煤截齿裤体表面钎涂工艺的研发

杨建伟

（太原理工大学，山西 太原 030024）

煤截齿裤体表面钎涂工艺的研发

杨建伟

（太原理工大学，山西 太原 030024）

在煤截齿使用过程中，由于裤体前段的过量磨损而使钎焊的硬质合金脱落，大大降低使用寿命；因此我们依据金属润湿及粉末冶金液性烧结原理，通过不同组配料及不同烧结工艺的实验，研发出Ni基钎涂WC工艺，在煤截齿裤体前锥端表面成功钎涂约0.3mm～0.5mm硬质层，大大提高了了煤截齿裤体抗磨损性能。

表面钎涂；金属润湿；粉末冶金液性烧结；抗磨损

1 钎涂工艺原理

煤截齿主要用于煤矿开采及巷道、隧道、地面开沟等工程的掘进，主要配用采煤机、掘进机、铣刨机等设备。其使用寿命主要有其前端的镶嵌的硬质合金决定，但近来不断从生产一线反馈回煤截齿裤体锥端在使用过程中因磨损严重而使硬质合金脱落，从而致使煤截齿报废。为了延长煤截齿使用寿命，通过大量实验，研发出Ni基钎涂WC工艺，通过在煤截齿前端表面钎涂硬质层的方法，提高其硬度和耐磨性，延长煤截齿的使用寿命。

钎涂技术是近几年发展起来的一种材料涂层新技术，它是在一定温度下利用液态钎料合金在集体金属材料的润湿和铺展，而在基体表面形成一种具有特殊性能的涂层的材料表面加工技术。利用钎涂技术既可以制备具有特定性能的金属涂层，也可以通过在涂层材料中添加陶瓷增强相（如碳化物、硼化物、氧化物等）方便地制备陶瓷/金属复合耐磨涂层。钎涂材料通常为粉末状，目前已研究用于钎涂的陶瓷增强相（硬质相）主要有WC（包括钴包碳化钨）、Cr3C2、Al2O3等，钎料合金主要有镍基钎料（BNi82CrSiB、BNi76CrP）、GuMnNi合金等，其液相线温度约为900℃～1100℃之间。

与传统的涂层技术相比，钎涂技术具有以下特点：一是涂层与基体之间为冶金结合，结合强度高；二是涂层中陶瓷相含量范围宽（0～70%）且组织均匀、致密、孔隙率低（﹤1%）；三是可制备的涂层范围大，既可制备50μm～60μm的薄涂层，也可获得3 mm～4 mm的厚涂层；四是涂层表面光滑、质量好、加工精度高，对于一般应用只需少量加工甚至无需加工。

2 N i基W C钎涂实验的过程

2.1 试验材料

1）试验用Ni基自熔性合金粉末的型号如表1（根据实验后数据决定最佳牌号所示），其粒度要求-200目～300目。

表1 Ni基自熔性合金粉末的型号

2）WC粉技术参数：总碳5.95%～6.05%，游离碳＜0.1%，粒度6μm～10μm。

3）煤截齿裤体材质：选用市场上煤截齿通用的材料42CrMo。

4）成型剂：12%丁苯橡胶的汽油溶液。

2.2 涂层的制备

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%。将不同的的配料分别装入实验用小型多筒湿磨机进行湿磨，湿磨介质为水乙醇，时间24 h，湿磨后蒸馏乙醇得到干燥混合料真空包装。

2）煤截齿裤体表面处理。在涂覆前煤截齿裤体先喷砂处理，然后用丙酮清洗表面。

3）涂覆。将不同的混合料与成型剂（约12～15 %）混合制成膏状物，涂敷于煤截齿裤体前段锥体表面上，厚度约0.8 mm～1 mm并尽量压实，不要留有空隙，然后在120℃～140℃烘干8h。

2.3 烧结设备及工艺选择

选用钼丝氢气保护烧结炉，工艺为：用5℃/min～6℃/min的加热速由室温升温到600℃～620℃后恒温30min，再按12℃/min～15℃/min的加热速度加热到液相烧结温度1100℃～1200℃(根据不同Ni基自熔性合金粉末的型号而定)保温10 min左右，然后在室中冷却到室温，在整个过程一直需要氢气保护。

3 烧结过程各工艺参数对涂层的影响

3.1 加热温度和保温时间的影响

由于涂覆层在烧结前强度很低并且热膨胀系数与裤体不同，所以在初期升温过程尽量要慢，保证均匀受热；为了保证钎涂层碳含量的稳定性，必须使成型剂在合理的温度区间完全裂解，通过大量实验，发现丁苯橡胶在600℃～620℃保温半小时就可以完全裂解并且残留灰分很少。在低温保温一段时间后涂覆粉末之间由于扩散与轻微烧结而有一定的强度，因而可以提高升温速度；对于液相烧结温度的选择，一般选择高于Ni基自熔性合金粉末熔点10℃就可以，不宜太高。在液相烧结温度下保温10 min就可以完成不同金属粉末之间的合金化并使涂层致密化。如果烧结时间过长就会产生WC晶粒长粗和偏析现象，严重影响突出的程度和硬度。

3.2 WC含量的影响

在钎涂层中，WC是硬质相，其含量多少直接关系涂层的硬度，而Ni基自熔性合金粉末不仅起粘结剂作用，而且起钎焊焊料的作用，这就要求其对WC和钎焊基体都要有很好的润湿，并且其配料量也要控制恰当，将多次试验，WC含量在60%～70 %时能形成光滑的钎涂层而且没有多余的液相溢出痕迹，并且其表面硬度可达到80HRA。

3.3 烧结气氛中碳势的控制

与硬质合金烧结原理相似，在整个烧结过程中碳含量的控制尤其重要，并且由于镍对氮气的敏感性，烧结气氛要用纯氢气，而不能使用氨分解气氛。

3.4 Ni基自熔性合金粉末的型号的选择

通过对于上述几种型号材料烧结涂层的的比较，大致效果相差不大，主要区别在于液相烧结温度的差异。但考虑到煤截齿裤体还有钎焊硬质合金的工序，最终选用了BNi68CrWB。

4 结论

1）为了提高钎涂材料对基体的润湿性能，配料是加入微量的硼等元素。

2）通过在煤截齿钎涂约0.5 mm厚硬质层，大大提高裤体抗磨损性能，从而提高煤截齿的使用寿命。

3）成型剂（12%丁苯橡胶的汽油溶液）在混合料中加入量为15%时涂覆效果很好，并且对烧结过程中碳势影响很小。

4）钎涂料的含量直接影响涂层的硬度与强度，通过多次试验，钎涂料含量在60%～70%均可得到满意的钎涂层。

5）30%BNi68CrWB与70%WC混合料的烧结温度为1210℃，保温时间10min。

6）钎涂完后再在煤截齿裤体钎焊硬质合金时高温（900℃）对钎涂层质量没有什么影响。

7）根据市场的需求，可在不同铁基材料表面钎焊Ni基WC涂层（厚度可控制在0.1 mm～1 mm之间），来提高基体的抗磨损性能。

［1］韩凤麟，马富康，曹勇家，等.粉末冶金材料工程［M］.北京：化学工业出版社，2006.

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［3］裴新军，张建纲，黄继华，等.反应钎涂碳化物/铁基自熔合金复合涂层及组织形成机理［J］.粉末冶金技术，2006（24）：44-45.

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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

杨建伟（1974—），男，山西闻喜人，本科，工程师，从事硬质合金生产技术研究工作。

徐树文