專利名稱：一種金屬陶瓷煤截齒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于采煤機(jī)械中的煤截齒技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種金屬陶瓷煤截齒及其制 備方法。
背景技術(shù)：
截齒是采煤機(jī)滾筒上直接切割煤炭的關(guān)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采煤機(jī)械生產(chǎn)能力的發(fā)揮、功率的消耗、工作平穩(wěn)性和其他相關(guān)零部 件的使用壽命。截齒的一般制備方法是在經(jīng)淬火、回火處理的低合金結(jié)構(gòu)鋼齒體上鑲嵌硬質(zhì)合金 齒頭，截齒前端外表面有耐磨覆層。硬質(zhì)合金齒頭通過(guò)釬焊的方式鑲嵌在鋼質(zhì)齒體上，在外 側(cè)涂覆硬質(zhì)耐磨覆層用于保護(hù)。由于齒體與齒頭之間通過(guò)釬焊結(jié)合，釬焊強(qiáng)度直接影響截 齒壽命。并且截齒前端外表面的硬質(zhì)覆層厚度較小，結(jié)構(gòu)疏松，很容易被磨損而消耗，用以 固定齒頭的齒體頂端就會(huì)暴露出來(lái)而被磨損，造成齒頭的脫落。截齒工作時(shí)工況惡劣、受力 情況復(fù)雜，齒頭脫落現(xiàn)象十分嚴(yán)重，甚至使用時(shí)間不長(zhǎng)即行脫落。齒尖的脫落勢(shì)必要停機(jī)換 齒，不但增加生產(chǎn)成本，而且直接影響采煤的生產(chǎn)效益。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)全國(guó)每年需煤截齒40億支，但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)各個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的煤截齒， 在采煤過(guò)程中常常發(fā)生硬質(zhì)合金頭破損、硬質(zhì)合金頭脫落、截齒母體過(guò)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(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，采煤機(jī)國(guó)產(chǎn)鎬型截齒硬質(zhì)合 金頭破損占10 % 15 %，硬質(zhì)合金頭脫落占25 % 30 %，母體過(guò)早磨損占20 % 25 %，沿 截齒頸或槽斷裂占5 % 10 %，正常磨損僅占20 % 40 %，使得國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)鎬型截齒壽命 只有同類進(jìn)口產(chǎn)品壽命的60%左右，造成了硬質(zhì)合金和鋼材等貴重原材料的巨大浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)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(zhǎng)、生產(chǎn)成本低的金屬陶瓷煤截齒及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該煤截齒的結(jié)構(gòu)或?yàn)橛升X頭和齒身 構(gòu)成，或?yàn)橛升X頭、凸臺(tái)和齒體構(gòu)成。由齒頭和齒身構(gòu)成的煤截齒的制備工藝是先將合金粉末模壓成型為齒頭；再將 成型齒頭置于燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度1100 1400°C，保溫10 180分鐘；然后將燒結(jié)制得的 齒頭和齒身焊接為一體即可。由齒頭、凸臺(tái)和齒體構(gòu)成的煤截齒的制備工藝是先將凸臺(tái)表面進(jìn)行噴砂處理，用 無(wú)水乙醇或汽油或丙酮清洗，干燥后備用；再在凸臺(tái)的圓環(huán)面上，將合金粉末模壓成型為齒 頭，凸臺(tái)的凸起部分被齒頭包裹，凸臺(tái)與齒頭成為連接體；然后將該連接體置于燒結(jié)爐中， 燒結(jié)溫度1100 1400°C，保溫10 180分鐘；最后將燒結(jié)后的連接體的凸臺(tái)和齒體焊接 為一體即可。上述技術(shù)方案中
