7-等离子束表面冶金(熔覆)

同时熔覆层在截割岩石或遇到煤结核时不产生火花，提高 了煤炭生产的安全性能。
DRF-3型截齿等离子 强化专用数控设备
新型采煤机截齿成套生产线
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
生产工艺特点：

采用钎焊热处理一体化工艺，减少能量损失，能耗降低；
采用双介质热处理工艺，利用数控技术进行控制，质量稳定；
了大量材料。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
利用DRF-5B型等离子熔覆设备中板及底板都可进行 熔覆耐磨处理。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机 修旧利废，变废为宝
已使用过的旧中部槽、机头机尾，整体性较好仍具有
使用价值，但再用到下个工作面时，其耐磨性和强度不
能保证采完整个工作面，可采用该技术进行耐磨处理。 根据工作面地质条件等具体情况进行熔覆参数的设计， 做到回采过程中只磨损熔覆层，基体不磨损，仍保持原 有强度，达到修旧利废的目的。
起来的提高金属表面耐磨性能的最新技术之一。
基本原理：
在柔性高温等离子束流作用下，将
合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔 化、混合、扩散、反应、凝固，随着等 离子束移动的同时自激冷却，在金属零 部件的表面形成一层与基体呈冶金结合 的高硬度金属陶瓷层，从而实现表面的 强化与硬化。
等离子熔覆技术背景
1、等离子熔覆技术是在堆焊、激光熔覆、等离子喷涂、涂敷烧结技
铁类钎料和铜锡类钎料主要用于钢或合金钢的炉中钎焊；铜磷
（银锡镍）类钎料主要用于铜合金钎焊。

适用工艺：感应焊 (自动感应焊 )、火焰焊、炉焊、电阻焊等钎 焊工艺。焊接时需要配合铜钎剂、银钎剂或银焊膏共同使用。
解决刀头脱落——采用非钎焊方式

利用冷装挤压技术。


利用高强度粘接技术。
利用分散销钉技术。
等离子熔覆耐磨处理设备特点

可在锈蚀及油污的金属零件表面，不经清洗等复杂的前处理工艺， 直接进行等离子熔覆，不产生前处理污染； 对操作环境无特殊要求，无需设备降温、除尘等辅助要求，设备 维修、维护容易；


采用数控自动化控制技术，操作简单，运行稳定可靠，可实现工 业化批量生产。
DRF-2型等离子熔覆设备

调整齿体淬火后的回火温度。
调整中频感应间歇喷淋水冷时间。

更换淬透性更强的合金调质钢。
采用空冷贝氏体钢。 采用亚温淬火。 采用高温深冷低碳马氏体强化。
截齿生产新旧工艺对比

旧生产工艺：

工艺流程： ①下料→②锻造→③机械加工→④钎 焊硬质合金→⑤截齿整体油淬调质热处理或盐浴等 温淬火→⑥表面清理、涂油、装卡、包装。
齿体头部磨损严重，硬质合金脱落。
原因：齿体头部耐磨性太差；硬质合金钎焊强度低。

齿体脆断。
原因：齿体回火不够或在脆性区回火。

齿体弯曲。
原因：齿体淬火不足或过回火。

刀头破碎。
原因：调质硬质合金产生裂纹。
解决方案
1、刀头破碎或磨损。
选购高强韧硬质合金；热处理保护。
2、刀头脱落。
等离子熔覆；强化钎焊质量；非钎焊。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
淮南某矿上井旧中部槽熔覆耐磨处理后效果和再下井
生产300万吨后磨损情况。
技术应用
等离子熔覆强化无火花本安型截齿
滚筒
螺旋滚筒采煤机
刮板输送机
截齿
煤矿井下采煤工作状况
截齿在矿井下的磨损形貌
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
镐型截齿的破损方式：

等离子束能量密度高，基体表面与合金粉末同时熔化，保证了
合金层与基材之间呈完全冶金结合，不脱落；
等离子熔覆层为厚度均匀的纯合金或金属陶瓷层；而堆焊层
为大量铁水稀释的不均匀合金层，故其外观和内在质量不如 等离子熔覆层；
操作环境大幅度改善，消除了堆焊时放出有害气体对工人的危
害，劳动强度大幅度降低，且生产效率比堆焊提高 10倍，能耗 降低20%。
设计高性能涂层材料体系
研究性能可靠的专用等离子发生器 开发专用成套等离子熔覆设备与工艺 获得冶金结合高性能涂层，实现批量化生产
技术关键
形成环状负压等
离子束，减少粉末 材料在等离子射流
粉末 保护气 等离子束 基体
中的速度差异，并
减少粉末散失。
同步注入粉末等离子束示意图
等离子发生器
喷嘴周围增加均
声大。非转移或联合弧放电热效率低，喷嘴烧蚀快。喷焊是喷涂中或后重熔，与
熔覆相似。 5、等离子熔覆：转移弧热效率高，对合金粉末成分、粒径、熔点等无严格要求，稀 释率可控制。冶金层与基体冶金结合。不需高喷射速率和严格前处理，无粉尘和 噪声污染。适应程控大面积自动化生产。
研究总体思路
研究等离子熔覆冶金反应原理

