一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，采用真空等离子体气相沉积超硬耐磨涂层技术，在截割刀具表面涂覆超硬耐磨涂层以提高截齿工作过程中的使用寿命，减少更换频次，延长采煤时间和采煤量。本发明专利技术制备的截割刀具表面超硬耐磨涂层，厚度为3.0～5.0微米，涂层硬度30～40GPa，在室温干摩擦和对副为GCr15条件下，销盘实验测出的涂层的摩擦系数为0.40～0.70，压入法测试，其结合力为HF1级。表明涂层具有很好的结合力和耐磨损性能。损性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法


[0001]本专利技术属于涂层
，涉及刀具表面涂层的制备，特别涉及一种用于采掘设备的截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法。

技术介绍

[0002]采煤机械是原煤生产的重要装备，直接影响采煤效率和生产成本，甚至影响煤矿生产安全。综合机械化采煤技术，主要是指在爆破煤层、装运煤炭、作业面支护或顶板管理等作业中，通过机械化生产来完成采煤作业的全部流程，其优势在于减少人力劳动，提高工作效率，降低安全事故发生率，不断提高煤炭企业的竞争能力，因而在煤炭资源开发与勘探中，综合机械化采煤技术及装备是其发展的必然趋势。
[0003]我国综合机械化采煤技术经过几十年发展已经达到了国际中等水平，在一些大型煤矿企业中已经实现了更高程度的智能化。因此，对采煤机械设备技术与性能要求越来越高，具体体现在两个方面，一个是智能化煤机的开发应用；另一个是巷道快速掘进机械的研发应用。目前来看，掘进机、采煤机在速度上有了很大的提升，采煤机的截割功率达到了350kW，提高了采煤量和采煤效率。但随着机械化和智能化程度的不断提高，采煤装备上的一些关键零部件已不能满足更加严苛工作条件下的使用性能要求，影响了高端机械化采煤装备系统的整体发展进程，如截齿作为截割刀具，是采煤机、掘进机、连续采煤机工作机构的核心部件，在设备工作时，其作用就是将煤、岩从岩体上剥落。由于截割刀具直接与煤岩作用，承受着剧烈的交变冲击载荷，并伴随着局部高温与磨损，工作环境非常恶劣，因此，对截齿的使用性能要求非常高。据统计，磨损在截齿失效形式中比例高达75％
‑
90％。截齿作为掘进机截割过程中的重要部件，其磨损程度对设备的工作效率、安全可靠性、使用寿命等都会产生巨大影响，如它们在工作过程中经常发生磨损或断裂损坏，就需要频繁停机更换，严重影响了采煤效率，增加了生产成本，已成为智能化采煤生产发展的瓶颈之一，急需开发新技术提高截齿工作时的长寿命和可靠性问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，采用真空等离子体气相沉积超硬耐磨涂层技术，在截齿合金刀头部位涂覆超硬耐磨涂层，将极大提高截齿工作过程中的使用寿命，减少更换频次，延长采煤时间和采煤量。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一，对截割刀具进行表面预处理；
[0008]步骤二，将预处理后的截割刀具放入电弧离子镀膜设备中进行等离子体清洗；
[0009]步骤三，制备超硬耐磨涂层：以金属或合金靶作为涂层中金属元素来源，金属或合金靶安置在电弧离子镀膜设备内壁上，通过电弧电源的电流控制金属或合金靶的溅射率；
采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与金属元素结合，在截割刀具表面沉积形成超硬耐磨涂层。
[0010]本专利技术还包括以下技术特征：
[0011]具体的，所述步骤一中，对截割刀具进行表面预处理包括：将截割刀具表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，再酒精脱水。
[0012]具体的，所述步骤二中的截割刀具置于电弧离子镀膜设备的转架杆上，转架杆随转架台转动，以保证镀膜过程的均匀性。
[0013]具体的，所述步骤二中进行等离子体清洗包括：截割刀具装入电弧离子镀膜设备的真空室后，抽真空并加热到450℃，镀膜前，通入50ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到8Pa时，开偏压至
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1000V对真空室的截割刀具表面进行轰击清洗，持续30分钟。
[0014]具体的，所述步骤三中的金属或合金靶共二组，每组三个，共计六个靶，以均布的方式安置在电弧离子镀膜设备内壁上。
[0015]具体的，所述步骤三制备超硬耐磨涂层的工艺条件为：将偏压调整为
‑
100～
‑
150V，打开N2开关，调整N2流量，使真空室气压为3～5Pa，将金属或合金靶打开，弧电流120～150A，开始制备涂层，持续120～150分钟，即可在截割刀具表面获得超硬耐磨涂层。
