专利名称：一种耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿用采煤机耐磨、无火花截齿复合覆层及其制备方法，属于金属热处理及表面技术领域。
背景技术：
煤炭是我国工农业生产的主要能源。由于煤炭生产的特殊性，大量的运输、提升及支护等设备在严重的腐蚀、磨损环境下运行。提高煤矿机械的抗磨、耐蚀性，减小由腐蚀、磨损带来的直接与间接经济损失，一直是煤炭生产中需要解决的重要问题。采煤机是煤炭生产中常用的采掘机械，截齿是采煤机切割煤、岩的刀具。截齿在使用过程中，直接受到煤和岩石的磨损及冲击，造成磨损、冲击断裂、崩刃等破坏，降低生产效率，因此，要求截齿具有高的硬度和耐磨性及良好的强韧性配合。根据对截齿的性能要求，齿体材料通常采用具有良好锻造性能的合金调质钢制造，如35CrMnSi、40CrNiMo、42CrMo、，我国普遍采用35CrMnSi钢，通过适当的热处理，使其满足强韧性的要求；而耐磨性依靠齿尖部钎焊硬质合金解决。所采用的硬质合金主要有 YG11C、YG13C、YG8C等。我国采煤机截齿的生产工艺为齿体下料一锻造一机加工一钎焊硬质合金齿尖一截齿整体调质或等温淬火一成品。调质或等温淬火是满足齿体强韧性要求的必要措施。但是调质及等温淬火过程中的加热和冷却，在钎焊缝及硬质合金中易产生显微裂纹，降低截齿使用寿命；另外，热处理对于提高截齿的耐磨性有限，在使用过程中齿体头部会产生早期磨损，使得硬质合金刀头失去依托而过早暴露并脱落，导致截齿失去切割能力。因此，提高采煤机截齿的耐磨性是一项重要的课题。另外，从安全生产考虑，井下煤炭生产时，是严禁产生火花的。但截齿截煤过程中，周期性与煤岩撞击，不可避免地产生火花， 造成安全隐患。在提高截齿耐磨性的同时，避免截煤时产生火花，提高生产效率，保障生产安全，任务迫切，意义深远。
发明内容
为了解决现有技术存在的采煤机截齿的耐磨性与减少火花产生不可兼得的问题，本发明提供了一种耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层及其制备方法，可以有效的提高采煤机截齿的耐磨性的同时，又不会产生火花。本发明的技术方案为一种耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层，所述的复合覆层由铁基固溶体、硼化物、碳化物组成，采用的等离子熔覆的方法制备，其中，原始粉末各元素组成按重量百分比计，B为4 8%、C为1 5%、Si为1 5%、Cr为20 60%、Ni为5 15%，Ti、V、Nb、Zr各1%，其余为Fe，复合覆层厚度为0. 1 10mm，复合覆层硬度600 1600HV。制备所述的耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层的方法，步骤为
第一步，按照各元素组成按重量百分比计，B为4 8%、C为1 5%、Si为1 5%、 Cr为20 60%、Ni为5 15%，Ti、V、Nb、^ 各1%，其余为！^e的比例配制原始粉末；第二步，采用等离子熔覆的方法，在截齿表面熔覆以上混合粉末。第一步中原始粉末以合金或者金属单质配制。第二步等离子熔覆时，采用自动送粉或预涂粉末法；工作电流140-300A，单道扫描宽度1-lOmm，喷嘴离工件的距离2-10mm，扫描速度10-30cm/min。第二步中的等离子熔覆时，采用惰性气体或氮气为电离和保护气体。第一步中原始粉末的粒度为10-300μπι。
有益效果
1.本发明的熔覆层由硼化物、碳化物和固溶体组成，具有很高的硬度，可达到 600-1600HV。硬化机理为多种硼化物和碳化物的第二相强化、弥散强化，细晶强化、固溶强化等。2.本发明的熔覆层具有优异的耐磨性，是35CrMnSi齿体材料的3-6倍。在砂轮机上打磨时无火花产生，所以特别适用于采煤机截齿，在切割煤岩时，不产生火花，杜绝了由截齿机切割煤岩产生火花而引发瓦斯爆炸的可能性。
图1为熔覆层的硬度。复合覆层硬度达到900HV。图2为本发明制备的复合覆层的扫描电镜照片。图3为本发明的方法制备的复合覆层的光学显微镜照片。图4为本发明的方法制备的复合覆层的又一光学显微镜照片。从图中可以清晰的看出复合覆层致密，孔隙率低。熔覆层由B、C的化合物及狗的固溶体组成。
具体实施例方式一种耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层，所述的复合覆层由铁基固溶体、硼化物、碳化物组成，采用的等离子熔覆的方法制备，其中，原始粉末各元素组成按重量百分比计，B 为 4 8%、C 为 1 5%、Si 为 1 5%、Cr 为 20 60%、Ni 为 5 15%，Ti、V、Nb、 ^ 各1%，其余为狗，的比例配制金属粉末；熔覆层厚度0. I-IOmm;硬度600-1600HV;在砂轮上打磨无火花。具体制备步骤如下
第一步，按照各元素组成按重量百分比计，B为4 8%、C为1 5%、Si为1 5%、 Cr为20 60%、Ni为5 15%，Ti、V、Nb、^ 各1%，其余为Fe，的比例配制金属粉末；金属粉末可以以合金或者金属单质的形式加入，金属粉末的粒度为10-300 μ m。第二步，采用等离子熔覆的方法，在截齿表面熔覆以上混合粉末。等离子熔覆时， 采用自动送粉或预涂粉末法；工作电流140-300A，单道扫描宽度1-lOmm，喷嘴离工件的距离2-10mm，扫描速度10-30cm/min。电离和保护气体为惰性气体或氮气。实施例1
