CN106835121A - 一种强化截齿的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种强化截齿的制备方法，它包括以下步骤：(1)截齿表面预处理，清洁截齿表面；(2)配制金属陶瓷合金复合粉末，各成分的质量百分比为：镍包金刚石4‑6％、Cr 12‑14％、Si 2‑3.5％、Mo 3‑5％，余量为Fe，(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合；(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆；(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷。本发明工艺先进、无污染、成本低，能够成倍提高截齿齿头的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能，进而延长截齿使用寿命。

Description

一种强化截齿的制备方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种强化截齿的制备方法。
背景技术
随着煤矿生产机械化程度的提高，综采设备截割刀具的选择和使用显得尤为重要，截齿是综采机组上直接切割煤岩的关键零部件，其服役条件恶劣，工作时直接与煤层接触，不仅要能有效破碎煤和软岩，而且还要在中等硬度的半煤岩中进行掘进，因而磨损严重。在生产过程中，大量的截齿消耗不仅增加了开采成本，而且降低生产效率。
截齿的失效形式分别为：截齿齿头磨损后硬质合金齿尖脱落、齿尖破碎、齿体弯曲或折断，其中截齿齿头磨损造成齿尖脱落失效约占所有失效形式的85％。为了提高截齿的使用寿命，首先要保证截齿齿头表面有足够的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能。故而，研制一种工艺先进，技术稳定，并能显著提高截齿齿头的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能，进而延长截齿使用寿命的表面强化处理技术具有非常重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种工艺先进、无污染、成本低、能够成倍提高截齿齿头的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能和使用寿命的强化截齿的制备方法。
本发明的技术方案如下：
(1)截齿表面预处理：对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末：金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石4-6％、Cr 12-14％、Si 2-3.5％、Mo 3-5％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆；熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.5～2mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的步骤(3)的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层；大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2000～3000W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率10～50％、扫描速度V＝300～700mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、在金属陶瓷合金粉末中添加了镍包金刚石粉末作为增强相使得熔覆层的耐磨性及抗冲击性能成倍提高，从而大大提高的截齿齿头强度。
2、可以获得超细晶组织，具有优异的性能，特别是稀有合金Mo的添加，细化了熔覆合金层中的碳化物颗粒，起到了细化晶粒作用，达到了弥散强化效果，使截齿具有更好的耐磨及耐腐蚀性能。
3、所选择的稀有金属合金粉末在大功率半导体激光扫描下获得的合金层，与截齿表面金属基材为冶金结合，具有结合强度大，熔覆层不易因工作环境恶劣而脱落，保障了工作时的稳定性。
4、生产过程无污染、成本低，激光作为清洁能源不会对对环境造成污染，同时在基材金属表面熔覆一层特殊性能的熔覆层可以减少截齿更换检修时间、提高生产效率，同时又能节约大量的资金。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的激光熔覆合金层的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
(1)对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末，金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石4％，Cr 13％，Si 2％，Mo 3％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.5mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的步骤(3)的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层；大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2000W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率10％、扫描速度V＝300mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
如图1所示，激光熔覆后金属陶瓷合金相均布在软基体上，明显提高了熔覆层的耐磨性能。
如表1所示，制备的激光熔覆合金层与传统堆焊耐磨层强化(c1)相比，其耐磨性能是传统堆焊耐磨层的2.3倍。
实施例2
(1)对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末，金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石6％，Cr 13％，Si 2.5％，Mo 3％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为2mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的步骤(3)的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层；大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝3000W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率50％、扫描速度V＝700mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
如表1所示，制备的激光熔覆合金层与传统堆焊耐磨层强化(c2)相比，其耐磨性能是传统堆焊耐磨层的2.3倍。
实施例3
(1)对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末，金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石5％，Cr 14％，Si 3.5％，Mo 5％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.6mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的步骤(3)的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层；大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2500W、矩形光斑2.5×11.5mm、搭接率30％、扫描速度V＝460mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
如表1所示，制备的激光熔覆合金层与传统堆焊耐磨层强化(c3)相比，其耐磨性能是传统堆焊耐磨层的2.3倍。
实施例4
(1)对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末，金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石4％，Cr 12％，Si 2％，Mo 4％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.8mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的步骤(3)的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层，大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2800W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率30％、扫描速度V＝560mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
实施例5
(1)对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末，金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石6％，Cr 12.5％，Si 3％，Mo 4.5％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.7mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的步骤(3)的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层，大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2650W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率35％、扫描速度V＝650mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
实施例6
(1)对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末，金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石4％，Cr 13％，Si 3.5％，Mo 5％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.5mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层，大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2750W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率20％、扫描速度V＝700mm/min；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
表1为激光合金熔覆层耐磨性能对比测试表
表1对磨试验数据
备注：表格中C1、C2、C3为采用传统堆焊耐磨层强化的试件；实施例1、2、3为在基材表面熔覆合金粉末获得带有合金熔覆层的试件。

Claims (3)

1.一种强化截齿的制备方法，其特征是：它包括以下步骤：
(1)截齿表面预处理，对截齿表面进行除油污处理，并用酒精清洗干净；
(2)配制金属陶瓷合金粉末；
(3)将配制好的金属陶瓷合金粉末放入机械式三维混粉器中充分混合，混合时间为3小时；
(4)将截齿固定于变位器上，在大功率半导体激光加工工装平台上进行激光熔覆，熔覆过程采用重力预置送粉，金属陶瓷合金粉末厚度为1.5-2mm；用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属陶瓷合金粉末，使得金属陶瓷合金粉末与截齿表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的耐磨抗蚀陶瓷合金层；
(5)将熔覆后的截齿放入缓冷箱进行缓冷，避免在冷却过程中因热应力与组织应力造成裂纹。
2.根据权利要求1所述的强化截齿的制备方法，其特征是：所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：镍包金刚石4-6％，Cr 12-14％，Mo 3-5％，Si 2-3.5％，余量为Fe，粉末粒度为100～320目。
3.根据权利要求1所述的一种强化截齿的制备方法，其特征是：所述大功率半导体激光熔覆工艺参数为：半导体激光器功率P＝2000～3000W、矩形光斑2.5mm×11.5mm、搭接率10～50％、扫描速度V＝300～700mm/min。
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