道掃描寬度1-lOmm，噴嘴離工件的距離2-10mm，掃描速度10-30cm/min。電離和保護氣體為惰性氣體或氮氣。實施例1
按重量百分比B為4%、C為2%、Si為2. 5%、Cr為30%, Ni為8%, Ti、V、Nb、Zr分另Ij 為1%，其余為Fe的比例配制金屬粉末；金屬粉末以合金和金屬單質(zhì)的形式加入，金屬粉末的粒度為30-120μπι。采用等離子熔覆的方法，在截齒表面熔覆以上混合粉末。等離子熔覆時，采用自動、負壓送粉法；工作電流180Α，噴嘴離工件的距離8mm，掃描速度25cm/min。電離和保護氣體為氬氣。熔覆層的厚度為4. 0mm，顯微硬度1100HV，熔覆層由C、B化合物及狗基固溶體組成。熔覆層在砂輪上打磨無火花。
實施例2
按重量百分比 B 為 5. 5%、C 為 3%、Si 為 2%、Cr 為 45%、Ni 為 10%，Ti、V、Nb、^ 分別為1%，其余為狗的比例配制金屬粉末；金屬粉末以合金和金屬單質(zhì)的形式加入，金屬粉末的粒度為50-150 μ m。采用等離子熔覆的方法，采用預涂粉末法；工作電流200A，單道掃描寬度8mm，噴嘴離工件的距離10mm，掃描速度20cm/min。電離和保護氣體為氬氣。熔覆層的厚度為2. mm，顯微硬度1300HV，熔覆層由C、B化合物及!^e基固溶體組成。熔覆層在砂輪上打磨無火花。
實施例3
按重量百分比B為6%、C為4%、Si為3%、Cr為55%、Ni為13%，Ti、V、Nb、^ 分別為1%，其余為Fe的比例配制金屬粉末；金屬粉末以合金或者金屬單質(zhì)的形式加入，金屬粉末的粒度為10-300μπι。采用等離子熔覆的方法，在截齒表面熔覆以上混合粉末。等離子熔覆時，采用自動、負壓送粉法；工作電流250Α，等離子炬噴嘴離工件的距離10mm，掃描速度 25cm/min。電離和保護氣體為氮氣。熔覆層的厚度為5. 0mm，顯微硬度1500HV，熔覆層由C、 B化合物及狗基固溶體組成。熔覆層在砂輪上打磨無火花。
權(quán)利要求
1.耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層，其特征在于，所述的復合覆層由鐵基固溶體、硼化物、碳化物組成，采用的等離子熔覆的方法制備，其中，原始粉末各元素組成按重量百分比計，B 為 4 8%、C 為 1 5%、Si 為 1 5%、Cr 為 20 60%, Ni 為 5 15%, Ti、V、 Nb、^ 各1%，其余為Fe，復合覆層厚度為0. 1 10mm，復合覆層硬度600 1600HV。
2.制備權(quán)利要求1所述的耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層的方法，其特征在于，步驟為第一步，按照各元素組成按重量百分比計，B為4 8%、C為1 5%、Si為1 5%、 Cr為20 60%、Ni為5 15%，Ti、V、Nb、^ 各1%，其余為!^e的比例配制原始粉末； 第二步，采用等離子熔覆的方法，在截齒表面熔覆以上混合粉末。
3.如權(quán)利要求2所述的制備耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層的方法，其特征在于，第一步中原始粉末以合金或者金屬單質(zhì)配制。
4.如權(quán)利要求2所述的制備耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層的方法，其特征在于， 第二步等離子熔覆時，采用自動送粉或預涂粉末法；工作電流140-300A，單道掃描寬度 1-lOmm，噴嘴離工件的距離2-10mm，掃描速度10_30cm/min。
5.如權(quán)利要求2所述的制備耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層的方法，其特征在于， 第二步中的等離子熔覆時，采用惰性氣體或氮氣為電離和保護氣體。
6.如權(quán)利要求2所述的制備耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層的方法，其特征在于， 第一步中原始粉末的粒度為10-300 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐磨、無火花采煤機截齒復合覆層及其制備方法，所述的復合覆層由鐵基固溶體、硼化物、碳化物組成，采用的等離子熔覆的方法制備，其中，原始粉末各元素組成按重量百分比計，B為4～8％、C為1～5%、Si為1～5％、Cr為20～60％、Ni為5～15％，Ti、V、Nb、Zr各1%，其余為Fe，復合覆層厚度為0.1～10mm，復合覆層硬度600～1600HV。選用鐵基含碳、硼合金粉末，利用等離子熔覆的方法，在采煤機截齒表面制備耐磨覆層，該覆層截齒在切割煤巖時，不產(chǎn)生火花，杜絕了由截齒切割煤巖產(chǎn)生火花引發(fā)瓦斯爆炸的可能性。
文檔編號E21C35/183GK102182456SQ201110102120
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者何智華, 吳玉萍, 李改葉, 洪晟 申請人:河海大學