等离子熔覆技术及其应用

等离子熔覆耐磨处理技术青岛海纳等离子科技有限公司一公司简介山东科技大学青岛海纳等离子科技有限公司是以本校材料学科为技术依托，以等离子表面改性为核心技术而成立的具有自主知识产权的高新技术企业，是山东省金属材料与表面工程技术研究中心实验基地。数年来，公司致力于金属材料表面改性技术的研究与开发，公司坚持以技术求进步、以质量谋发展，并取得了丰硕的科技成果。取得了“真空等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层的方法”、“一种本安型耐磨镐型截齿”、“一种耐磨可弯曲刮板输送机”、“一种镐型截齿的生产工艺方法”等多项国家发明专利，另外2008年“等离子控制原位冶金反应技术与工程应用”荣获了国家科学技术进步二等奖，“等离子熔覆强化技术及其在刮板输送机上的应用”获中国煤炭工业科学技术奖二等奖，“高温等离子射流控制原位冶金反应技术及产业化”荣获中国机械工业科学技术奖，“等离子多元共渗合金强化技术”获中国高校技术发明二等奖，“一种铸铁表面快速扫描熔凝硬化的方法”获山东省第六届专利奖金奖。公司在国际上首次提出了负压等离子熔覆涂层与熔射成型技术的新方法，获得了国家发明专利。该技术是解决金属表面高耐磨耐蚀耐冲击的最新技术方法，并且研制成功了综合经济技术指标优于激光熔覆的大功率高稳定性等离子熔覆专用数控设备，该技术与设备于2002年12月21日通过了山东省科技厅组织的鉴定。鉴定结论认为该技术与设备填补了一项空白，是等离子束表面冶金领域中的一项重大创新，整体技术水平达到了国际领先水平。公司拥有一批具有学士、硕士、博士学位的研发人员，具有中高级专业技术职务的人员占60%以上，同时，公司还拥有一支专业水平高，经验丰富的职工队伍。二等离子熔覆技术简介等离子熔覆技术是继激光熔覆技术之后发展起来的最新表面改性技术，是我们公司拥有的具有原创性的国际领先技术。该技术汲取了激光熔覆技术和对焊技术的先进性，屏弃了堆焊和激光熔覆技术的不足。其基本原理是：在高温等离子束流作用下，将合金粉末与工件基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、反应、凝固，等离子束离开后自激冷却，在表面形成一层高硬度耐磨层，从而实现表面的强化与硬化，增强工件的耐磨性能。等离子熔覆耐磨层不仅具有很高的硬度，而且耐磨层与工件的基体为冶金结合，在冲击载荷下不会脱落。该项技术在2008年获得了国家科技进步二等奖和多项发明专利。我们公司还研制成功了一系列等离子熔覆耐磨处理设备，可对不同类型的工件进行耐磨处理。三技术特点1、可在锈蚀及油污的金属零件表面不经清洗，直接等离子熔覆呈冶金结合的高耐磨耐蚀金属陶瓷涂层，不产生前处理污染，成本低、效率高。2、合金层与加工工件基体之间为冶金结合，结合强度高，不脱落。3、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。4、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%。四等离子熔覆技术的应用该技术现在已经广泛应用于矿山设备、水泥行业、机械制造行业、工程机械、港口设备的耐磨处理。煤矿设备中的刮板输送机由于使用环境比较恶劣，并且工作负荷大，使用寿命大大低于地面设备，每年煤矿企业都会花费大量的资金更换磨损失效的刮板输送机或中部槽。采煤机和掘进机用截齿是用于截割煤层和岩石的主要部件，消耗量大，不仅增加了吨煤成本，而且截齿的更换需要停止生产，制约了煤矿产量的提高，这些都大大影响了煤矿经济效益的提升。利用等离子熔覆技术在刮板输送机的中板和封底板等易磨损部位熔覆一层金属陶瓷层，可明显提高刮板输送机的耐磨寿命。对于小型刮板输送机中部槽（如SGB620/40T）经熔覆耐磨处理后，比处理前寿命可延长2倍以上，对于大型的刮板输送机中部槽，利用等离子熔覆技术进行耐磨处理后，在使用过程中基本不磨损基体，只是耐磨层受到磨损，升井后视熔覆层磨损情况重新进行熔覆耐磨处理，如此可使中部槽反复使用，使刮板输送机得到充分的利用。