一種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法
2023-09-11 12:45:55 2
專利名稱：一種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法
技術領域：
本發明屬於採煤機械中的煤截齒技術領域。具體涉及一種金屬陶瓷煤截齒及其制 備方法。
背景技術：
截齒是採煤機滾筒上直接切割煤炭的關鍵性零件，是落煤及碎煤的主要工具，它 的性能好壞直接影響採煤機械生產能力的發揮、功率的消耗、工作平穩性和其他相關零部 件的使用壽命。截齒的一般製備方法是在經淬火、回火處理的低合金結構鋼齒體上鑲嵌硬質合金 齒頭，截齒前端外表面有耐磨覆層。硬質合金齒頭通過釺焊的方式鑲嵌在鋼質齒體上，在外 側塗覆硬質耐磨覆層用於保護。由於齒體與齒頭之間通過釺焊結合，釺焊強度直接影響截 齒壽命。並且截齒前端外表面的硬質覆層厚度較小，結構疏鬆，很容易被磨損而消耗，用以 固定齒頭的齒體頂端就會暴露出來而被磨損，造成齒頭的脫落。截齒工作時工況惡劣、受力 情況複雜，齒頭脫落現象十分嚴重，甚至使用時間不長即行脫落。齒尖的脫落勢必要停機換 齒，不但增加生產成本，而且直接影響採煤的生產效益。經市場調查，現全國每年需煤截齒40億支，但現在國內各個企業生產的煤截齒， 在採煤過程中常常發生硬質合金頭破損、硬質合金頭脫落、截齒母體過早磨損和沿截齒頸 或槽斷裂等，使鎬型截齒的壽命大大縮短。煤礦現場調查表明，採煤機國產鎬型截齒硬質合 金頭破損佔10 % 15 %，硬質合金頭脫落佔25 % 30 %，母體過早磨損佔20 % 25 %，沿 截齒頸或槽斷裂佔5 % 10 %，正常磨損僅佔20 % 40 %，使得國產採煤機鎬型截齒壽命 只有同類進口產品壽命的60%左右，造成了硬質合金和鋼材等貴重原材料的巨大浪費。
發明內容
本發明旨在克服上述技術缺陷，目的是提供一種耐磨性能好、截齒不易脫落、使用 壽命長、生產成本低的金屬陶瓷煤截齒及其製備方法。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是該煤截齒的結構或為由齒頭和齒身 構成，或為由齒頭、凸臺和齒體構成。由齒頭和齒身構成的煤截齒的製備工藝是先將合金粉末模壓成型為齒頭；再將 成型齒頭置於燒結爐中，燒結溫度1100 1400°C，保溫10 180分鐘；然後將燒結製得的 齒頭和齒身焊接為一體即可。由齒頭、凸臺和齒體構成的煤截齒的製備工藝是先將凸臺表面進行噴砂處理，用 無水乙醇或汽油或丙酮清洗，乾燥後備用；再在凸臺的圓環面上，將合金粉末模壓成型為齒 頭，凸臺的凸起部分被齒頭包裹，凸臺與齒頭成為連接體；然後將該連接體置於燒結爐中， 燒結溫度1100 1400°C，保溫10 180分鐘；最後將燒結後的連接體的凸臺和齒體焊接 為一體即可。上述技術方案中
凸臺、齒體和齒身的材質均為低合金結構鋼；成型壓力為50 150MPa ；燒結方法 或為真空燒結或為熱壓燒結；焊接或為摩擦焊或為氣體保護焊或為埋弧焊或為雷射焊。合金粉末的製備工藝是以無水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一種為 球磨介質，將合金粉末原料經球磨機球磨8 72小時；或球磨後外加合金粉末原料1 10wt%的液體石蠟、100 500ml/Kg的橡膠汽油 溶液中的一種，混合1 10小時，然後真空乾燥至衡重，過20 200目篩，即得合金粉末；或將球磨後的漿料先真空乾燥至衡重，過20 200目篩，然後外加合金粉末原料 1 10wt%的液體石蠟、100 500ml/Kg的橡膠汽油溶液中的一種，攪拌混合均勻，過20 200目篩後真空乾燥至衡重，即得合金粉末；橡膠汽油溶液濃度為5 15wt%。