新生产工艺：

工艺流程：①下料→②锻造→③机械加工→④等离 子熔覆→⑤钎焊并中频感应间歇喷淋水冷淬火→⑥ 表面清理、涂油、装卡、包装。
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
采用等离子熔覆技术，在截齿头部均匀熔覆一定厚度的金 属陶瓷层，有效地保护了硬质合金刀尖，提高了截齿头部的耐 磨性能，从而大幅度延长了截齿的使用寿命；
耐磨板表面
耐磨板纵剖面
技术应用---等离子熔覆耐磨复合板
耐磨层与基板呈冶金结合，结合强度高，不脱落 硬质相弥散分布，复合板性能均匀稳定
与相近技术的本质区别
1、熔覆：预涂浆料，干燥后用高能束熔化涂层，基体达到微熔，要求涂敷材料熔点 ≥基体，否则会形成熔凝珠，不能形成涂层。 2、涂敷烧结：预涂浆料，基体加热，类似钎焊或搪瓷，基体不熔，涂料熔化流平， 要求涂料熔点＜基体。 3、堆焊：焊条或焊丝熔化速度大大高于基体，低碳钢制造的焊条或焊管的稀释不可 避免，电弧的高频脉动导致成分组织处处不均匀，烟雾大，质量差。 4、等离子喷涂喷焊：要求雾化粉粒径分布窄、熔点低、凝固区间宽。涂层呈叠片状 ，与基体机械嵌合，有少量焊合。需高的喷射速率，严格的前处理。粉尘大、噪
3、齿头磨偏。
强化齿头部淬火；齿柄提高精度。源自文库
4、齿体脆断或弯曲。
调整热处理工艺。
解决刀头脱落——强化钎焊质量

常用硬钎料有铜基、银基、铝基和镍基钎料等。硬钎焊接头强
度一般大于200Mpa；

铜锌类钎料主要应用于铜合金氩弧焊和钢的堆焊；铜锌锰（钴 镍）类钎料主要用于硬质合金的钎焊；铜镍锰类钎料主要用于 高温高强度工件的钎焊；铜硅类钎料主要用于氩弧钎焊；铜锰
等离子熔覆技术及应用
材料学院 2014.10
主要内容
一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备
二、等离子熔覆耐磨处理技术的应用
1、等离子熔覆耐磨刮板输送机 2、等离子熔覆强化无火花本安型截齿 3、等离子熔覆耐磨复合板
三、荣誉及支持
一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备
等离子熔覆耐磨处理技术简介
等离子熔覆技术是继堆焊技术、激光熔覆技术之后发展
机械零部件异型部位的耐磨处
理，如中部槽两端头、链轮等
采用手持操作，灵活方便
主要内容
一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备
二、等离子熔覆耐磨处理技术的应用
1、等离子熔覆耐磨刮板输送机 2、等离子熔覆强化无火花本安型截齿 3、等离子熔覆耐磨复合板
技术应用
等离子熔覆耐磨刮板输送机
刮板输送机使用环境恶劣，工作负荷大，其失效形式主要是自身各
在热处理时对硬质合金进行自动保护，消除了热处理对硬质合 金的影响；

创制了提高钎焊充满度的自动装置，保证了钎焊质量； 采用等离子熔覆处理技术，截齿既耐磨，又不产生火花。
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
无火花截齿剖面图
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
公司生产的截齿各项指标与国家标准的对比
参数的设计，做到采完一个工作面后，仅熔覆层受到磨损，
中部槽、机头机尾基体不磨损；采下个工作面时，根据熔 覆层磨损情况重新进行参数设计并熔覆处理，周而复始。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机 再生计划
响应国家节能减排政策，积极推行“再生计 划”,为煤炭行业节约了大量成本。利用等离子束 表面冶金技术对煤矿因磨损报废的中部槽进行熔 覆合金强化处理后，使之获得新生，为煤矿节约
利用等离子原位冶金技术在齿体头部盲孔内直接
合成硬质合金刀头。

