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1、等离子熔覆技术及应用,材料学院,2014.10,一、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,主要内容,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,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。,等离子熔覆技术是继堆焊技术、激光熔覆技术之后发展起来的提高金属表面耐磨性能的最新技
2、术之一。,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。,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
3、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
4、思路,技术关键,等离子熔覆示意图,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%。,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；,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
5、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,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,DR
6、F-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,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,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,主要内容,SGB630/150C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部件之间以及与矸石或煤炭的剧烈摩擦而
7、引起的磨损失效。,技术应用,堆积如山的磨损失效中部槽,等离子熔覆耐磨刮板输送机,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；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。,技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机,等离子熔覆耐磨舌板,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、熔覆密度等参数的设计，做到采完
8、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,一次购进，永久使用,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，为煤矿节约了大量材料。,技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机,再生计划,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,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
9、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。,修旧利废，变废为宝,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-等离子熔覆耐磨刮板输送机,技术应用,等离子熔覆强化无火花本安型截齿,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：,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
10、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。3、齿头磨偏。 强化齿头部淬火；齿柄提高精度。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；铜锰铁类钎料和铜锡类钎料主要用于钢或合金钢的炉中
11、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。,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。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。,解决刀头脱落采用非钎焊方式,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。,解决刀头磨偏强化齿头部位淬火热处理,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
12、氏体钢。 采用亚温淬火。 采用高温深冷低碳马氏体强化。,解决齿体脆断或弯曲调整热处理工艺,截齿生产新旧工艺对比,旧生产工艺：工艺流程： 下料锻造机械加工钎焊硬质合金截齿整体油淬调质热处理或盐浴等温淬火表面清理、涂油、装卡、包装。新生产工艺：工艺流程：下料锻造机械加工等离子熔覆钎焊并中频感应间歇喷淋水冷淬火表面清理、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； 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。,D
13、RF-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,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；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。,生产工艺特点：,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,技术应用-等离子熔覆强化无火花本安型截齿,主要经济技术指标对比,本技术与激光熔敷、瑞士Sulzer Metc
14、o等离子喷涂主要指标比较,主要经济技术指标对比,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,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,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,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。,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,耐磨板表面,
15、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,耐磨层与基板冶金结合,硬质相分布均匀,技术应用-等离子熔覆耐磨复合板,独特的材料配方，优异的耐磨性能表现,耐磨板宏观硬度: 62-67HRC平均显微硬度： 1180Hv0.2最高显微硬度： 1650Hv0.2Cr7C3显微硬度: 1300-1800Hv0.2,16Mn,同等实验条件下，海纳公司复合板磨损量为台湾、德国某公司产品的65%，仅为16Mn的5%，磨损性能好。,技术应用-等离子熔覆耐磨复合板,产品应用：,水泥工业： 磨机内衬，冲击盘，管道，振动筛，破碎机零件，泵
16、壳，出渣槽采矿工业： 输料槽内衬，耐磨棒和耐磨板，破碎机部件，卡车货槽衬板，料斗内衬； 煤处理业： 破碎机零件和衬板，输料槽，输煤管道，弯头，泵体，料斗,产品应用：,技术应用-等离子熔覆耐磨复合板,电力工业： 燃烧器管线，破碎机部件，风机叶片，磨煤机部件，机输料槽和料斗内衬钢铁工业： 进料器及底座，翻斗车，料斗，料斗内衬，格栅，管道，泵壳，出渣槽，破碎机部件，振动筛造纸工业： 旋流器内衬，螺旋输送机，输料槽及漏斗，风机叶片，转换导管，过渡弯头,等离子熔覆耐磨强化大型工程机械用铲齿,等离子熔覆高耐磨铁路用捣镐,等离子熔覆耐磨强化小型破碎机压辊,等离子熔覆强化抛丸机叶轮,市 场 应 用 1、等离子
17、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,攀煤集团花山煤矿,临沂矿业集团马房矿,丰城曲江煤炭开发有限责任公司,枣庄王晁煤矿有限责任公司,效益分析,第一批购进的160节中部槽共使用时间为1年，期间更换工作面3次，不需购进新中部槽，在使用耐磨中部槽前需要购进再2次中部槽，并且需要停机约1周更换或维修损坏的中部槽。 因此使用耐磨中部槽后可节约： 更换中部槽费用3201100=35200元 因更换中部槽影响产量18000吨500元=900万元 更换中部槽用工300个50元/工=15000元 更换刮板800根15元=12000元 共计：9062200元。,淮南矿业
18、集团张集矿综机一队,山水集团某水泥厂,澳大利亚 JAES ENGINEERING SERVICES,推进行业科技进步的作用,填补了国内外表面工程技术领域高效制备超厚耐磨 冶金结合涂层的技术空白。,提升了煤炭矿山等行业机械装备技术水平和国际竞争 力，替代进口产品并出口，突破了关键零部件依赖进 口的局面。,提供了增材加工的新手段，实现了关键零部件的生 产、修复再制造，节约大量钢材，促进了节能、降 耗、高效、优质生产。,应用前景,铁路系统铁路提后速大量需求高耐磨长寿命高可靠的零部件。冶金系统铁矿采掘、运输设备，轧钢厂热轧托辊、扭转辊等。航空航天部分替代激光技术，扩大应用范围，降低制造成本。军工装备海陆两栖作战坦克底盘等。,