凸臺(tái)、齒體和齒身的材質(zhì)均為低合金結(jié)構(gòu)鋼；成型壓力為50 150MPa ；燒結(jié)方法 或?yàn)檎婵諢Y(jié)或?yàn)闊釅簾Y(jié)；焊接或?yàn)槟Σ梁富驗(yàn)闅怏w保護(hù)焊或?yàn)槁窕『富驗(yàn)榧す夂?。合金粉末的制備工藝是以無(wú)水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一種為 球磨介質(zhì)，將合金粉末原料經(jīng)球磨機(jī)球磨8 72小時(shí)；或球磨后外加合金粉末原料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(shí)，然后真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩，即得合金粉末；或?qū)⑶蚰ズ蟮臐{料先真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩，然后外加合金粉末原料 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(guò)20 200目篩后真空干燥至衡重，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(xué)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%。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用鐵基多元硼化物金屬陶瓷制備齒頭，具有優(yōu) 良的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨損、耐腐蝕和耐高溫性能，并且不含W、Co等貴金屬元素， 節(jié)約了制備成本。其次，該煤截齒結(jié)構(gòu)為齒頭包裹凸臺(tái)或齒身的凸起部分，相對(duì)于傳統(tǒng)的齒 頭鑲嵌在齒體內(nèi)的煤截齒結(jié)構(gòu)，能有效地保護(hù)鋼質(zhì)齒體，增加了耐磨性，避免了齒體過(guò)早的 磨損而導(dǎo)致齒頭的脫落；再次，將齒頭和凸臺(tái)通過(guò)一次燒結(jié)成型或?qū)X頭燒結(jié)成型后與齒 身焊接，去除了傳統(tǒng)截齒制備中齒頭與齒體的釬焊工序。由于本發(fā)明不需要在該煤截齒前端外表面涂覆耐磨涂層，減少了生產(chǎn)工序，且使 凸臺(tái)的鋼質(zhì)材料和齒頭的硬質(zhì)合金間形成牢固的冶金結(jié)合界面，結(jié)合強(qiáng)度高，解決了由于 釬焊強(qiáng)度差而引起齒頭脫落的問(wèn)題。因此，具有耐磨性能好、截齒不易脫落、使用壽命長(zhǎng)、生 產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，對(duì)于降低采煤機(jī)截齒消耗量、提高采煤機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)率和增加采煤生產(chǎn)的綜 合經(jīng)濟(jì)效益都具有積極意義。


圖1是本發(fā)明的一種剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的另一種剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)保護(hù)范圍的限 制實(shí)施例1一種金屬陶瓷煤截齒及其制備方法，該金屬陶瓷煤截齒的結(jié)構(gòu)如圖1所示由齒 頭1、凸臺(tái)3和齒體4組成，凸臺(tái)3和齒體4的材質(zhì)均為低合金結(jié)構(gòu)鋼。本實(shí)施例1的制備工藝是先將凸臺(tái)3表面進(jìn)行噴砂處理，用無(wú)水乙醇清洗，干燥 后備用；再在凸臺(tái)3的圓環(huán)面上，將合金粉末模壓成型為齒頭1，成型壓力為50 75MPa;凸 臺(tái)3的凸起部分被齒頭1包裹，凸臺(tái)3與齒頭1成為連接體；然后將該連接體置于燒結(jié)爐中 采用真空燒結(jié)，真空度為10 l.OPa，加熱至1100 1280°C，保溫10 60分鐘；最后采用 摩擦焊，將燒結(jié)后的連接體的凸臺(tái)3和齒體4焊接為一體即可。
4
合金粉末的制備工藝是以無(wú)水乙醇為球磨介質(zhì)，將合金粉末原料經(jīng)球磨機(jī)球磨 8 24小時(shí)；再外加合金粉末原料1 10wt%的液體石蠟，混合1 10小時(shí)，然后真空干 燥至衡重，過(guò)20 200目篩即得合金粉末。本實(shí)施例1中的合金粉末原料的化學(xué)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(shí)施例2—種金屬陶瓷煤截齒及其制備方法，結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，凸臺(tái)3和齒體4的材質(zhì)均為 低合金結(jié)構(gòu)鋼。本實(shí)施例2的制備工藝是先將凸臺(tái)3表面進(jìn)行噴砂處理，用汽油清洗，干燥后備 用；再在凸臺(tái)3的圓環(huán)面上，將合金粉末模壓成型為齒頭1，成型壓力為75 lOOMPa ；凸臺(tái) 3的凸起部分被齒頭1包裹，凸臺(tái)3與齒頭1成為連接體；然后將該連接體置于燒結(jié)爐中采 用真空燒結(jié)，真空度為1.0X10—1 1.0X10_2Pa，加熱至1200 1300°C，保溫20 100分 鐘；最后采用氣體保護(hù)焊，將燒結(jié)后的連接體的凸臺(tái)3和齒體4焊接為一體即可。