一种液压支架的立柱及其制造方法技术领域
本发明涉及一种液压支架的激光熔覆表面不锈钢立柱及其制造方法，属于激
光加工制造领域。
背景技术
液压支架立柱是矿山开采设备中的关键部件，在国内，对于液压支架立柱通
常采用镀铬的方面进行表面处理，从而来防止表面的生锈以及防腐蚀。然而镀铬
层的耐磨性较差，一般经过1～1.5年之后，镀铬层就会出现起皮以及脱皮等现象，
因此，乳化液就会腐蚀立柱表面，从而会影响到液压支架的使用效果。
公告为CN101875128B的中国专利公开了一种矿用液压支架立柱的激光熔覆
方法，其通过特定的激光熔覆工艺条件来熔覆三层冶金材料，从而解决了矿用液
压支架立柱表面的耐磨性、防腐蚀性的问题，提高了使用寿命。具体的技术方案
是，在对矿用液压支架立柱进行表面处理之后，进行预热，然后在特定的工艺条
件下，用熔覆用合金粉末材料依次熔覆底层、中层和面层。其中，底层选用的熔
覆用合金粉末材料的重量百分比为0.1％的C、3.2％的Si、0.5％的Mn、10.2％的
Cr、8.8％的Ni、0.8％的Nb、0.1％的B、0.5％的P和余量的Fe。
对于上述的矿用液压支架立柱的激光熔覆方法所得到的矿用液压支架立柱，
其存在的问题是，熔覆层数较多，因此激光熔覆过程也会较为复杂。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种液压支架的激光熔覆立柱，虽然本
发明的液压支架的立柱仅具有一层激光熔覆层，但是却能够使得液压支架能够达
到实际矿用的使用要求。
另外，本发明的液压支架的立柱的制造方法，因为只需要进行一次熔覆，所
以总体来说制造方法更加简单。
具体地，本发明所提供的技术方案如下：
技术方案1.
一种液压支架的立柱，包括作为基体的金属筒体以及在所述金属筒体的表面
上的激光熔覆层，所述激光熔覆层的层数仅为一层。
技术方案2.
根据技术方案1所述的液压支架的立柱，其改变之处在于，所述金属筒体基
体为合金结构钢制的筒体基体，激光熔覆层的厚度为0.5～0.9mm。所述合金结构
钢优选为27SiMn合金结构钢。
技术方案3.
根据技术方案1或2所述的液压支架的立柱，其改变之处在于，所述激光熔
覆层的组成为：
0.01～0.15％的C，
0.5％～1.0％的Si，
0.4％～0.8％的Mn，
17.5％～19.5％的Cr，
21％～25％的Ni，
余量的Fe和不可避免的杂质；
其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量，
技术方案4.
根据技术方案1或2所述的液压支架的立柱，其改变之处在于，所述激光熔
覆层的组成为：
0.05～0.20％的C，
1.0％～1.5％的Si，
0.4％～0.8％的Mn，
15.0％～15.8％的Cr，
4.0％～4.5％的Ni，
余量的Fe和不可避免的杂质；
其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量，
技术方案5.
根据技术方案4所述的液压支架的立柱，其改变之处在于，所述激光熔覆层
的组成为：
0.08％～0.13％的C，
1.2％～1.3％的Si，
0.6％～0.7％的Mn，
15.2％～15.6％的Cr，
4.0％～4.3％的Ni，
余量的Fe和不可避免的杂质；
技术方案6.
一种液压支架的立柱的制造方法，包括以下步骤：
a)对作为基体的金属筒体进行表面清理；
b)对所述金属筒体的表面进行粗糙化处理；
c)在输送激光熔覆用合金粉末的同时，扫描激光束，
其中，输送激光熔覆用合金粉末的速度为38～40g/min，激光束为15*2.5mm
矩形光斑，激光束扫描线速度为480～720mm/min；
d)进行机械加工；
得到液压支架的立柱。
所述15*2.5mm矩形光斑是指，长为15mm、宽为2.5mm的矩形光斑。
技术方案7.
