煤截齒褲體表面釬涂工藝的研發(fā)

楊建偉

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

煤截齒褲體表面釬涂工藝的研發(fā)

楊建偉

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

在煤截齒使用過程中，由于褲體前段的過量磨損而使釬焊的硬質(zhì)合金脫落，大大降低使用壽命；因此我們依據(jù)金屬潤濕及粉末冶金液性燒結(jié)原理，通過不同組配料及不同燒結(jié)工藝的實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出Ni基釬涂WC工藝，在煤截齒褲體前錐端表面成功釬涂約0.3mm～0.5mm硬質(zhì)層，大大提高了了煤截齒褲體抗磨損性能。

表面釬涂；金屬潤濕；粉末冶金液性燒結(jié)；抗磨損

1 釬涂工藝原理

煤截齒主要用于煤礦開采及巷道、隧道、地面開溝等工程的掘進(jìn)，主要配用采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、銑刨機(jī)等設(shè)備。其使用壽命主要有其前端的鑲嵌的硬質(zhì)合金決定，但近來不斷從生產(chǎn)一線反饋回煤截齒褲體錐端在使用過程中因磨損嚴(yán)重而使硬質(zhì)合金脫落，從而致使煤截齒報廢。為了延長煤截齒使用壽命，通過大量實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出Ni基釬涂WC工藝，通過在煤截齒前端表面釬涂硬質(zhì)層的方法，提高其硬度和耐磨性，延長煤截齒的使用壽命。

釬涂技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種材料涂層新技術(shù)，它是在一定溫度下利用液態(tài)釬料合金在集體金屬材料的潤濕和鋪展，而在基體表面形成一種具有特殊性能的涂層的材料表面加工技術(shù)。利用釬涂技術(shù)既可以制備具有特定性能的金屬涂層，也可以通過在涂層材料中添加陶瓷增強(qiáng)相（如碳化物、硼化物、氧化物等）方便地制備陶瓷/金屬復(fù)合耐磨涂層。釬涂材料通常為粉末狀，目前已研究用于釬涂的陶瓷增強(qiáng)相（硬質(zhì)相）主要有WC（包括鈷包碳化鎢）、Cr3C2、Al2O3等，釬料合金主要有鎳基釬料（BNi82CrSiB、BNi76CrP）、GuMnNi合金等，其液相線溫度約為900℃～1100℃之間。

與傳統(tǒng)的涂層技術(shù)相比，釬涂技術(shù)具有以下特點(diǎn)：一是涂層與基體之間為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高；二是涂層中陶瓷相含量范圍寬（0～70%）且組織均勻、致密、孔隙率低（﹤1%）；三是可制備的涂層范圍大，既可制備50μm～60μm的薄涂層，也可獲得3 mm～4 mm的厚涂層；四是涂層表面光滑、質(zhì)量好、加工精度高，對于一般應(yīng)用只需少量加工甚至無需加工。

2 N i基W C釬涂實(shí)驗(yàn)的過程

2.1 試驗(yàn)材料

1）試驗(yàn)用Ni基自熔性合金粉末的型號如表1（根據(jù)實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)決定最佳牌號所示），其粒度要求-200目～300目。

表1 Ni基自熔性合金粉末的型號

2）WC粉技術(shù)參數(shù)：總碳5.95%～6.05%，游離碳＜0.1%，粒度6μm～10μm。

3）煤截齒褲體材質(zhì)：選用市場上煤截齒通用的材料42CrMo。

4）成型劑：12%丁苯橡膠的汽油溶液。

2.2 涂層的制備

1）配料。Ni基自熔性合金粉末50%，WC粉末50%；Ni基自熔性合金粉末40%，WC粉末60%；Ni基自熔性合金粉末30%，WC粉末70%。將不同的的配料分別裝入實(shí)驗(yàn)用小型多筒濕磨機(jī)進(jìn)行濕磨，濕磨介質(zhì)為水乙醇，時間24 h，濕磨后蒸餾乙醇得到干燥混合料真空包裝。

2）煤截齒褲體表面處理。在涂覆前煤截齒褲體先噴砂處理，然后用丙酮清洗表面。

3）涂覆。將不同的混合料與成型劑（約12～15 %）混合制成膏狀物，涂敷于煤截齒褲體前段錐體表面上，厚度約0.8 mm～1 mm并盡量壓實(shí)，不要留有空隙，然后在120℃～140℃烘干8h。

2.3 燒結(jié)設(shè)備及工藝選擇

選用鉬絲氫氣保護(hù)燒結(jié)爐，工藝為：用5℃/min～6℃/min的加熱速由室溫升溫到600℃～620℃后恒溫30min，再按12℃/min～15℃/min的加熱速度加熱到液相燒結(jié)溫度1100℃～1200℃(根據(jù)不同Ni基自熔性合金粉末的型號而定)保溫10 min左右，然后在室中冷卻到室溫，在整個過程一直需要?dú)錃獗Ｗo(hù)。