所述的合金粉末原料的化學成分是Mo為20 60wt%、Fe為30 50wt%、B為 2 15wt%、V 為 1 15wt%、Cr 為 1 15wt%、Ni 為 1 15wt%、C 為 0. 1 2wt%。由於採用上述技術方案，本發明採用鐵基多元硼化物金屬陶瓷製備齒頭，具有優 良的機械性能、化學穩定性、耐磨損、耐腐蝕和耐高溫性能，並且不含W、Co等貴金屬元素， 節約了製備成本。其次，該煤截齒結構為齒頭包裹凸臺或齒身的凸起部分，相對於傳統的齒 頭鑲嵌在齒體內的煤截齒結構，能有效地保護鋼質齒體，增加了耐磨性，避免了齒體過早的 磨損而導致齒頭的脫落；再次，將齒頭和凸臺通過一次燒結成型或將齒頭燒結成型後與齒 身焊接，去除了傳統截齒製備中齒頭與齒體的釺焊工序。由於本發明不需要在該煤截齒前端外表面塗覆耐磨塗層，減少了生產工序，且使 凸臺的鋼質材料和齒頭的硬質合金間形成牢固的冶金結合界面，結合強度高，解決了由於 釺焊強度差而引起齒頭脫落的問題。因此，具有耐磨性能好、截齒不易脫落、使用壽命長、生 產成本低的特點，對於降低採煤機截齒消耗量、提高採煤機械運轉率和增加採煤生產的綜 合經濟效益都具有積極意義。
圖1是本發明的一種剖面結構示意圖；圖2是本發明的另一種剖面結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的描述，並非對保護範圍的限 制實施例1一種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法，該金屬陶瓷煤截齒的結構如圖1所示由齒 頭1、凸臺3和齒體4組成，凸臺3和齒體4的材質均為低合金結構鋼。本實施例1的製備工藝是先將凸臺3表面進行噴砂處理，用無水乙醇清洗，乾燥 後備用；再在凸臺3的圓環面上，將合金粉末模壓成型為齒頭1，成型壓力為50 75MPa;凸 臺3的凸起部分被齒頭1包裹，凸臺3與齒頭1成為連接體；然後將該連接體置於燒結爐中 採用真空燒結，真空度為10 l.OPa，加熱至1100 1280°C，保溫10 60分鐘；最後採用 摩擦焊，將燒結後的連接體的凸臺3和齒體4焊接為一體即可。
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合金粉末的製備工藝是以無水乙醇為球磨介質，將合金粉末原料經球磨機球磨 8 24小時；再外加合金粉末原料1 10wt%的液體石蠟，混合1 10小時，然後真空幹 燥至衡重，過20 200目篩即得合金粉末。本實施例1中的合金粉末原料的化學成分是Mo為20 30wt%、Fe為44 50wt%、B 為 2 4wt%、V 為 4 7wt%、Cr 為 1 4wt%、Ni 為 10 15wt%、C 為 0. 1
0.8wt%。實施例2—種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法，結構同實施例1，凸臺3和齒體4的材質均為 低合金結構鋼。本實施例2的製備工藝是先將凸臺3表面進行噴砂處理，用汽油清洗，乾燥後備 用；再在凸臺3的圓環面上，將合金粉末模壓成型為齒頭1，成型壓力為75 lOOMPa ；凸臺 3的凸起部分被齒頭1包裹，凸臺3與齒頭1成為連接體；然後將該連接體置於燒結爐中採 用真空燒結，真空度為1.0X10—1 1.0X10_2Pa，加熱至1200 1300°C，保溫20 100分 鍾；最後採用氣體保護焊，將燒結後的連接體的凸臺3和齒體4焊接為一體即可。合金粉末的製備工藝是以汽油為球磨介質，將合金粉末原料經球磨機球磨24 40小時；再外加合金粉末原料100 300ml/Kg的濃度為5 15wt%的橡膠汽油溶液，混合 1 10小時，然後真空乾燥至衡重，過20 200目篩即得合金粉末。本實施例2中的合金粉末原料的化學成分是Mo為28 38wt%、Fe為39 44wt%, B 為 4 8wt%, V 為 7 15wt%, Cr 為 4 7wt%, Ni 為 5 7wt%, C 為 0. 4