合金粉末的制備工藝是以汽油為球磨介質(zhì)，將合金粉末原料經(jīng)球磨機(jī)球磨24 40小時(shí)；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(shí)，然后真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩即得合金粉末。本實(shí)施例2中的合金粉末原料的化學(xué)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(shí)施例3:一種金屬陶瓷煤截齒及其制備方法，該金屬陶瓷煤截齒的結(jié)構(gòu)如圖2所示由齒 頭1和齒身2組成，齒身2的材質(zhì)為低合金結(jié)構(gòu)鋼。本實(shí)施例3的制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置于熱壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度1210 1350°C，保溫25 120分鐘； 最后采用激光焊，將燒結(jié)制得的齒頭1和齒身2焊接為一體即可。合金粉末的制備工藝是以丙酮為球磨介質(zhì)，將合金粉末原料經(jīng)球磨機(jī)球磨40 56小時(shí)；將球磨后的漿料先真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩，然后外加合金粉末原料1 10%的液體石蠟，攪拌混合均勻，過(guò)20 200目篩后真空干燥至衡重，即制得合金粉末。本實(shí)施例3中的合金粉末原料的化學(xué)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(shí)施例4 —種金屬陶瓷煤截齒及其制備方法，結(jié)構(gòu)和同實(shí)施例3，齒身2的材質(zhì)為低合金結(jié) 構(gòu)鋼。本實(shí)施例4的制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置于熱壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度1220 1400°C，保溫30 180分鐘； 最后采用埋弧焊，將燒結(jié)制得的齒頭1和齒身2焊接為一體即可。合金粉末的制備工藝是以己烷為球磨介質(zhì)，將合金粉末原料經(jīng)球磨機(jī)球磨56 72小時(shí)；將球磨后的漿料先真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩，然后外加合金粉末原料 200 500ml/Kg的濃度為5 15wt%的橡膠汽油溶液，攪拌混合均勻，過(guò)20 200目篩后
真空干燥至衡重，即制得合金粉末。本實(shí)施例4中的合金粉末原料的化學(xué)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(shí)施方式
采用鐵基多元硼化物金屬陶瓷制備齒頭，具有優(yōu)良的機(jī)械性能、 化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨損、耐腐蝕和耐高溫性能，并且不含W、Co等貴金屬元素，節(jié)約了制備成 本。其次，該煤截齒結(jié)構(gòu)為齒頭包裹凸臺(tái)或齒身的凸起部分，相對(duì)于傳統(tǒng)的齒頭鑲嵌在齒體 內(nèi)的煤截齒結(jié)構(gòu)，能有效地保護(hù)鋼質(zhì)齒體，增加了耐磨性，避免了齒體過(guò)早的磨損而導(dǎo)致齒 頭的脫落；再次，將齒頭和凸臺(tái)通過(guò)一次燒結(jié)成型或?qū)X頭燒結(jié)成型后與齒身焊接，去除了 傳統(tǒng)截齒制備中齒頭與齒體的釬焊工序。本具體實(shí)施方式
不需要在該煤截齒前端外表面涂覆耐磨涂層，減少了生產(chǎn)工序， 且使凸臺(tái)的鋼質(zhì)材料和齒頭的硬質(zhì)合金間形成牢固的冶金結(jié)合界面，結(jié)合強(qiáng)度高，解決了 由于釬焊強(qiáng)度差而引起齒頭脫落的問(wèn)題。因此，本具體實(shí)施方式
具有耐磨性能好、截齒不易 脫落、使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，對(duì)于降低采煤機(jī)截齒消耗量、提高采煤機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)率 和增加采煤生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益都有積極意義。
權(quán)利要求
