[发明专利]一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层及其制备方法，该纳米涂层为复合纳米涂层，包括从下到上依次沉积于截齿齿体表面的金属Ti层、TiAlN过渡层、TiSiN/TiAlSiN支撑层以及AlCrSiN耐磨层，所述TiSiN/TiAlSiN为TiSiN和TiAlSiN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为4~7nm。本发明的复合纳米涂层各个涂层之间具有超强的结合力，能够保持很高的硬度且耐磨性好，摩擦系数降低，明显延长了截齿的使用寿命，提高了采煤的效率。

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，特别是涉及一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层及其制备方法。

背景技术

煤矿采煤机截齿是落煤及碎煤的主要工具，截齿性能的好坏直接影响采煤机的生产效率。截齿的铸造过程一般是在经淬火、回火处理的低合金钢刀体上镶嵌硬质合金刀头，硬质合金刀头中往往含有石墨杂质，晶粒分布不均匀，部分硬质合金中有裂纹存在，在冲击载荷的作用下，截齿刀头处于高应力状态，当遇到坚硬的煤岩时，高压应力超过硬质合金的强度极限就会发生脆裂。另外，截齿在截割煤岩时，刀头表面温度可达600℃~800℃，随着温度的升高，刀头表面硬度下降，刀头表面材质的软化也加速了截齿的磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层及其制备方法，以解决现有技术中煤矿采煤机截齿易脆裂、易磨损的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层，所述纳米涂层为复合纳米涂层，包括从下到上依次沉积于截齿齿体表面的金属Ti层、TiAlN过渡层、TiSiN /TiAlSiN支撑层以及AlCrSiN耐磨层，所述TiSiN /TiAlSiN支撑层为TiSiN 和TiAlSiN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为4nm ~7nm。

优选的，所述复合纳米层的总厚度为4um~8um，其中金属Ti层的厚度为40nm ~350nm、TiAlN过渡层的厚度为1um~2.65um、TiSiN /TiAlSiN支撑层的厚度为1.5um ~3um、AlCrSiN耐磨层的厚度为1.46um ~2um。

优选的，所述AlCrSiN耐磨层中，按原子数百分比计，包括 Al30％ ～ 41％、Cr6％～ 18％、 Si 3％ ～ 14％、N27％ ～45％以及其他合金元素 0.5％ ～2％。

优选的，所述合金元素选自C、H、O、B、Fe、Y中的一种或多种。

本发明还提供了一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层的制备方法，该方法包括以下步骤:

（1）用电子高倍显微镜检查待涂层截齿的质量和表面状况，确保无次品进入生产线；

（2）将待涂层截齿表面的油污、氧化膜等用砂纸或砂轮机打磨去除，后将其放入盛有无水乙醇的超声仪中，向无水乙醇中加入碱性清洗剂，进行超声波清洗300S，然后用吹风机吹冷风将其完全干燥；

（3）利用全自动喷砂设备进行表面喷砂钝化处理：将经过加速的磨料颗粒向截齿外表面撞击，改变截齿外表面的光洁度和应力状态；

（4）金属Ti层的制备：将经过表面喷砂钝化处理后的截齿置于真空炉中，抽真空至1.2×10^-2 Pa ~6×10^-1Pa，加热炉体至炉内温度达到500℃，然后向炉体内通入Ar使炉内压升至1.5Pa ~2Pa，打开金属Ti靶，在截齿表面沉积金属Ti层，金属Ti层的厚度为40nm ~350nm，对截齿表面轰击时间为10min ~25min，电流为2 A～5A，偏压保持-300 V～-500V；