利用梯度材料技术等。
解决刀头磨偏——强化齿头部位淬火热处理


强化齿体淬火，加深淬硬层，提高硬度。
采用中频感应间歇喷淋水冷淬火。 更换淬透性更强的合金调质钢。 采用空冷贝氏体钢。 提高齿柄加工精度。
解决齿体脆断或弯曲——调整热处理工艺
术基础之上发明的。
2、堆焊简单方便，投资小。但熔深不一致，硬度不均匀，耐磨耐蚀
性差，操作环境差，表面粗糙，气孔夹渣多，热影响区深，工件
变形大，效率低。
3、激光熔覆技术特点：功率密度均匀，可控性强，涂层质量好。缺
点是：大功率激光器价格高昂，能量转换效率低，工作环境及维 护条件要求高，生产成本高。仅限于实验室研究和少量高附加值 产品的生产。
部件之间以及与矸石或煤炭的剧烈摩擦而引起的磨损失效。
SGB630/150C刮板输送机
堆积如山的磨损失效中部槽
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
槽帮钢
压链器
舌板
刮板
中部槽
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机

中部槽（中板、槽帮钢）、刮板、链轮、舌板等易磨损部位
都进行了熔覆耐磨处理，使各部件达到同步磨损，实现最佳 配合，有效延长了耐磨寿命；
机械传动系统——按照实际工件专门设计 工装——按照实际工件专门设计
DRF-2型等离子熔覆耐磨处理设备
单层中部槽中板的耐磨强化处理 中部槽制造企业中板耐磨预处理
DRF-5B型等离子熔覆耐磨处理设备
大型封底式中部槽的耐磨强化处理 管道内壁的耐磨强化处理
DRF-S手持式等离子熔覆耐磨处理设备

熔覆耐磨层具有很高的硬度，摩擦系数低于原材质，使运行 阻力大大减小，运行能耗明显降低；

维修次数减少，节约了上下井搬运费用；
减少设备更换时间，降低吨煤通风排水巷道维护等费用，增 产增效。
等离子熔覆耐磨舌板
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机 一次购进，永久使用
对于煤矿购进的刮板输送机，根据工作面煤炭储量、 煤炭硬度和地质条件，进行材料、熔覆厚度、熔覆密度等
压环槽，获得柔
性等离子束，减 小冲刷力，防止 合金氧化，稳定 弧柱。
高稳定柔性等离子发生器剖视图
均压环槽
等离子熔覆示意图
直流电源 离子气 冷却水 阴极 粉末 保护气
等离子束流
涂层
基材
等离子熔覆耐磨处理技术特点
可在锈蚀及油污的金属零件表面不经过喷砂等复杂的前处理
工艺，直接进行等离子熔覆，工艺简单，不产生前处理污染， 成本低、效率高；
等离子修复再制造刮板机(每次) 等离子强化刮板输送机 日本进口耐磨合金钢刮板输送机 国产普通刮板输送机
10 0
30 20 使用寿命（过煤量万吨/部） 10
市场价格（万元/部）
使用寿命（过煤量万吨/部） 市场价格（万元/部） 等离子强化、修复再制造刮板机与进口、普通刮板机主要指标对比
0
技术应用
等离子熔覆耐磨复合板
主要经济技术指标对比
120
等离子控制原位冶金反应 激光熔敷
100
Sulzer Metco等离子喷涂
80
60
40
20
0
与基体结合力
处理成本
涂层致密度
设备总投资
本技术与激光熔敷、瑞士Sulzer Metco等离子喷涂主要指标比较
主要经济技术指标对比
120
等离子强化截齿 美国凯南麦特截齿
100
国内某大型截齿厂截齿
等离子熔覆耐磨复合板是利用我公司自主研发的等离子束
表面冶金技术在普通钢板上熔覆一层高硬度合金陶瓷层而成。 复合板表面平整美观，耐磨层与基板呈冶金结合，不脱落，耐 磨性能优异，可根据需要切割或焊接使用。
等离子熔覆耐磨复合钢板
技术应用---等离子熔覆耐磨复合板
产品特点：
熔覆层表面平整美观 普通钢板作为基板，耐冲击性能好 可根据需要切割、焊接或弯曲加工，更换维修方便，性价比高
80
60
40
20
0
使用寿命（万吨/ 支）
市场价格（元/ 支）
本技术强化截齿与美国凯南麦特、国产截齿主要指标对比
主要经济技术指标对比
100 90 80 70 60 50 40 30 20
40 100 90 80 70 60 50
等离子修复再制造刮板机(每次) 等离子强化刮板输送机 日本进口耐磨合金钢刮板输送机 国产普通刮板输送机
DRF-5B型等离子熔覆设备
DRF-S手持等离子熔覆设备
截齿等离子熔覆设备
等离子熔覆设备的主要构成
控制部分——控制各部件按照工艺参数稳定运行 主电源——供给高空载电压的大功率陡降外特性直流电 等离子炬——转移弧同步送粉柔性弧长寿命等离子炬 送粉系统——与起灭弧无滞后同步开关送停粉宽参数炬
水冷系统——恒温冷却等离子炬及电缆，有水压保护