一種金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于該煤截齒的結(jié)構(gòu)或?yàn)橛升X頭[1]和齒身[2]構(gòu)成，或?yàn)橛升X頭[1]、凸臺(tái)[3]和齒體[4]構(gòu)成；由齒頭[1]和齒身[2]構(gòu)成的煤截齒的制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]置于燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度為1100～1400℃，保溫10～180分鐘；然后將燒結(jié)制得的齒頭[1]和齒身[2]焊接為一體即可；由齒頭[1]、凸臺(tái)[3]和齒體[4]構(gòu)成的煤截齒的制備工藝是先將凸臺(tái)[3]表面進(jìn)行噴砂處理，用無(wú)水乙醇或汽油或丙酮清洗，干燥后備用；再在凸臺(tái)[3]的圓環(huán)面上，將合金粉末模壓成型為齒頭[1]，凸臺(tái)[3]的凸起部分被齒頭[1]包裹，凸臺(tái)[3]與齒頭[1]成為連接體；然后將該連接體置于燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度為1100～1400℃，保溫10～180分鐘；最后將燒結(jié)后的連接體的凸臺(tái)[3]和齒體[4]焊接為一體即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于所述的凸臺(tái)[3]、齒 體[4]和齒身[2]的材質(zhì)均為低合金結(jié)構(gòu)鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于所述的成型壓力為 50 150MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于所述的合金粉末的 制備工藝是以無(wú)水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一種為球磨介質(zhì)，將合金粉末 原料經(jīng)球磨機(jī)球磨8 72小時(shí)；或球磨后外加合金粉末原料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(shí)，然后真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩，即得合金粉末；或?qū)⑶蚰ズ蟮臐{料先真空干燥至衡重，過(guò)20 200目篩，然后外加合金粉末原料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(guò)20 200 目篩后真空干燥至衡重，即得合金粉末；所述的合金粉末原料的化學(xué)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(jù)權(quán)利要求4所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于所述的橡膠汽油溶 液濃度為5 15wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于所述的燒結(jié)方法或 為真空燒結(jié)或?yàn)闊釅簾Y(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法，其特征在于所述的焊接或?yàn)槟?擦焊或?yàn)闅怏w保護(hù)焊或?yàn)槁窕『富驗(yàn)榧す夂浮?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1 7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的金屬陶瓷煤截齒的制備方法所制備的金屬陶 瓷煤截齒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷煤截齒及其制備方法。其技術(shù)方案是或?qū)⒑辖鸱勰┠撼尚蜑辇X頭[1]置于燒結(jié)爐中、或?qū)⒑辖鸱勰┠撼尚蜑辇X頭[1]與凸臺(tái)[3]]成為連接體置于燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度1100～1400℃，保溫10～180分鐘；然后或?qū)Y(jié)制得的齒頭[1]和齒身[2]焊接為一體或?qū)Y(jié)后的連接體的凸臺(tái)[3]和齒體[4]焊接為一體。本發(fā)明制備的金屬陶瓷煤截齒不含W、Co等貴金屬元素，結(jié)構(gòu)為齒頭包裹凸臺(tái)或齒身的凸起部分，鋼質(zhì)齒體和齒頭結(jié)合強(qiáng)度高，比傳統(tǒng)煤截齒結(jié)構(gòu)更能有效地保護(hù)鋼質(zhì)齒體。因此，本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、耐磨性能好、截齒不易脫落和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，對(duì)于降低采煤機(jī)截齒消耗量、提高采煤機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)率和增加采煤生產(chǎn)都有積極意義。
文檔編號(hào)B22F3/10GK101876249SQ20091027265
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者徐 明, 潘應(yīng)君 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)