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1、等离子熔覆技术及应用等离子熔覆技术及应用材料学院材料学院2014.102014.10一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备一、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二、等离子熔覆耐磨处理技术的应用 1 1、等离子熔覆耐磨刮板输送机、等离子熔覆耐磨刮板输送机 2 2、等离子熔覆强化无火花本安型截齿、等离子熔覆强化无火花本安型截齿 3 3、等离子熔覆耐磨复合板、等离子熔覆耐磨复合板三、荣誉及支持三、荣誉及支持主要内容主要内容一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备一、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等离子熔覆耐磨处理技术简介基本原理：基本原理： 在在柔柔性性高高温温等
2、等离离子子束束流流作作用用下下，将将合合金金粉粉末末与与基基体体表表面面迅迅速速加加热热并并一一起起熔熔化化、混混合合、扩扩散散、反反应应、凝凝固固，随随着着等等离离子子束束移移动动的的同同时时自自激激冷冷却却，在在金金属属零零部部件件的的表表面面形形成成一一层层与与基基体体呈呈冶冶金金结结合合的的高高硬硬度度金金属属陶陶瓷瓷层层，从从而而实实现现表表面面的的强化与硬化。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术之一。起来的提高金属表面耐磨性能的最新技术之一。等离子熔覆技术背景等离子熔覆技术
3、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、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。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、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。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、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，工作环境及维点是：
4、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。产品的生产。与相近技术的本质区别与相近技术的本质区别1、熔覆：、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。基体，否则会形成熔凝珠，不能形成涂层。2、涂敷烧结：、涂敷烧结：预涂浆料，基体加热，类似钎焊或搪瓷，基体不熔，涂料熔化流平，预涂浆料，基体加热，类似钎焊或搪瓷，基体不熔，涂料熔化流平，要求涂
5、料熔点基体。要求涂料熔点基体。3、堆焊：、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。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：、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，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
6、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。覆相似。5、等离子熔覆：、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。噪声污染。适应程控大面积自动化生产。研究总体思路研究总体思路研究等离子熔覆冶金反应原理设计高性能涂层材料体系开发专用成套等离子熔覆设备与
7、工艺获得冶金结合高性能涂层，实现批量化生产 研究性能可靠的专用等离子发生器技术关键技术关键 形形成成环环状状负负压压等等离离子子束束，减减少少粉粉末末材材料料在在等等离离子子射射流流中中的的速速度度差差异异，并并减少粉末散失。减少粉末散失。 基体基体保护气保护气等离子束等离子束粉末粉末同步注入粉末等离子束示意图同步注入粉末等离子束示意图 等等离离子子发发生生器器喷喷嘴嘴周周围围增增加加均均压压环环槽槽，获获得得柔柔性性等等离离子子束束，减减小小冲冲刷刷力力，防防止止合合金金氧氧化化，稳稳定定弧柱。弧柱。 高稳定柔性等离子发生器剖视图高稳定柔性等离子发生器剖视图 均压环槽均压环槽等离子熔覆示意图
8、等离子熔覆示意图基基 材材涂层涂层等离子束流等离子束流冷却水冷却水 离子气离子气保护气保护气粉末粉末阴极阴极 直流电源直流电源p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害，劳动强度大幅度降低，且生产效率比堆焊提高10倍，能耗倍，能耗降低降低20%。等离子熔覆耐磨处理技术特点等离子熔覆耐磨处理技术特点p 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，工艺，直接进行等离子熔覆，
9、工艺简单，不产生前处理污染，成本低、效率高；成本低、效率高；p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；合金层与基材之间呈完全冶金结合，不脱落；p 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；离子熔覆层；等离子熔覆耐磨处理设备特点等离子熔覆耐磨处理设备特点p可在锈蚀及油污的金属零件表面，不经清洗等复杂的前处理工艺