按重量百分比B为4%、C为2%、Si为2. 5%、Cr为30%, Ni为8%, Ti、V、Nb、Zr分另Ij 为1%，其余为Fe的比例配制金属粉末；金属粉末以合金和金属单质的形式加入，金属粉末的粒度为30-120μπι。采用等离子熔覆的方法，在截齿表面熔覆以上混合粉末。等离子熔覆时，采用自动、负压送粉法；工作电流180Α，喷嘴离工件的距离8mm，扫描速度25cm/min。电离和保护气体为氩气。熔覆层的厚度为4. 0mm，显微硬度1100HV，熔覆层由C、B化合物及狗基固溶体组成。熔覆层在砂轮上打磨无火花。
实施例2
按重量百分比 B 为 5. 5%、C 为 3%、Si 为 2%、Cr 为 45%、Ni 为 10%，Ti、V、Nb、^ 分别为1%，其余为狗的比例配制金属粉末；金属粉末以合金和金属单质的形式加入，金属粉末的粒度为50-150 μ m。采用等离子熔覆的方法，采用预涂粉末法；工作电流200A，单道扫描宽度8mm，喷嘴离工件的距离10mm，扫描速度20cm/min。电离和保护气体为氩气。熔覆层的厚度为2. mm，显微硬度1300HV，熔覆层由C、B化合物及!^e基固溶体组成。熔覆层在砂轮上打磨无火花。
实施例3
按重量百分比B为6%、C为4%、Si为3%、Cr为55%、Ni为13%，Ti、V、Nb、^ 分别为1%，其余为Fe的比例配制金属粉末；金属粉末以合金或者金属单质的形式加入，金属粉末的粒度为10-300μπι。采用等离子熔覆的方法，在截齿表面熔覆以上混合粉末。等离子熔覆时，采用自动、负压送粉法；工作电流250Α，等离子炬喷嘴离工件的距离10mm，扫描速度 25cm/min。电离和保护气体为氮气。熔覆层的厚度为5. 0mm，显微硬度1500HV，熔覆层由C、 B化合物及狗基固溶体组成。熔覆层在砂轮上打磨无火花。
权利要求
1.耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层，其特征在于，所述的复合覆层由铁基固溶体、硼化物、碳化物组成，采用的等离子熔覆的方法制备，其中，原始粉末各元素组成按重量百分比计，B 为 4 8%、C 为 1 5%、Si 为 1 5%、Cr 为 20 60%, Ni 为 5 15%, Ti、V、 Nb、^ 各1%，其余为Fe，复合覆层厚度为0. 1 10mm，复合覆层硬度600 1600HV。
2.制备权利要求1所述的耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层的方法，其特征在于，步骤为第一步，按照各元素组成按重量百分比计，B为4 8%、C为1 5%、Si为1 5%、 Cr为20 60%、Ni为5 15%，Ti、V、Nb、^ 各1%，其余为!^e的比例配制原始粉末； 第二步，采用等离子熔覆的方法，在截齿表面熔覆以上混合粉末。
3.如权利要求2所述的制备耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层的方法，其特征在于，第一步中原始粉末以合金或者金属单质配制。
4.如权利要求2所述的制备耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层的方法，其特征在于， 第二步等离子熔覆时，采用自动送粉或预涂粉末法；工作电流140-300A，单道扫描宽度 1-lOmm，喷嘴离工件的距离2-10mm，扫描速度10_30cm/min。
5.如权利要求2所述的制备耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层的方法，其特征在于， 第二步中的等离子熔覆时，采用惰性气体或氮气为电离和保护气体。
6.如权利要求2所述的制备耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层的方法，其特征在于， 第一步中原始粉末的粒度为10-300 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种耐磨、无火花采煤机截齿复合覆层及其制备方法，所述的复合覆层由铁基固溶体、硼化物、碳化物组成，采用的等离子熔覆的方法制备，其中，原始粉末各元素组成按重量百分比计，B为4～8％、C为1～5%、Si为1～5％、Cr为20～60％、Ni为5～15％，Ti、V、Nb、Zr各1%，其余为Fe，复合覆层厚度为0.1～10mm，复合覆层硬度600～1600HV。选用铁基含碳、硼合金粉末，利用等离子熔覆的方法，在采煤机截齿表面制备耐磨覆层，该覆层截齿在切割煤岩时，不产生火花，杜绝了由截齿切割煤岩产生火花引发瓦斯爆炸的可能性。
文档编号E21C35/183GK102182456SQ201110102120
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者何智华, 吴玉萍, 李改叶, 洪晟 申请人:河海大学