1.5wt%。實施例3:一種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法，該金屬陶瓷煤截齒的結構如圖2所示由齒 頭1和齒身2組成，齒身2的材質為低合金結構鋼。本實施例3的製備工藝是先將合金粉末模壓成型為齒頭1，成型壓力為100 125MPa ；再將成型齒頭1置於熱壓燒結爐中，燒結溫度1210 1350°C，保溫25 120分鐘； 最後採用雷射焊，將燒結製得的齒頭1和齒身2焊接為一體即可。合金粉末的製備工藝是以丙酮為球磨介質，將合金粉末原料經球磨機球磨40 56小時；將球磨後的漿料先真空乾燥至衡重，過20 200目篩，然後外加合金粉末原料1 10%的液體石蠟，攪拌混合均勻，過20 200目篩後真空乾燥至衡重，即製得合金粉末。本實施例3中的合金粉末原料的化學成分是Mo為36 47wt%、Fe為34 39wt%,B 為 6 15wt%、V 為 1 4wt%、Cr 為 6 15wt%、Ni 為 6 10wt%、C 為 0. 7 2wt%。實施例4 —種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法，結構和同實施例3，齒身2的材質為低合金結 構鋼。本實施例4的製備工藝是先將合金粉末模壓成型為齒頭1，成型壓力為125 150MPa ；再將成型齒頭1置於熱壓燒結爐中，燒結溫度1220 1400°C，保溫30 180分鐘； 最後採用埋弧焊，將燒結製得的齒頭1和齒身2焊接為一體即可。合金粉末的製備工藝是以己烷為球磨介質，將合金粉末原料經球磨機球磨56 72小時；將球磨後的漿料先真空乾燥至衡重，過20 200目篩，然後外加合金粉末原料 200 500ml/Kg的濃度為5 15wt%的橡膠汽油溶液，攪拌混合均勻，過20 200目篩後
真空乾燥至衡重，即製得合金粉末。本實施例4中的合金粉末原料的化學成分是Mo為46 60wt%、Fe為30 35wt %、B 為 2 4wt %、V 為 1 4wt %、Cr 為 1 5wt %、Ni 為 1 5wt %、C 為 0. 1 0. 6wt%。本具體實施方式
採用鐵基多元硼化物金屬陶瓷製備齒頭，具有優良的機械性能、 化學穩定性、耐磨損、耐腐蝕和耐高溫性能，並且不含W、Co等貴金屬元素，節約了製備成 本。其次，該煤截齒結構為齒頭包裹凸臺或齒身的凸起部分，相對於傳統的齒頭鑲嵌在齒體 內的煤截齒結構，能有效地保護鋼質齒體，增加了耐磨性，避免了齒體過早的磨損而導致齒 頭的脫落；再次，將齒頭和凸臺通過一次燒結成型或將齒頭燒結成型後與齒身焊接，去除了 傳統截齒製備中齒頭與齒體的釺焊工序。本具體實施方式
不需要在該煤截齒前端外表面塗覆耐磨塗層，減少了生產工序， 且使凸臺的鋼質材料和齒頭的硬質合金間形成牢固的冶金結合界面，結合強度高，解決了 由於釺焊強度差而引起齒頭脫落的問題。因此，本具體實施方式
具有耐磨性能好、截齒不易 脫落、使用壽命長、生產成本低的特點，對於降低採煤機截齒消耗量、提高採煤機械運轉率 和增加採煤生產的綜合經濟效益都有積極意義。
權利要求
