等离子喷涂技术在煤矿液压支架的应用探索

等离子喷涂技术在煤矿液压支架的应用探索
时间：2012-09-13 08:51:30 来源：机械管理开发作者：韦文术
煤矿综采设备的大规模推广应用提高了采煤生产效率和安全性，但煤矿采掘工作面的环境恶劣，尤其部分矿井高温潮湿，工作介质腐蚀性强等工况，严重影响了煤矿综采设备的可靠性和使用寿命。

煤矿液压支架作为煤矿综采工作面的支护设备。

是综采工作面的“钢铁长城”，主要由金属件组成，在工作面恶劣的条件下关键元部件容易锈蚀，从而造成液压支架或液压阀的失效。

据液压支架大修统计，每年因锈蚀而造成的液压支架或液压元件失效占总量10％以上，造成了较大的经济损失。

为了解决锈蚀而引起的失效问题，国内多个厂家提出了更换耐腐蚀材料、保证介质清洁度、更换高质量的密封件等方法。

虽然完善了部分元部件的应用性能，但总体效果不理想。

等离子喷涂是新兴的一门表面处理技术，可以提高零部件的耐腐蚀、耐锈蚀、耐磨损的能力，增加零部件的表面光洁度，现已广泛用于核能、航空航天、石化、机械等领域。

但该技术在煤矿领域应用较少，本文从煤矿液压支架方面来探讨等离子喷涂丁艺的应用，延长液压支架的使用寿命，为等离子喷涂技术在其他综采设备的应用提供参考。

【摘要】简述了等离子喷涂的特点和发展现状，介绍了等离子喷涂的几种常用方法。

通过分析煤矿液压支架的多种失效形式，提出将等离子喷涂用于煤矿液压支架主要元部件上延长使用寿命，需要研究分析的问题，展望了等离子喷涂技术在煤矿液压支架应用的趋势。

【关键词】等离子喷涂；煤矿液压支架；涂层应用
1 等离子喷涂技术概述拉
等离子喷涂技术是获得材料表面功能涂层的有效手段，它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。

等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，该方法利甩等离子火焰来加热熔化喷涂热喷涂粉末使之形成涂层。

等离子喷涂采用惰性气体加入少量的H2作为保护气体，将保护气体通入弧状的电极腔，经加热离解形成中心温度高达4700℃以上的等离子体，等离子体经高压压缩后成为高速等离子射流喷出。

等离子焰流将喷涂热喷涂粉末熔化后高速喷涂在样件的表面，从而在样件表面形成致密均匀的喷涂层。

欧美国家从事等离子喷涂技术的研究工作较早，现已形成大规模的开发、研制、生产基地，涌现出一批大型跨同公司。

如美国的Miller公司和METCO公司，瑞士等离子技术有限公司等。

他们分别开发了自己的系列产品，并不断加以改进。

与先进国家相比，我国在等离子喷涂技术研究上投入的人力、物力较少，并且分散在多家研究机构。

如武汉材料保护研究所、航天部625所、清华大学、华南理工大学、沈阳工业大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究所。

等离子喷涂从形成等离子体的介质和环境气氛来分主要有两类：分别是气体稳定等离子喷涂和液体稳定等离子喷涂，其中气体稳定等离子喷涂包括大气等离子喷涂、保护气体等离子喷涂、低压等离子喷涂、真空等离子喷涂、水下等离子喷涂，液体稳定等离子喷涂，包括水稳等离子喷涂和其它液稳等离子喷涂。

涂层依其主要用途可以分为保护性涂层和功能性涂层两大类。

等离子喷涂涂层传统应用于耐磨、耐蚀、抗氧化、耐高温等领域，这些涂层的制备技术已在工业生产中得到广泛的应用。

新型的功能性涂层，如生物涂层、纳米涂层、超导涂层、吸热涂层和隐身涂层等正受到人们的重视，得到了迅速的发展。

2等离子喷涂技术在煤矿综采支架应用的探索
根据液压支架本身的结构及现场应用情况分析，本文重点从液压支架焊接板、立柱活塞、液压阀阀体等部件进行等离子喷涂进行分析。

2．1 液压支架焊接板架喷涂
在正常使用工况下，煤矿液压支架的使用年限为5—8年，造成液压支架失效的原因有很多，如液压油缸的失效、液压支架的结构变形、液压支架焊接板的严重锈蚀、液压支架焊接板的支撑强度减小等。

