煤矿设备用耐磨件的火焰喷涂再制造方法

[摘 要] 采用组织分析和工况实验相结合的方法，研究了煤矿设备用耐磨件的火焰喷涂再制造工艺。火焰喷涂可在韧性及强度较高的基体上涂敷一层耐磨性强的金属层，喷涂后再进行感应重熔，能使基体与涂层达到致密的冶金结合，满足工业生产的需要。火焰喷涂工艺参数为：工件表面线速度5~15 m/min，喷枪角度55°~85°，送粉量8kg/h，喷涂距离110~180 mm。

[关键词] 煤矿设备 耐磨 火焰喷涂 再制造

目前，由于石油的日渐枯竭，也由于地域方面的争端，石油的利用受到了前所未有的限制。而煤炭因为储量巨大，且大多埋藏在本国境内，不会引发争端甚至战争等问题，加之科学技术的飞速发展（如煤炭汽化、煤炭能量集中再释放）等新技术的日趋成熟，煤炭仍是人类生产和生活中无法替代的能源，且占据相当大的主导地位。

煤炭的挖掘离不开设备，由于煤炭的质地较硬，且与许多坚硬的岩石混杂在一起，挖掘时要求所用设备耐磨性高，这样才能保证生产效率和经济效益。煤矿机械零件（如图1所示）的磨损每年给国家造成直接经济损失超亿元，因此，探讨金属材料磨损现象，研究金属表面强化技术，研制新型抗磨材料具有十分重大的理论意义和现实意义。采煤机械中的重要工件是截齿，其在使用过程中由于受到煤层冲击及腐蚀，导致其齿体严重磨损而失效。更换周期长，大大影响生产率，如果全部报废，又会降低了经济效益[1-10]。本文采用火焰喷涂、中频感应重熔技术，在截齿表面制备一层高强度耐磨涂层，从而提高其使用寿命、安全性能和生产效率，为工业生产提供了科学依据。

图1 煤矿机械零件

1.试验方法

1.1试验原理

火焰喷涂的基本原理如图2所示，所用设备如图3所示。

图2 火焰喷涂的基本原理

图3 火焰喷涂设备

1.2试验材料

试验用材料的主要成分如表1所示。

1.3合金粉末

合金粉末的主要成分如表2所示。

1.4工艺参数

火焰喷涂工艺参数如表3所示。

1.5分析方法

利用Olympus BH2-UMA光学显微镜观察分析显微组织，在工况实验机上进行试验验证。

2.试验结果分析

2.1火焰喷涂后的外观形貌

火焰喷涂后的外观形貌如图4所示。

图4 外观形貌

由图可见，火焰喷涂后的耐磨层与基体结合良好，没有明显的分界线。

2.2火焰喷涂后的基体与涂层的显组织

火焰喷涂后的基体与涂层的显组织如图5和图6所示。

图5 基体组织

从图5中可以看出基体组织主要由奥氏体和铁素体组成，这样的组织有很好的韧性和抗拉强度，断后伸长率值也会很高，但耐磨性差。

a）非冶金结合 b）冶金结合

图6 结合层组织

从图6中可以看出基体组织与喷涂上的粉末有时呈分离状态，如图6a所示。在合适的工艺条件下，可以达到理想的冶金结合，如图6b所示，这样大大增强了基体与涂层的结合强度，工况试验表明：呈冶金结合的工件的耐磨性非常好，完全达到了工业生产的需要。

涂层组织如图7所示。

火焰喷涂后防护层内部气孔、未熔融粉末颗粒大量存在，涂层与基材基本无冶金结合，涂层组织如图7 a所示。为了改变这种状况，可进行感应重熔，使其达到致密的冶金结合，如图7b所示。

另外，因为火焰喷涂涂层与基体结合主要靠机械力，其对基体前处理要求较为严格，要求喷涂前基体表面必须无水、无油、清洁干燥，一般应先进行磨光、喷砂、拉毛或车制以得到粗糙度值较大的表面。这样能保证涂层与基体的良好结合。

a）不致密的涂层组织 b）致密的涂层组织

图7 涂层组织

3.结论

1）火焰喷涂可在韧性及强度较高的基体上涂敷一层耐磨性强的金属层，达到增强煤矿设备再制造的目的。

2）火焰喷涂后再进行感应重熔，能使基体与涂层达到致密的冶金结合，满足工业生产的需要。

3）火焰喷涂工艺参数为：工件表面线速度5~15 m/min，喷枪角度55°~85°，送粉量8kg/h，喷涂距离110~180 mm。

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