矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法技术

矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法，涉及采矿设备制造领域，尤其涉及一种矿山掘进机用截齿的制造方法。本发明专利技术为了解决现有掘进机截齿的截齿头和截齿柄之间存在焊接应力集中的问题，且掘进机截齿头难以同时兼顾韧性和耐磨性的问题。本发明专利技术首先将陶瓷粉体、烧结助剂与丙烯酰胺单体以及表面活性剂在水介质中均匀混合，加入粘结剂水后进行发泡处理，然后烧结得到三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架材料；采用水基介质或乙醇基介质为溶剂，利用表面改性剂对所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架进行表面处理，利用有机粘合剂进行旋涂处理；最后涂覆或涂层材料到双连续相金属/陶瓷复合截齿。本发明专利技术截齿的设计制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采矿设备制造领域，尤其涉及一种矿山掘进机用截齿的制造方法。
技术介绍
在现有技术中掘进机的采掘截齿是目前大型采掘机上的关键部件，随着煤矿、采石场、地下铁路、开山隧道等需求的不断增长，大型掘进机的应用越来越广泛。因此，开发高性能的新型采掘截齿成为当前亟待解决的重要研究课题。普遍的采掘截齿多采用截齿柄和截齿头两部分的组合结构设计，截齿头焊接于截齿柄的一端。目前所采用的截齿柄的耐磨性能较差，优先于截齿头过早地损坏，进而导致整个截齿的断裂失效，由此造成的问题包括：(1)由于截齿的整体失效而导致的使用寿命过短，必须要频繁地更换截齿部件，更换过程中必须停机操作，直接结果就是设备的利用率过低，不能充分发挥设备的利用效率；(2)作为关键部件，即便有少数的截齿失效，仍需要停机更换。过多的失效截齿必然导致其设备维护成本明显增加。即使对截齿柄的耐磨性能进行强化处理，但由于焊接技术自身的缺陷而导致的材料在焊接过程中产生的应力集中以及后期的热处理过程均有可能造成截齿的结构损伤，造成截齿的整体性能下降。掘进机是矿山、冶金、公路、隧道等行业应用较为普遍的一种装备，截齿是掘进机中最为关键的一种组合式耐磨损设备零件。目前国内使用的截齿材料通常为金属/陶瓷颗粒或金刚石，其中金属主要是高铬钢，高锰钢等材料，通过在金属融液中引入不同类型的添加元素如Cr、Co、Ti、V等来提高其耐磨性能。采用高铬钢作为截齿时，其耐磨性好，但耐冲击性差，实用过程中容易断裂；而采用改进的高锰钢作为截齿时，在使用过程中具有较好的韧性，但其耐磨性较差，使用过程中需要经常更换。截齿头引入耐磨损的金刚石涂层或陶瓷颗粒，金刚石涂层本身就存在制造成本昂贵的问题，截齿材料制造过程中引入一定含量的陶瓷颗粒，也能适当提高截齿材料的实用寿命，然而，不可避免的问题是由于陶瓷颗粒与金属基体之间存在应力失配问题，导致陶瓷颗粒从金属基体上脱落。从而引起截齿失效。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有掘进机截齿的截齿头和截齿柄之间存在焊接应力集中的问题，且掘进机截齿头难以同时兼顾韧性和耐磨性的问题，而提出一种矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿及制造方法。矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿，以具有三维连续网络开孔结构的陶瓷作为骨架，其表面和内部通孔中涂有或填充涂层材料，涂层材料也构成连续相，二者共同构成双连续相金属/陶瓷复合截齿。矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法，包括以下步骤：步骤1、三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架的制备：步骤1.1、将微米和/或亚微米陶瓷粉体、烧结助剂与丙烯酰胺单体以及表面活性剂在水介质中均匀混合，形成陶瓷混合浆料；步骤1.2、加入粘结剂水溶液与陶瓷浆料混合，加入引发剂和发泡剂在60℃～100℃温度范围内发泡处理；步骤1.3、将发泡后得到的凝胶进行冷冻干燥处理，然后在1750℃～2150℃温度范围内烧结处理即可获得三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架；步骤2、双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造：步骤2.1、采用水基介质或乙醇基介质为溶剂，利用表面改性剂对所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架进行表面处理；步骤2.2、利用有机粘合剂处理所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架，然后利用旋涂机进行旋涂处理；步骤2.3、在三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架表面均匀涂覆涂层材料，或者利用真空浇铸成型技术对三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架浇铸涂层材料；最终制作完成双连续相金属/陶瓷复合截齿。优选地，步骤1.1所述的陶瓷粉体包括碳化硼、碳化硅、硼化钛、氧化铝的一种或多种。优选地，步骤1.1所述的烧结助剂包括稀土类氧化物、氧化铝、氧化硅、氧化镧、氧化钇、氧化镱、氧化镨、氧化铒的两种或多种。优选地，步骤2.3所述的涂层材料包括碳化钨、碳化钛、氧化锆、钴合金、镍合金、铬粉(低碳铬粉或高碳铬粉)中的一种或多种。优选地，步骤2.2所述的有机粘合剂包括环氧体系陶瓷粘合剂、有机硅体系粘合剂、丙烯酸体系粘合剂的一种或多种。优选地，步骤1.2所述的粘结剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CarboxylMethylCellulose，CMC)的一种或多种。优选地，步骤2.1所述的表面改性剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂及硬脂酸的一种或多种。优选地，步骤1.1所述的表面活性剂包括阿拉伯树胶、水玻璃、聚乙二醇(低分子量的聚乙二醇)的一种或多种。本专利技术包括以下有益效果：有现有技术相比，利用本专利技术设计制造截齿，可以在结构上实现一体化设计，同时能够根据不同类型的截齿结构进行陶瓷结构骨架的设计和制造，避免了传统的截齿结构中存在的焊接结构缺陷，不存在应力集中等结构设计的缺陷。