3 燒結(jié)過程各工藝參數(shù)對涂層的影響

3.1 加熱溫度和保溫時間的影響

由于涂覆層在燒結(jié)前強(qiáng)度很低并且熱膨脹系數(shù)與褲體不同，所以在初期升溫過程盡量要慢，保證均勻受熱；為了保證釬涂層碳含量的穩(wěn)定性，必須使成型劑在合理的溫度區(qū)間完全裂解，通過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)丁苯橡膠在600℃～620℃保溫半小時就可以完全裂解并且殘留灰分很少。在低溫保溫一段時間后涂覆粉末之間由于擴(kuò)散與輕微燒結(jié)而有一定的強(qiáng)度，因而可以提高升溫速度；對于液相燒結(jié)溫度的選擇，一般選擇高于Ni基自熔性合金粉末熔點(diǎn)10℃就可以，不宜太高。在液相燒結(jié)溫度下保溫10 min就可以完成不同金屬粉末之間的合金化并使涂層致密化。如果燒結(jié)時間過長就會產(chǎn)生WC晶粒長粗和偏析現(xiàn)象，嚴(yán)重影響突出的程度和硬度。

3.2 WC含量的影響

在釬涂層中，WC是硬質(zhì)相，其含量多少直接關(guān)系涂層的硬度，而Ni基自熔性合金粉末不僅起粘結(jié)劑作用，而且起釬焊焊料的作用，這就要求其對WC和釬焊基體都要有很好的潤濕，并且其配料量也要控制恰當(dāng)，將多次試驗(yàn)，WC含量在60%～70 %時能形成光滑的釬涂層而且沒有多余的液相溢出痕跡，并且其表面硬度可達(dá)到80HRA。

3.3 燒結(jié)氣氛中碳勢的控制

與硬質(zhì)合金燒結(jié)原理相似，在整個燒結(jié)過程中碳含量的控制尤其重要，并且由于鎳對氮?dú)獾拿舾行?，燒結(jié)氣氛要用純氫氣，而不能使用氨分解氣氛。

3.4 Ni基自熔性合金粉末的型號的選擇

通過對于上述幾種型號材料燒結(jié)涂層的的比較，大致效果相差不大，主要區(qū)別在于液相燒結(jié)溫度的差異。但考慮到煤截齒褲體還有釬焊硬質(zhì)合金的工序，最終選用了BNi68CrWB。

4 結(jié)論

1）為了提高釬涂材料對基體的潤濕性能，配料是加入微量的硼等元素。

2）通過在煤截齒釬涂約0.5 mm厚硬質(zhì)層，大大提高褲體抗磨損性能，從而提高煤截齒的使用壽命。

3）成型劑（12%丁苯橡膠的汽油溶液）在混合料中加入量為15%時涂覆效果很好，并且對燒結(jié)過程中碳勢影響很小。

4）釬涂料的含量直接影響涂層的硬度與強(qiáng)度，通過多次試驗(yàn)，釬涂料含量在60%～70%均可得到滿意的釬涂層。

5）30%BNi68CrWB與70%WC混合料的燒結(jié)溫度為1210℃，保溫時間10min。

6）釬涂完后再在煤截齒褲體釬焊硬質(zhì)合金時高溫（900℃）對釬涂層質(zhì)量沒有什么影響。

7）根據(jù)市場的需求，可在不同鐵基材料表面釬焊Ni基WC涂層（厚度可控制在0.1 mm～1 mm之間），來提高基體的抗磨損性能。

［1］韓鳳麟，馬富康，曹勇家，等.粉末冶金材料工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］裴新軍，黃繼華.反應(yīng)釬涂鈦鎳金屬間化合物涂層研究［J］.有色金屬(冶煉部分)，2005（03）：35-36.

［3］裴新軍，張建綱，黃繼華，等.反應(yīng)釬涂碳化物/鐵基自熔合金復(fù)合涂層及組織形成機(jī)理［J］.粉末冶金技術(shù)，2006（24）：44-45.

［4］張元好，曾大新，劉建勇，等.Ni-WC涂層釬涂工藝研究［J］.熱加工工藝，2004（9）：38-40.

Technique Development of Braze Coating on Pick Surface

YANG Jian-wei
(Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

In the process of using coal pick,since wear of the front part causes that hard alloy of soldering sheds off and shortens the service life.According to liquid sinter theory of powder metallurgy,Ni based WC braze coating is developed by experiments with different proportions and different sinter techniques.The front cone surface of pick is successfully coated with 0.3mm～0.5mm hard alloy layer, which reinforces its anti-wear property.

braze coating surface;metal wetting;liquid sinter of powder metallurgy;anti-wear

TG154.5

A

1672-5050（2011）06-0033-03

2011-02-25

楊建偉（1974—），男，山西聞喜人，本科，工程師，從事硬質(zhì)合金生產(chǎn)技術(shù)研究工作。

徐樹文