根据技术方案6所述的液压支架的立柱的制造方法，其改变之处在于，所述
激光熔覆用合金粉末的组成为：
0.01～0.15％的C，
0.5％～1.0％的Si，
0.4％～0.8％的Mn，
17.5％～19.5％的Cr，
21％～25％的Ni，
余量的Fe和不可避免的杂质；
其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量，
技术方案8.
根据技术方案6所述的液压支架的立柱的制造方法，其改变之处在于，所述
激光熔覆用合金粉末的组成为：
0.05～0.20％的C，
1.0％～1.5％的Si，
0.4％～0.8％的Mn，
15.0％～15.8％的Cr，
4.0％～4.5％的Ni，
余量的Fe和不可避免的杂质；
其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量，
技术方案9.
根据技术方案8所述的液压支架的立柱的制造方法，其改变之处在于，所述
激光熔覆用合金粉末的组成为：
0.08％～0.13％的C，
1.2％～1.3％的Si，
0.6％～0.7％的Mn，
15.2％～15.6％的Cr，
4.0％～4.3％的Ni，
余量的Fe和不可避免的杂质；
根据本发明的技术方案1～2，由于仅具有一层激光熔覆层，所以既可以减少
熔覆工艺操作，又可以满足相关的使用要求。这在现有技术中是不能够实现的，
现有技术中使用的是多层熔覆。虽然在现有技术中能够得到具有多层熔覆层的矿
用液压支架的立柱，但是由于配方和制造方法的配合不恰当，所以只能够通过多
层熔覆以提高立柱的表面性能。而本发明人通过多次试验，潜心研究，在调整激
光熔覆用合金粉末的配方和熔覆工艺之后，得到的具有单层激光熔覆层的立柱就
能够满足使用要求，例如，所形成的矿用液压立柱具有良好的表面硬度、使用寿
命、熔覆层与金属基体的结合强度和耐盐雾性能。对于技术方案2中的厚度选择
也是经过试验所确定的。厚度大于0.9mm则浪费材料，厚度小于0.5mm，则有
不能满足产品性能的可能性。
根据本发明的技术方案3的液压支架的立柱，由于激光熔覆层的组成采用了
特定的组成，所以能够得到良好的表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结
合强度和耐盐雾性能。该液压支架的立柱的表面硬度能够达到30HRC以上，矿
井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，
耐盐雾性能96小时以上无变化。
根据本发明的技术方案4～5的液压支架的立柱，其相对于技术方案3是进一
步的改进方案，一方面，其可以满足技术方案3的液压支架的立柱的各种性能，
例如，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到
310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。除此之外，其洛氏硬度(HRC)
能够达到45以上。而且，由于Ni含量较低，所以成本较低。
根据技术方案6～9的液压支架的立柱的制造方法，由于激光束的能量、扫描
速度、送粉速度以及激光熔覆用合金粉末的配方配合恰当，所以才能够制造出，
能够满足各项使用要求的液压支架的立柱。并且由于只需要一次熔覆过程，所以
相对于现有技术，可以提高工作效率，并且节省原材料等的成本。
附图说明
图1是本发明的液压支架的立柱的截面的示意图。
图2是本发明的液压支架的立柱的正面的示意图。
图中的标号分别表示：
1——金属筒体，2——激光熔覆层。
具体实施方式
为了使得本领域的技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，下面结
合附图和实施例进行详细说明。
首先通过附图来说明本发明的液压支架的立柱的结构。
图1表示本发明的液压支架的立柱的截面的示意图。图2是本发明的液压支
架的立柱的正面的示意图。可以看出，本发明的液压支架的立柱包括作为基体的
金属筒体1和在金属筒体上的激光熔覆层2。本发明的液压支架的立柱仅具有一
层激光熔覆层。通过该激光熔覆层就可以实现对液压支架的立柱的保护。
由于本发明的液压支架的立柱是采用激光熔覆方式制造得到的液压支架的
立柱，所以在金属筒体和激光熔覆层之间还不可避免的具有一层熔合层(即，
0.1mm～0.3mm)，所述熔合层是金属筒体的金属和激光熔覆用合金粉末的混合
物。这是因为在激光熔覆过程中，激光束的能量较大，在熔化激光熔覆用合金粉
末的同时也会熔化一定量的金属筒体，在本发明中，也可以认为该熔合层是激光
熔覆层的一部分，如果不认为熔合层是激光熔覆层的一部分，那么本发明还可以
认为是以下的技术方案。
一种液压支架的立柱，其特征在于，包括作为基体的金属筒体、熔合层以及
熔合层上的激光熔覆层，所述激光熔覆层的层数和熔合层的层数均为一层。所述
熔合层是金属筒体的金属和激光熔覆用合金粉末的混合物。由于熔合层在形成过
程中，金属筒体的金属和激光熔覆用合金粉末都熔化，熔合层的深度直接影响熔
覆层合金性能的发挥，所以为满足性能要求，熔合层在0.1mm～0.3mm为优选。
下面说明本发明所提供的具体制造方法的实施例。
实施例1
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为300mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7400W，激光扫描线速度为480
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为44～178μm。该合金粉末包含0.13％的
C，0.5％的Si，0.8％的Mn，17.5％的Cr，25％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂
质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm。其中，熔合层厚度为
0.2mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到30HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。
关于使用寿命，本发明的熔覆有熔覆层的立柱已经在新汶矿业集团新巨龙能
源有限公司的推广使用，效果良好，目前已在采面使用4年，没有出现任何质量
问题。
关于熔覆层与立柱基体的结合强度之所以能够达到310MPa以上，是因为，
在激光熔覆过程中，不仅激光熔覆用合金粉末熔化，而且作为立柱基体的钢铁也
熔化，因此激光熔覆用合金粉末与立柱基体已经形成一体，所以它们之间的结合
强度非常高。
关于耐盐雾性能试验，采用的是中国国家标准GB/T10125-1997，试验所用
的药品为氯化钠的水溶液，浓度为50g/L±5g/L，PH为6.5～7.2，温度为35℃±2℃。
实施例2
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为400mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7200W，激光扫描线速度为720
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～165μm。该组合物包含0.15％的C，