水泥行业、港口和工程机械行业和衬板磨损比较严重，需要频繁更换，如使用利用该技术生产的等离子熔覆耐磨复合板可大大减少更换的频率，提高了设备的开机率。五等离子熔覆耐磨处理设备1、DRF-2型等离子熔覆耐磨处理设备（价格52万元）用途：该设备可在金属零件表面获得呈冶金结合的高耐磨耐蚀熔覆层，增强零部件的耐磨损耐腐蚀性能，极大的提高零件使用寿命。该数控设备特别适合于熔覆大型钢铁构件，具有运行稳定可靠，抗干扰能力强，自动化程度及生产效率高，熔覆质量好等特点，适合于大面积推广。特点：1、引弧可靠、熔覆精确可控、与引弧灭弧同步的送粉与断粉功能；2、熔覆过程中熄弧时控制系统能够自动切断电源并停止送粉送气；3、采用先进可靠的数控技术，程序设定后，熔覆过程自动完成。4、等离子炬可稳定连续的进行熔覆及熔射成型作业；5、生产效率高，适合于大规模工业化生产；6、热转换效率高，能耗低。主要技术指标和参数：型号项目DRF-2电源逆变等离子电源输入电源电压380±10%额定输入容量30KVA额定负载持续率100%（20℃）额定熔覆电流300安培空载电压140VDC工作电压50VDC熔覆速度调节范围100～1000mm/min行程1700×1000mm氩气消耗量2m3/h占地面积2600×1800×2700mm设备重量约3吨2、DRF-5B型等离子熔覆耐磨处理设备（价格58万元）功能：除具备DRF-2型等离子熔覆设备的功能外，还可对大型中部槽的封底板以及管道内壁等进行等离子熔覆，提高其耐磨性能。主要技术指标和参数：型号项目DRF-5B电源逆变等离子电源输入电源电压380±10%额定输入容量30仟伏安额定负载持续率100%（20℃）额定熔覆电流300安培空载电压140VDC工作电压50VDC熔覆速度调节范围100～1000mm/min行程1300×1700×700mm氩气消耗量1.5m3/h占地面积3000×2100×2500mm3、DRF-S型手持式等离子熔覆耐磨处理设备（价格12万元）该设备可以对刮板输送机的链轮、掘进机和采煤机的滚筒、挖掘机的斗齿等形状不规则的零部件以及中部槽槽帮钢等操作空间有限的部件进行熔覆强化，提高其耐磨性能，延长其使用寿命。该设备可广泛应用于矿山、钢铁、水泥等迫切需要大幅度提高零件耐磨性的行业。基本参数：型号项目DRF-S电源逆变等离子电源输入电源电压380±10%额定输入容量15仟伏安额定负载持续率100%（20℃）额定熔覆电流220A空载电压140VDC工作电压40VDC熔覆速度调节范围------------------行程------------------氩气消耗量1.5m3/h占地面积1600×900×1100mm设备重量约330KG设备特点：1）采用手持操作，灵活性强、对工件可进行全方位的熔覆操作；2）可以在狭小的工作空间内进行熔覆操作；3）熔覆层与基体呈冶金结合，不脱落；4）熔覆速度快，效率高；5）操作过程简单易学；4、等离子熔覆耐磨截齿生产成套设备（总价格180万元）（1）DRF-3型截齿等离子熔覆强化设备该设备可在截齿的头部熔覆一定厚度的PTA合金耐磨层，硬度可达到60-65HRC以上，有效提高截齿头部的耐磨性，保护合金刀头不过早脱落，延长截齿的使用寿命。设备的使用电压为380V，功率约为25KW，占地约为1400mm*3500mm。（2）截齿齿顶孔加工数控车床该设备是为了严格保证截齿的齿顶孔尺寸和形状与硬质合金底部形状和尺寸的严格匹配，使硬质合金与齿体钎焊达到最高的剪切强度。该车床建议根据我公司制定的参数进行改造或定制。（3）截齿清洗设备利用该设备可对截齿齿体进行高效的清洗。设备使用电压为380V，功率40KW，占地约为5000mm*1500mm。（4）DPB-1双工位钎焊淬火一体化设备该设备用途为对截齿齿体和合金头进行钎焊，并且在钎焊完毕后进行淬火处理，使截齿齿体的硬度达到国标要求。整个钎焊和淬火过程通过数控系统进行自动控制，效率高，质量稳定。