[发明专利]一种保径环及其制备方法和应用

说明书

本发明属于特种设备设计优化技术领域，具体涉及一种保径环及其制备方法和应用。所述保径环的材质为高熵合金/金刚石复合材料；所述高熵合金/金刚石复合材料中，金刚石占复合材料总质量的10％～30％，所述金刚石以颗粒状均匀分布于高熵合金中，金刚石颗粒的粒径为10‑150微米；所述高熵合金由Fe、Co、Cr、Ni四种元素以及Cu、Al、Ti、Zn中的至少两种元素组成。其通过粉末冶金法制备，所得产品作为保径装置用于截齿或钻头上。本发明组分设计合理，制备工艺简单可控，所得产品性能优良、其使用寿命为现有同类截齿或钻头的10倍及以上，便于大规模的工业化应用。

技术领域：

本发明属于特种设备设计优化技术领域，具体涉及一种保径环及其制备方法和应用。

背景技术：

采掘截齿和钻头是大型采掘机上的关键元件,主要应用在煤田的采煤、巷道掘进等采掘领域，随着资源需求的日趋增长，大型采掘机械的使用越来越广泛,因而对采掘截齿的性能提出了更高的要求。截齿和钻头是掘进机械中的易损件之一，是落煤和碎煤的主要工具。截齿性能的显著改进会直接降低钻探成本。在开采和挖掘隧道等采掘、钻探领域，常常遇到硬度较高的岩石和砂砾，导致截齿严重磨损甚至合金头脱落，降低了截齿的使用寿命。合金头脱落(又称“掉头”)是截齿失效的主要形式之一。造成“掉头”现象的原因一方面是由于钎料不达标和焊缝强度不足，另外一个重要原因是截齿前端位置(合金头周围)由于过度磨损使硬质合金刀头过分露出，在合金头未被充分使用前直接脱落。

目前，解决由于过磨导致的“掉头”现象的常见解决方式有以下几种：一是采用堆焊的方式，使用耐磨性较好的焊丝(或焊料)对刀头进行焊接，并在刀头位置周围堆焊起一定宽度和高度的环形带；二是在刀头下方位置开槽，放入一定数量的硬质合金条进行焊接固定；最后则是在刀头周围平台位置焊接固定高硬球。其中，堆焊工艺复杂冗长，对焊料的选择和焊缝的宽度有着严格的要求，质量难以保证；采用硬质合金条和高硬球则会提高截齿的生产成本；而且期延设备的寿命一般为3-5倍。

高熵合金又称多主元高混乱度合金，具有简单的晶体结构和优异的物理特性(如较高的硬度和耐磨性，良好的耐蚀性、耐高温性和磁性能，以及优异的电阻性能和储氢性能等)。

虽然高熵合金作为基体材料有着很好的优势，但是在金刚石/高熵合金复合材料方面，却鲜有相关的研究文献。尤其是未见以金刚石/高熵合金复合材料作为保径环在截齿和和钻头上应用的相关报道。

发明内容

本发明内容所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提高的不足和缺陷，提供一种保径环及其制备方法和应用。

本发明一种保径环；其材质为高熵合金/金刚石复合材料；所述高熵合金/金刚石复合材料中，金刚石占复合材料总质量的10％～30％、优选为12～28％，所述金刚石以颗粒状均匀分布于高熵合金中，金刚石颗粒的粒径为10-150微米；

所述高熵合金由Fe、Co、Cr、Ni四种元素以及Cu、Al和Ti中的至少两种元素组成；其中Fe、Co、Cr、Ni四种元素中任意两种元素的摩尔比为0.95-1.05：0.95-1.05；Cu、Al、Ti、Zn中任意一中元素与Fe元素的摩尔比为0.5-1:1；

所述高熵合金/金刚石复合材料的致密度大于等于99％。

本发明一种保径环；所述高熵合金/金刚石复合材料的平均显微硬度大于等于345HV、抗拉强度为700-1400MPa、屈服强度为230-400MPa、磨损量为0.06-0.13mg/min，在1mol/L的NaCl溶液中，腐蚀电位为-180～-116mV。

在本发明中，磨损量测试条件为：采用玛瑙球为对偶球，进行球盘往复摩擦实验；加载载荷为50N；摩擦转速为900转/min。

本发明一种保径环的制备方法；包括下述步骤：

步骤一