1.0％的Si，0.4％的Mn，19.5％的Cr，21％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。
该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm，其中，熔合层厚度为
0.15mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到30HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。
实施例3
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为300mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7400W，激光扫描线速度为480
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为63～165μm。该合金粉末包含0.02％的
C，1.5％的Si，0.4％的Mn，15.8％的Cr，4.0％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂
质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm，其中，熔合层厚度为0.2
mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。
由于本实施例中的Ni含量不高，所以成本较低。
实施例4
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为400mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7200W，激光扫描线速度为720
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～165μm。该合金粉末包含0.15％的
C，1.0％的Si，0.8％的Mn，15.0％的Cr，4.5％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂
质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.45mm，其中，熔合层厚度为
0.15mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能能够达到96小时
以上无变化。
实施例5
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为300mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7200W，激光扫描线速度为560
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～178μm。该合金粉末包含0.1％的
C，1.4％的Si，0.5％的Mn，15.7％的Cr，4.0％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂
质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm，其中，熔合层厚度为
0.2mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。
实施例6
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为300mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7300W，激光扫描线速度为680
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用组合物为粉末状，粒径为63～165μm。该合金粉末包含
0.14％的C，1.1％的Si，0.7％的Mn，15.1％的Cr，4.4％的Ni，余量的Fe和不可
避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm，其中，熔合层厚度为
0.2mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。
实施例7
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为300mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7300W，激光扫描线速度为680
mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～165μm。该合金粉末包含0.13％的
C，1.2％的Si，0.7％的Mn，15.2％的Cr，4.3％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂
质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm，其中，熔合层厚度为
0.2mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。
实施例8
矿用液压支架立柱的激光熔覆
本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直
径为300mm。
采用以下方法进行激光熔覆：
(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。
(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。
(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工
步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7300W，激光扫描线速度为
680mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；
采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～150μm。该合金粉末包含0.08％的
C，1.3％的Si，0.6％的Mn，15.6％的Cr，4.0％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂
质。该激光熔覆用该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。
(4)进行机械加工。
加工完成后，包括熔合层的熔覆层的厚度为0.5mm，其中，熔合层厚度为
0.2mm。
对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：
(1)无裂纹。
(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆
层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变
化。