摘要 介绍了表面涂层技术中的热喷涂、电刷镀、堆焊等几项技术在煤矿中的应用情况及发展前景。
主题词 热喷涂 电刷镀 堆焊 煤矿机械
表面技术是表面工程学科的重要组成部分，它是利用各种表面涂层技术和表面改性技术来提高产品质量和维修质量的工程，主要包括喷涂、电刷镀、电镀、化学镀、堆焊、物理及化学气相沉积等表面强化工艺。它能赋于零件表面耐磨损、耐高温、抗氧化、抗疲劳等多种性能，是提高产品质量、节约能源、获得经济效益的一种表面强化技术，此外它还可用于新材料的开发，因此在许多工业部门中得到了广泛的应用。近年来，由于该项技术的新进展，其应用领域又有了进一步的扩大。煤炭工业是采矿业中环境条件最为恶劣的产业之一，每年大量矿山设备由于零件的磨损腐蚀而破坏甚至报废，因此，在煤炭行业引用推广表面技术就显得尤为重要。
1 热喷涂技术
1.1 应用
热喷涂技术是利用不同热源将待喷材料(金属、非金属)瞬间加热至熔融状态，通过高速气流使其雾化，喷射到预先制备好的工件表面而形成的一层保护涂层。作为表面技术的一项重要分支，热喷涂技术具有下列特点：(1) 可得到不同性能的表面，可喷金属，非金属；(2) 可在不同材料上进行喷涂；(3) 零件的受热程度可以控制；(4) 涂层具有多孔性，贮油能力好；(5) 涂层厚度可在较大范围内变化；(6) 适于大面积喷涂；(7) 对于长效防腐涂层，其涂层与基体的结合强度超过有机涂层，且不存在老化问题，防护期长。因此，热喷涂技术在我国得到了广泛应用，特别是近10年，发展极为迅速，许多行业都采用了这项技术，取得了显著的效果。
由于热喷涂技术既可用于零件的维修再生及新品制造，又可用于大面积钢结构的长效防腐。目前，热喷涂在煤炭行业主要用于一些大型设备关键零件的维修及大面积钢结构长效防腐，特别是热喷涂长效防腐技术，是近几年才发展起来的新型煤矿防腐技术。表1为热喷涂技术的应用实例。
表1 热喷涂应用实例
| 种 类 | 选用方法 | 应用实例 |
| 轴类维修 | 火焰合金粉末
喷涂(焊) |
球磨机主轴d220×2600 滚筒轴d120×2700 曲轴轴径d140 |
| 齿轮轴维修 | 火焰粉末喷涂 | 齿轮轴d200×75 |
| 各种铲斗的修复 | 火焰喷涂(合金 粉末或线材) |
装岩机铲斗 露天矿大型载重车翻斗 |
| 各种平面的维修 | 火焰喷涂(合金 粉末或线材) |
刮板输送机溜槽中板 BM-100采煤机摇臂 |
| 长效防腐 | 火焰线材喷涂 电弧线材喷涂 (多为锌、铝材) |
煤矿井筒钢结构长效防腐 |
| 1.2 效益分析 由表1可以看出，热喷涂即可用于各种失效零件的维修，又可用于大面积长效防腐，其应用于煤炭行业的范围还可进一步扩大，并会获得十分显著的经济效益，例如，据煤炭部对长效的防腐技术鉴定材料所报导的效益预测，1座直径5.6m、井深400m，年产100万t的矿井在建井时对井筒装备采用热喷涂长效防腐，可为国家节约上千万元；又如采用热喷涂技术修复采煤机摇臂，可节约15000元左右，维修质量不亚于新品，且可重复修复，经济效益十分可观。因此，应大力推广热喷涂技术。 2 电刷镀 2.1 简介 电刷镀是在工件表面局部快速电化层积金属的无槽电镀技术。它使用专用电源，并用镀笔蘸上镀液以一定的速度在工件表面上移动，在电场的作用下，镀液中金属离子在工件表面还原结晶，形成镀层，其基本原理与槽镀相似，但都有许多槽镀无法比拟的优点：(1) 被镀表面不是零件整体同时发生离子还原结晶，而是工件表面和镀笔表面接触瞬时发生；(2) 层积速度高，是槽镀的5～20倍；(3) 镀层表面均匀平整、孔隙率小、渗氢少、减少了氢脆；(4) 设备轻便、工艺灵活、适应性好、操作安全，尤其适用于大型机械的不解体现场修复及野外作业；(5) 修复零件硬度高，经济效益好，特别是近年来，国内的电刷镀技术水平提高很快，解决了多项xxxx工程中的维修难点，使许多大型设备、进口设备、精密仪器起死回生，它已成为表面技术的重要组成设备。 