另外设备将钎焊与淬火合为一体可以减少二次加热对基体材料组织性能和钎焊后焊缝质量、机械性能的不利影响，同时降低了电能的消耗。设备使用电压为380V，功率为100KW，占地约为3000*4500mm。因本设备分三部分，占地面积视布置方式会有所不同。（5）截齿回火热处理设备该设备对钎焊淬火后的截齿进行回火处理，提高基体的塑性和韧性、降低其脆性并降低或消除截齿内部的残余内应力。设备电源为380V，功率为45KW，占地面积约为7000*2000mm。（6）截齿抛丸机该设备作用是通过高速飞行的钢丸把截齿表面的氧化皮打掉，可以提高截齿的外观美观度，提升产品档次。设备的电压为380V，功率为13KW，占地面积为4000*2000mm。（7）截齿自动打标机此设备作用为在截齿的尾部打印标记，标注生产日期、批号等，可更有效的管理或在市场上识别自己的产品并对其进行质量跟踪分析。使用电压220V，功率约1KW，占地2200*600mm。（8）截齿自动装卡机本设备可实现对截齿自动装卡簧，提高装卡效率和质量。设备使用压缩空气，不需用电，占地800*800mm。六其他产品1、等离子熔覆采掘机械截齿采煤机或掘进机在煤矿井下的使用条件非常恶劣，在使用过程中负荷非常大，滚筒或掘进头上的截齿在高冲击、高应力、高摩擦的作用下，同时截齿还受到强大的弯曲应力和剪切应力，一般工作寿命都比较短。其主要失效形式表现为：1、在使用过程中因磨损合金头逐渐变小直至消失。此种情况为正常失效，合金头与齿体同步均匀磨损，并且能够实现自锐性，保持齿尖的锋利，使用寿命较长，否则会出现单面磨损。2、截齿头部齿体磨损过快导致合金头脱落。由于包裹合金头的齿体耐磨性远低于合金头，在使用过程中快速磨损，致使合金头失去夹持力而脱落，仅靠齿体工作，迅速磨损，并且阻力增大，影响工作效率。3、合金头在使用过程中碎裂。由于合金头质量较差或在生产过程中热处理工艺不合理，导致合金头在热处理时多次受到激冷而产生内部微裂纹，当受到较大外力时会发生碎裂而使截齿失效。4、齿身的弯曲或折断。由于截齿的结构尺寸、刚度、布置方式不合理等原因，在受到很大的外力时发生齿身的弯曲或断裂。我们公司在对截齿的失效形式进行详细的调查和研究后，结合等离子熔覆耐磨处理技术研发出了全新的截齿生产工艺，使截齿的使用寿命大大提高。首先我们利用等离子熔覆耐磨技术在截齿齿体的头部熔覆一层高硬度金属陶瓷层，显著提高了截齿头部的硬度和耐磨性，有效的保护了截齿硬质合金刀头不过早脱落。另外我们开发了全新的截齿热处理工艺，提高了截齿的钎焊充满度和焊接强度，使充满度达到96%以上，钎焊焊缝强度达到310Mpa以上。同时我们采取有效措施保护了硬质合金在热处理过程中不受到损伤。从煤矿井下实际应用来看，截齿消耗量明显减少，综合质量在国内达到领先水平。2、等离子熔覆耐磨刮板输送机刮板输送机是井下煤炭运输不可缺少的运输设备之一，担负着将煤炭运出工作面的重要任务，大型刮板机还作为采煤机的行走轨道，刮板机出现故障将导致工作面的停产，影响了出煤量。刮板输送机故障主要是因为机头机尾和中部槽的磨损失效以及断链和压溜等，出现故障后，不允许在井下进行焊接等维修，只能运到井上进行维修或更换。因为井下空间有限，刮板输送机机头机尾、中部槽等的更换非常浪费时间，同时也增加了发生安全事故的概率。利用等离子熔覆强化技术对刮板输送机耐磨处理后，机头机尾和中部槽的耐磨寿命将大大延长，同时熔覆强化刮板输送机还具有以下特点：1）刮板输送机的易磨损部位如机头架、机尾架、中部槽、链轮、刮板等都进行了熔覆耐磨处理，从整体上使刮板输送机的耐磨寿命得到延长；2）由于熔覆合金陶瓷层的存在，变刮板、链条与中部槽的直接接触磨损为刮板、链条与熔覆层的磨损，保护了中部槽，延长了中部槽的使用寿命；3）熔覆层为金属陶瓷摩擦系数极低，运行阻力减少，熔覆层间存留的煤粉还可起到润滑剂的作用进一步减少了运行阻力，节省了电力消耗，延长了电机和减速机的使用寿命；4）摩擦阻力减少，极大的减少了挤溜、断链事故的发生，提高了