[0016]具体的，所述步骤三采用直径100mm的圆形TiAl合金靶，TiAl合金靶通过粉末冶金方法制成，靶材成分为原子百分比(at％)Ti：Al＝50:50，通过TiAl靶的弧电源电流控制靶的溅射率；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与各靶中的Ti、Al元素结合，在截割刀具表面沉积形成TiAlN涂层。
[0017]具体的，所述步骤三制备TiAlN涂层的工艺条件为：将偏压调整为
‑
120V，打开N2开关，调整N2流量，使真空室气压为5Pa，将TiAl靶打开，弧电流150A，开始在截割刀具上制备TiAlN涂层，持续130分钟，即可在截割刀具表面获得TiAlN涂层。
[0018]本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0019]本专利技术采用真空等离子体气相沉积超硬耐磨涂层技术，在截齿合金刀头部位涂覆超硬耐磨涂层，将极大提高截齿工作过程中的使用寿命，减少更换频次，延长采煤时间和采煤量。
[0020]本专利技术制备的用于截割刀具表面的超硬耐磨涂层，厚度为3.0～5.0微米，涂层硬度30～40GPa，在室温干摩擦和对副为GCr15条件下，销盘实验测出的涂层的摩擦系数为0.40～0.70，压入法测试，其结合力为HF1级。表明涂层具有很好的结合力和耐磨损性能。
附图说明
[0021]图1为电弧离子镀膜设备结构示意图。
[0022]图中的标记分别表示：外加电源偏压1、转台架2、真空室3、转架杆4、TiAl靶(5、6、7)、供气管道8、加热器9、泵组10。
具体实施方式
[0023]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0024]本专利技术提供一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，该方法包括以
下步骤：
[0025]步骤一，对截割刀具进行表面预处理；对截割刀具进行表面预处理包括：将截割刀具表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，再酒精脱水。
[0026]步骤二，将预处理后的截割刀具放入电弧离子镀膜设备中进行等离子体清洗；具体的，如图1所示，电弧离子镀膜设备至少包括外加电源偏压1、转台架2、真空室3、转架杆4、TiAl靶(5、6、7)、供气管道8、加热器9、泵组10。截割刀具置于电弧离子镀膜设备的转架杆上，转架杆随转架台转动，以保证镀膜过程的均匀性。进行等离子体清洗包括：截割刀具装入电弧离子镀膜设备的真空室后，抽真空并加热到450℃，镀膜前，通入50ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到8Pa时，开偏压至
‑
1000V对真空室的截割刀具表面进行轰击清洗，持续30分钟。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，对截割刀具进行表面预处理；步骤二，将预处理后的截割刀具放入电弧离子镀膜设备中进行等离子体清洗；步骤三，制备超硬耐磨涂层：以金属或合金靶作为涂层中金属元素来源，金属或合金靶安置在电弧离子镀膜设备内壁上，通过电弧电源的电流控制金属或合金靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与金属元素结合，在截割刀具表面沉积形成超硬耐磨涂层。2.如权利要求1所述的用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤一中，对截割刀具进行表面预处理包括：将截割刀具表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，再酒精脱水。3.如权利要求1所述的用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤二中的截割刀具置于电弧离子镀膜设备的转架杆上，转架杆随转架台转动，以保证镀膜过程的均匀性。4.如权利要求1所述的用于采掘截割刀具表面制备超硬耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤二中进行等离子体清洗包括：截割刀具装入电弧离子镀膜设备的真空室后，抽真空并加热到450℃，镀膜前，通入50ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到8Pa时，开偏压至
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1000V对真空室的截割刀具表面进行轰击清洗，持续30分钟。5.如权利要求1所述的用于采掘截割刀具表面制备超硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：马胜利，
申请(专利权)人：西安浩元航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：