一種金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於該煤截齒的結構或為由齒頭[1]和齒身[2]構成，或為由齒頭[1]、凸臺[3]和齒體[4]構成；由齒頭[1]和齒身[2]構成的煤截齒的製備工藝是先將合金粉末模壓成型為齒頭[1]；再將成型齒頭[1]置於燒結爐中，燒結溫度為1100～1400℃，保溫10～180分鐘；然後將燒結製得的齒頭[1]和齒身[2]焊接為一體即可；由齒頭[1]、凸臺[3]和齒體[4]構成的煤截齒的製備工藝是先將凸臺[3]表面進行噴砂處理，用無水乙醇或汽油或丙酮清洗，乾燥後備用；再在凸臺[3]的圓環面上，將合金粉末模壓成型為齒頭[1]，凸臺[3]的凸起部分被齒頭[1]包裹，凸臺[3]與齒頭[1]成為連接體；然後將該連接體置於燒結爐中，燒結溫度為1100～1400℃，保溫10～180分鐘；最後將燒結後的連接體的凸臺[3]和齒體[4]焊接為一體即可。
2.根據權利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於所述的凸臺[3]、齒 體[4]和齒身[2]的材質均為低合金結構鋼。
3.根據權利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於所述的成型壓力為 50 150MPa。
4.根據權利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於所述的合金粉末的 製備工藝是以無水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一種為球磨介質，將合金粉末 原料經球磨機球磨8 72小時；或球磨後外加合金粉末原料1 10wt%的液體石蠟、100 500ml/Kg的橡膠汽油溶液 中的一種，混合1 10小時，然後真空乾燥至衡重，過20 200目篩，即得合金粉末；或將球磨後的漿料先真空乾燥至衡重，過20 200目篩，然後外加合金粉末原料1 10wt%的液體石蠟、100 500ml/Kg的橡膠汽油溶液中的一種，攪拌混合均勻，過20 200 目篩後真空乾燥至衡重，即得合金粉末；所述的合金粉末原料的化學成分是Mo為20 60wt%、Fe為30 50wt%、B為2 15wt%、V 為 1 15wt%,Cr 為 1 15wt%,Ni 為 1 15wt%、C 為 0. 1 2wt%。
5.根據權利要求4所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於所述的橡膠汽油溶 液濃度為5 15wt%。
6.根據權利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於所述的燒結方法或 為真空燒結或為熱壓燒結。
7.根據權利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法，其特徵在於所述的焊接或為摩 擦焊或為氣體保護焊或為埋弧焊或為雷射焊。
8.根據權利要求1 7項中任一項所述的金屬陶瓷煤截齒的製備方法所製備的金屬陶 瓷煤截齒。
全文摘要
本發明涉及一種金屬陶瓷煤截齒及其製備方法。其技術方案是或將合金粉末模壓成型為齒頭[1]置於燒結爐中、或將合金粉末模壓成型為齒頭[1]與凸臺[3]]成為連接體置於燒結爐中，燒結溫度1100～1400℃，保溫10～180分鐘；然後或將燒結製得的齒頭[1]和齒身[2]焊接為一體或將燒結後的連接體的凸臺[3]和齒體[4]焊接為一體。本發明製備的金屬陶瓷煤截齒不含W、Co等貴金屬元素，結構為齒頭包裹凸臺或齒身的凸起部分，鋼質齒體和齒頭結合強度高，比傳統煤截齒結構更能有效地保護鋼質齒體。因此，本發明具有生產成本低、耐磨性能好、截齒不易脫落和使用壽命長的特點，對於降低採煤機截齒消耗量、提高採煤機械運轉率和增加採煤生產都有積極意義。
文檔編號B22F3/10GK101876249SQ20091027265
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月3日 優先權日2009年11月3日
發明者徐 明, 潘應君 申請人:武漢科技大學