通过多例液压支架大修更换统计，锈蚀是造成液压支架失效的主要原因。

现在液压支架由于考虑成本问题，所用的焊接板及缸筒并不是采用不锈钢的，而是采用普通炭钢外加喷漆。

这样的防锈蚀效果不好。

液压支架在工作面并列排列，支架顶端、下端、后端与煤顶或下落的矸石接触，在与矸石与邻架的液压支架发生相对运动时极易划伤外喷漆，导致金属基体暴露在外引起锈蚀，在锈蚀严重之后导致金属件强度减小，不能满足使用要求而失效。

等离子喷涂涂层的典型应用是喷涂热障涂层、耐磨涂层、耐蚀涂层等，其中热障涂层和耐磨涂层的应用最为广泛。

热障涂层和耐磨涂层的喷涂可以提高丁件的耐磨性、耐蚀性、热绝缘性，厚度可达lmm以上。

液压支架的整体结构多为焊接板件，在完成焊接后进行打磨清理，然后进行喷涂，所喷涂层比外喷漆结合力强，增强耐磨性与耐腐蚀性，延长液压支架的使用寿命。

2．2立柱活塞喷涂
立柱是液压支架的重要组成部分，主要作用是支护顶板，维护安全作业空间，其性能直接决定液压支架的支护能力。

立柱由活塞、缸筒、缸盖、密封件等组成，而活塞与缸筒之间的密封性能是立柱性能的关键因素，如果密封失效，则液压支架将失去支护作用。

在对于现场返同的密封失效的立柱进行拆解分析时，大部分是凶为活塞镀层脱落引起密封失效或缸筒内壁锈蚀严重而密封失效。

现行的活塞杆多是硬铬镀层，虽然工艺比较成熟，但镀层效果不佳；缸筒内壁一般不进行处理，而液压支架所用介质为乳化液，在浓度较低时容易引起内壁锈蚀。

热喷涂技术由于工艺选择和材料选择范闱广，能够选择硬度很高、摩擦系数低、红硬性好的氧化物类陶瓷涂层或碳化物类金属陶瓷涂层、其耐磨性能远优于镀硬铬镀层，且沉积效率高，容易喷涂厚涂层，可以实现局部强化，环境污染小，冈而可以取代镀硬铬层。

陶瓷和金属陶瓷涂层的耐干摩擦磨损性能比硬铬镀层提高2—5倍，尤以WC—CO金属陶瓷涂层的耐磨性最好。

通过等离子喷涂可以提高活塞的硬度，降低摩擦系数，减小摩擦损耗，可以提高立柱的使用寿命，进而延长液压支架的使用寿命。

江西华伍重工有限责任公司已经进行了喷涂测试，对比测试效果较佳。

液压支架的其他油缸都可以进行类似喷涂，延长使用寿命。

2．3液压阀阀体啧涂
液压阀是液压支架的关键元件，起着控制作用以便液压支架完成预定功能。

液压阀主要由金属件组成，为降低生产成本，f阀体多选用普通炭钢然后在进行镀锌防锈蚀处理，而镀锌处理仅是在金属面镀层且结合力不强，在冲击或碰撞中容易脱落，引起阀体锈蚀而导致液压阀失效。

北京天地玛珂电液控制系统有限公司虽然液压阀选用不锈钢阀体，但在恶劣条件下也出现了阀体锈蚀现象，为解决此问题公司组织研发力量进行了分析实验，采用等离子喷涂中的电弧离子镀膜法在阀体内外表面进行喷涂制备TIN薄膜。

如图l所示。

电弧离子镀膜法具有以下特点：1)增强薄膜与基体的结合力；2)面I以合成多种不同组分和结构的薄膜；3)可在常温下生长各种膜。

而制备的TIN薄膜具有高稳定性、高硬度、高耐磨耐腐蚀性，也降低了在组装时的“粘扣”现象，大大提高了液压阀的使用寿命。

3展望
等离子喷涂在传统的耐磨、耐热、抗氧化、抗腐蚀方面已经有了广泛的应用，并取得了相当的成果，但在煤矿液压支架方面应用却很少。

液压支架是煤矿开采设备中的重要组成部分，每年因锈蚀而引起的失效为国家造成了巨大的损失，通过等离子对其关键元部件的表面处理可以提高使用寿命，降低生产成本。

目前等离子喷涂在煤矿液压支架的应用只是初步阶
段，还需做许多基础技术工作，主要集中在理论研究、涂层性能评价技术、设备改进、涂层设计和喷涂工艺参数的优化、丁业化生产等几个方面。

通过理论研究提出等离子喷涂实现可能性及各项参数的评定。

通过设备改进以适用于液压支架关键元部件的表面喷涂，通过工艺优化及丁业化生产实现大批量的生产，提高生产效率，降低生产成本，从而实现“等离子喷涂新型液压支架”的大规模推广应用。

参考文献略
本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：/。