而且，本专利技术制作三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架的过程，具有孔径尺寸可控、陶瓷相骨架材料的比例可调节、骨架材料的强度可调整等特点。利用不同类型的烧结助剂组合，可以获得满足不同条件下所要求的力学性能。通常以高强度和高硬度为核心指标，通过改善制造工艺条件实现一体化截齿用涂层材料的性能要求，提高一体化截齿的耐磨性能。并且，本专利技术在三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架表面通过引入有机粘合剂和涂层材料的方式降低其应力失配问题，解决了陶瓷相和金属相之间的热应力集中问题。本专利技术实现了陶瓷结构骨架和金属涂层的有机组合，改善了陶瓷结构骨架/金属涂层的界面结合性能。通过调整和优化涂层材料的组分和处理工艺，能够实现骨架/涂层之间界面性能的可控调节。此外由于陶瓷三维网络结构陶瓷骨架以及金属涂层都具备双连续相结构，能充分发挥其复合功能，极大程度地降低截齿材料在服役过程中的陶瓷相颗粒的脱落，提高其使用效率。将本专利技术制造的双连续相金属/陶瓷复合截齿应用于煤矿用采掘机上，在硬质岩石条件下能够实现连续工作30小时以上而不失效。在工矿相同条件下，相比现有的工艺制造的截齿，本专利技术制造的双连续相金属/陶瓷复合截齿使用寿命提高270％～320％，并且本专利技术可以通过制造工艺参数的优化和后期金属热处理的可控调整进一步提高其服役寿命。附图说明图1为三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架示意图；图2为双连续相金属/陶瓷复合截齿制作的微观结构图。其中，图2a是以碳化硅为陶瓷粉体得到的三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架烧结前的素坯微观结构；图2b是以碳化硅为陶瓷粉体烧结得到的三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架微观结构；图2c是以碳化硅为陶瓷粉体烧结三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架涂覆涂层材料后的截齿微观结构。具体实施方式具体实施方式一：矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法，包括以下步骤：步骤1、三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架的制备：步骤1.1、将微米和/或亚微米陶瓷粉体、烧结助剂与丙烯酰胺单体以及表面活性剂在水介质中均匀混合，形成陶瓷混合浆料；针对于截齿的制作，需要选用微米和/或亚微米陶瓷粉体、烧结助剂，只有粒度控制在微米和/或亚微米，制作出来的截齿的强度和硬度才能满足实际的工作要求，粒度过大或者过小会造成烧结强度不够或者不能烧结的问题。并且陶瓷混合浆料的比例可调节使得骨架材料具有强度可调整的特点，同时也能通过工艺调整进一步提高最后的截齿强度。步骤1.2、加入粘结剂水溶液与陶瓷浆料混合，加入引发剂和发泡剂在60℃～100℃温度范围内发泡处理；加入引发剂和发泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架的制备：步骤1.1、将微米和/或亚微米陶瓷粉体、烧结助剂与丙烯酰胺单体以及表面活性剂在水介质中均匀混合，形成陶瓷混合浆料；步骤1.2、加入粘结剂水溶液与陶瓷浆料混合，加入引发剂和发泡剂在60℃～100℃温度范围内发泡处理；步骤1.3、将发泡后得到的凝胶进行冷冻干燥处理，然后烧结处理即可获得三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架；步骤2、双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造：步骤2.1、采用水基介质或乙醇基介质为溶剂，利用表面改性剂对所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架进行表面处理；步骤2.2、利用有机粘合剂处理所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架，然后利用旋涂机进行旋涂处理；步骤2.3、在三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架表面均匀涂覆涂层材料，或者利用真空浇铸成型技术对三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架浇铸涂层材料；最终制作完成双连续相金属/陶瓷复合截齿。

【技术特征摘要】
1.矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架的制备：步骤1.1、将微米和/或亚微米陶瓷粉体、烧结助剂与丙烯酰胺单体以及表面活性剂在水介质中均匀混合，形成陶瓷混合浆料；步骤1.2、加入粘结剂水溶液与陶瓷浆料混合，加入引发剂和发泡剂在60℃～100℃温度范围内发泡处理；步骤1.3、将发泡后得到的凝胶进行冷冻干燥处理，然后烧结处理即可获得三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架；步骤2、双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造：步骤2.1、采用水基介质或乙醇基介质为溶剂，利用表面改性剂对所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架进行表面处理；步骤2.2、利用有机粘合剂处理所述三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架，然后利用旋涂机进行旋涂处理；步骤2.3、在三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架表面均匀涂覆涂层材料，或者利用真空浇铸成型技术对三维连续网络开孔结构的陶瓷骨架浇铸涂层材料；最终制作完成双连续相金属/陶瓷复合截齿。2.根据权利要求1所述的矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法，其特征在于，步骤1.1所述的陶瓷粉体包括碳化硼、碳化硅、硼化钛、氧化铝的一种或多种。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云龙，张宇民，周嵬，张瑞霞，李成海，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23