10、，可在锈蚀及油污的金属零件表面，不经清洗等复杂的前处理工艺，直接进行等离子熔覆，不产生前处理污染；直接进行等离子熔覆，不产生前处理污染；p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；维修、维护容易；p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。业化批量生产。DRF-2型等离子熔覆设备型等离子熔覆设备DRF-5B型等离子熔覆设备型等离子熔覆设备DRF-S手持等离子熔覆设备手持等离子熔覆设备截齿等离子熔覆设备截齿等离子熔覆设备等离子熔
11、覆设备的主要构成等离子熔覆设备的主要构成控制部分控制部分控制各部件按照工艺参数稳定运行控制各部件按照工艺参数稳定运行主电源主电源供给高空载电压的大功率陡降外特性直流电供给高空载电压的大功率陡降外特性直流电等离子炬等离子炬转移弧同步送粉柔性弧长寿命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送粉系统与起灭弧无滞后同步开关送停粉宽参数炬与起灭弧无滞后同步开关送停粉宽参数炬水冷系统水冷系统恒温冷却等离子炬及电缆，有水压保护恒温冷却等离子炬及电缆，有水压保护机械传动系统机械传动系统按照实际工件专门设计按照实际工件专门设计工装工装按照实际工件专门设计按照实际工件专门设计DRF-2DRF-2型等离子
12、熔覆耐磨处理设备型等离子熔覆耐磨处理设备p 单层中部槽中板的耐磨强化处理单层中部槽中板的耐磨强化处理p 中部槽制造企业中板耐磨预处理中部槽制造企业中板耐磨预处理DRF-5BDRF-5B型等离子熔覆耐磨处理设备型等离子熔覆耐磨处理设备p 大型封底式中部槽的耐磨强化处理大型封底式中部槽的耐磨强化处理p 管道内壁的耐磨强化处理管道内壁的耐磨强化处理DRF-SDRF-S手持式等离子熔覆耐磨处理设备手持式等离子熔覆耐磨处理设备p机械零部件异型部位的耐磨处机械零部件异型部位的耐磨处 理，如中部槽两端头、链轮等理，如中部槽两端头、链轮等p采用手持操作，灵活方便采用手持操作，灵活方便一、等离子熔覆耐磨处理技术
13、及设备一、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二、等离子熔覆耐磨处理技术的应用 1 1、等离子熔覆耐磨刮板输送机、等离子熔覆耐磨刮板输送机 2 2、等离子熔覆强化无火花本安型截齿、等离子熔覆强化无火花本安型截齿 3 3、等离子熔覆耐磨复合板、等离子熔覆耐磨复合板主要内容主要内容SGB630/150C刮板输送机刮板输送机 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引起的磨损失效。部件之间以及与矸石或煤炭的剧烈摩擦而引起的磨损失效。技术应用技术应用堆积如山的磨损失效
14、中部槽堆积如山的磨损失效中部槽p 等离子熔覆耐磨刮板输送机等离子熔覆耐磨刮板输送机槽帮钢槽帮钢压链器压链器舌板舌板刮板刮板 中部槽中部槽技术应用技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机等离子熔覆耐磨刮板输送机p中部槽（中板、槽帮钢）、刮板、链轮、舌板等易磨损部位中部槽（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；配合，有效延长了耐磨寿命；p熔覆耐磨层具有很高的硬度，摩擦系数低于原材质，使运行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
15、；阻力大大减小，运行能耗明显降低；p维修次数减少，节约了上下井搬运费用；维修次数减少，节约了上下井搬运费用；p减少设备更换时间，降低吨煤通风排水巷道维护等费用，增减少设备更换时间，降低吨煤通风排水巷道维护等费用，增产增效。产增效。技术应用技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机等离子熔覆耐磨刮板输送机等离子熔覆耐磨舌板 对对于于煤煤矿矿购购进进的的刮刮板板输输送送机机，根根据据工工作作面面煤煤炭炭储储量量、煤煤炭炭硬硬度度和和地地质质条条件件，进进行行材材料料、熔熔覆覆厚厚度度、熔熔覆覆密密度度等等参参数数的的设设计计，做做到到采采完完一一个个工工作作面面后后，仅仅熔熔覆覆层层受受到到磨磨损损，中中
16、部部槽槽、机机头头机机尾尾基基体体不不磨磨损损；采采下下个个工工作作面面时时，根根据据熔熔覆层磨损情况重新进行参数设计并熔覆处理，周而复始。覆层磨损情况重新进行参数设计并熔覆处理，周而复始。技术应用技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机等离子熔覆耐磨刮板输送机一次购进，永久使用一次购进，永久使用 响响应应国国家家节节能能减减排排政政策策，积积极极推推行行“再再生生计计划划”,为为煤煤炭炭行行业业节节约约了了大大量量成成本本。利利用用等等离离子子束束表表面面冶冶金金技技术术对对煤煤矿矿因因磨磨损损报报废废的的中中部部槽槽进进行行熔熔覆覆合合金金强强化化处处理理后后，使使之之获获得得新新生生，为为煤煤矿矿节节约约了大量材料。了大量材料。技术应用技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机等离子熔覆耐磨刮板输送机再生计划再生计划 利用利用DRF-5BDRF-5B型等离子熔覆设备中板及底板都可进行型等离子熔覆设备中板及底板都可进行熔覆耐磨处理。熔覆耐磨处理。技术应用技术应用-等离子熔覆耐磨刮板输送机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，整体性较好仍具有已使用过的旧中部槽、机头机尾，整体性较好