2.2 应用范围 电刷镀技术应用较广，归纳起来主要有以下几个方面：(1) 恢复磨损零件的尺寸精度；(2) 填补零件表面的划伤沟槽、压坑；(3) 补救加工后的超差产品；(4) 强化零件表面；(5) 提高零件表面性能，如导电性、耐高温性、防腐性及降低摩擦系数等；(6) 装饰零件表面。因此，电刷镀在许多行业中得到了广泛的应用。 电刷镀技术在煤炭行业中同样有广泛的应用领域，煤炭系统中的大型成套设备较多，而这些大中型设备往往是结构复杂，精度较高，配件耗量大，费用高；特别是进口设备，零件的品种多，标准不统一，很难组织生产。而采用电刷镀技术修复废旧件，不仅使设备恢复使用，还可获得可观的经济效益。如枣庄局陶庄煤矿井下生产用的1250kW水泵电机轴，因轴径磨损几微米到几十微米，至使长度2000mm、直径130mm的大轴报废，加工一根就得上万元，每年都得报废4～5根，如加工不及时还耽误生产，用电刷镀技术进行不解体修复即达到了预期效果，不仅降低了维修费用，而且还减少了因拆卸设备而可能导致其它零件的损坏，为企业挽回了巨大损失。 |
3 堆焊、粘接技术
堆焊是焊接工艺的一种特殊应用，是在零件表面堆敷金属层的工艺过程，它不仅可使零件表面获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属，还可使磨损零件恢复原尺寸、原有形状。其主要特点为：(1) 生产率高，可得到较厚的覆盖层；(2) 堆焊层与基体金属结合强度高；(3) 可得到各种特殊性能和用途的表面；(4) 经济性好，自动化程度高；(5) 由于焊接应力大，堆焊层疲劳强度有所下降。因此在堆焊时应根据具体情况选择堆焊方法和修复工艺。通常，堆焊技术多用于磨损、腐蚀量较大的失效零件，例如，用于煤矿的通风机轴、索道驱动轮轴，大型综采机组中的主轴以及大功率电机轮轴等零件的失效，往往是由于润滑不良，配合不当及长时间重载运行而使这类轴过度磨损或出现疲劳裂纹造成的，这都可用堆焊技术修复。此外，堆焊技术极适合于平面类废旧零件的修复，如挖掘机铲斗、刮板输送机中部槽等类的零件。
3.1 堆焊的应用
采用堆焊技术修复的零件，不仅延长了使用寿命，有的还改善了设备的运行情况。以刮板输送机中部槽为例，采用零焊技术修复后，寿命延长了3倍以上，且中板得到了加强，运行中一直未出现因中板变形而造成卡链、断链事故。这就减少了生产过程中的维修，降低了工人的劳动强度。山西云岗煤矿自1993年以来，平均每年少补充新中部槽180多节，节约备件费60多万元。另外，运输机故障次数下降了11.26%，每年可增产煤炭数万吨，为企业带来了可观的经济效益。
3.2 粘接技术的应用
除上述几项技术外，粘接等项技术也在煤炭行业中得到了应用，并取得了良好的效果。如采用粘接技术修补一些金属铸件的微孔，不仅工艺简单，操作方便，而且降低了成本；又如对固体密封的同时辅以密封胶，可{zd0}限度地减少界面泄漏量；它还可用于恢复失效零件的尺寸。因此，接粘技术的实际应用表明，该项技术性能稳定，维修简便，技术可靠且效益明显。此外，化学镀、电镀等项技术也都得到了一定的应用，尽管其实际应用还有一定的限制，但实践证明，这些技术的应用同样是很有前途的。
4 结语 综上所述，表面技术在煤炭行业中已得到了一定程度的应用，但还有很多新工艺、新技术有待于更进一步的开发和应用，这对于改善煤炭设备的性能质量，提高煤炭产量，降低材料消耗，提高经济效益有着重要意义。中国矿业大学科技情报室(徐州 221008)
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参考文献
1 马世宁等.电刷镀技术与表面工程.电刷镀技术，1995，(4).
2 陈学定等.表面涂层技术.北京：机械工业出版社，1994.
3 葛长路等.刮板输送机中部槽大面积耐磨花纹的堆焊.焊接技术，1996，(4).
