[发明专利]矿山掘进机用连续梯度结构的金属陶瓷复合截齿及制造方法

说明书

矿山掘进机用连续梯度结构的金属/陶瓷复合截齿及制造方法，涉及采矿设备制造领域，尤其涉及一种矿山掘进机用截齿及其制造方法。本发明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和均一制造的截齿存在生产成本较高的问题。本发明截齿的主体为三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架，陶瓷骨架从截齿齿头开始依次为齿头骨架、齿中骨架和齿尾骨架，齿头骨架、齿中骨架和齿尾骨架为连续的整体结构，且齿头骨架的孔径小于齿中骨架的孔径小于齿尾骨架的孔径；陶瓷骨架上涂覆有过渡层；在涂覆过渡层的陶瓷骨架表面涂覆有耐磨材料，或者在三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架的孔径之间浇铸有耐磨材料。本发明截齿的设计制造。

技术领域

本发明涉及采矿设备制造领域，尤其涉及一种矿山掘进机用截齿及其制造方法。

背景技术

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。

现有的截齿除截齿头以外一般都是均一结构，这样还存在着过多使用制造材料导致的生产成本较高。

发明内容

本发明为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和均一制造的截齿存在生产成本较高的问题，而提出一种矿山掘进机用连续梯度结构的金属陶瓷复合截齿及制造方法。

矿山掘进机用连续梯度结构的金属陶瓷复合截齿，截齿的主体为三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架；三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架材料包括陶瓷粉体和烧结助剂，陶瓷粉体为碳化硼、碳化硅、硼化钛、氧化铝的一种或多种，烧结助剂为稀土类氧化物、氧化铝、氧化硅的多种；截齿的三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架从截齿齿头开始依次为齿头骨架、齿中骨架和齿尾骨架；齿头骨架、齿中骨架和齿尾骨架为连续的整体结构，且齿头骨架的骨架孔径小于齿中骨架的骨架孔径小于齿尾骨架的骨架孔径；截齿的三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架上涂覆有过渡层；在涂覆过渡层的三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架表面涂覆有涂层材料，或者在三维连续梯度网络开孔结构的陶瓷骨架的孔径之间浇铸有涂层材料，涂层材料为碳化钨、碳化钛、氧化锆、钴合金、镍合金、铬粉的一种或多种。

优选地，所述的烧结助剂为氧化铝和氧化镧的两种添加剂的复合物，氧化铝和氧化镧摩尔比例为3:1～1:2；组合的氧化铝氧化镧复合添加剂与陶瓷粉体的质量比为1/20～1/10。