تُعدّ معول التعدين من آلات تعدين الفحم وآلات حفر أنفاق المناجم المستخدمة في أحدث التقنيات. وتؤثر مزايا وعيوب جودة معول التعدين بشكل مباشر على كفاءة آلة التعدين وتكلفة إنتاج الشركات. ومع ازدياد الطلب على الطاقة، وخاصة الفحم، بهدف تحسين كفاءة التعدين، تستمر قوة آلات تعدين الفحم في الازدياد، وتزداد جودة معول التعدين باستمرار. وباعتبارها مادةً أساسيةً في آلات تعدين الفحم، يجب أن تتمتع معول التعدين بقوة وصلابة ومقاومة عالية للتآكل، بالإضافة إلى قوة انحناء عالية ومقاومة للتآكل، وذلك لمنعها من الكسر والانحناء والتشوه والتلف المبكر أثناء الاستخدام.

التصنيف العام لأدوات التعدين هو: أسنان تعدين الفحم، أسنان الحفر، أسنان الحفر الدوارة، إلخ.

مادة شائعة الاستخدام في صناعة معول التعدين

في الوقت الحاضر، فإن سلسلة سبائك مواد معاول التعدين الشائعة الاستخدام محليًا ودوليًا هي بشكل أساسي نظام الكروم-الموليبدينوم، ونظام المنغنيز-البورون، ونظام الكروم-النيكل-الموليبدينوم، ونظام الكروم-المنغنيز-السيليكون، ونظام السيليكون-المنغنيز-الموليبدينوم، وما إلى ذلك. من طريقة الإنتاج الرئيسية لمواد معاول التعدين بالصب والتشكيل.

يمكن تقسيم عملية إنتاج رؤوس التعدين إلى 3 أنواع

(1) يتم معالجة جسم الفأس وتشكيله، ويتم لحام رأس الكربيد، وتسخينه في فرن ملحي، وتبريده متساوي الحرارة بملح النترات وتلطيفه.

(2) معالجة جسم فأس التعدين وتشكيله في فرن ملحي، تسخين ملح النترات، تبريد متساوي الحرارة، تنظيف، لحام رأس الكربيد، تلطيف.

(3) تقنية دمج اللحام بالنحاس والمعالجة الحرارية.

(1) كربيد التكسية السطحية. تُستخدم في صناعة طبقة التكسية السطحية المقاومة للتآكل في رؤوس أدوات التعدين موادٌ ذات صلابة عالية ومقاومة عالية للتآكل. تُغطى رؤوس أسنان أدوات التعدين بطبقة أو عدة طبقات من هذه المواد، لتشكيل حزام واقٍ. تتميز هذه الطبقة بمقاومة عالية للتآكل والتآكل الكيميائي، مما يمنع رأس السن من الاحتكاك المباشر مع صخور الفحم المستخرجة، ويقلل من الاحتكاك والصدمات بين رأس السن وطبقة الفحم، وبالتالي يُبطئ من معدل تآكل أدوات التعدين ويُطيل عمرها الافتراضي. تتميز هذه التقنية بسهولة استخدامها، وانخفاض تكلفتها، ومرونة تشغيلها، وقدرتها على التكيف مع مختلف أنواع الأسطح.

(2) الرش الحراري السطحي. من الطرق الأخرى لمعالجة أسطح رؤوس التعدين استخدام تقنية الرش الحراري لتحسين مقاومة التآكل وإطالة عمر رأس رأس المِجرفة. فعلى سبيل المثال، يُرش رأس المِجرفة بطبقة من السيراميك المعدني عند درجة حرارة عالية، مما يزيد من صلابة الرأس (HRC ≥ 60)، وبالتالي يتمتع بصلابة عالية ومقاومة جيدة للتآكل، ويمكن زيادة عمر رأس المِجرفة بأكثر من 50%!

(3) طرق معالجة المعادن السطحية. تعتمد تقنية معالجة المعادن السطحية على استخدام قوس البلازما كمصدر للحرارة، لتكوين طبقة متجانسة الكثافة على سطح المادة الأساسية. يتم دمج هذه التقنية مع طلاء واقٍ خاص قوي، لتحقيق ترابط معدني بين الطلاء والركيزة المعدنية. تُعدّ عملية التكسية بالبلازما عملية تصلب سريعة غير متوازنة، مع تأثيرات تقوية تشمل المحلول الصلب فائق التشبع، والتشتت، والترسيب، وغيرها. تتميز الطبقة المعدنية الناتجة بمقاومة عالية جدًا للتآكل والتآكل الكيميائي والأكسدة في درجات الحرارة العالية.

(4) المعالجة الحرارية الكيميائية. تشمل هذه المعالجة معالجة سطح رؤوس التعدين بالكربنة، أو التخلل بالبورون، أو التخلل بالكروم، وغيرها من المعالجات الحرارية الكيميائية، وذلك لتكوين مركبات ذات صلابة أعلى على سطحها، مما يعزز مقاومتها للتآكل. ومن خلال معالجة 40CrNiMo بالبورون والكروم، يتم تكوين مركبات البورون والكروم على السطح لتحسين صلابته ومقاومته للتآكل، وبالتالي إطالة عمر رؤوس التعدين.

عملية التكسية بالليزر لأدوات التعدين

تستخدم تقنية التكسية بالليزر كمصدر حراري لصهر المسحوق على سطح قطعة العمل، مما يُنتج رابطة معدنية قوية ذات معدل تخفيف منخفض. تُعد هذه التقنية حديثة لتعديل الأسطح، حيث تعتمد على استخدام شعاع ليزر عالي الكثافة ذي تركيب وخصائص مختلفة، لصهر سطح الركيزة بسرعة. تتشكل طبقة من سبيكة ذات تركيب وخصائص مختلفة تمامًا على سطح الركيزة، وتتصلب بسرعة. بالمقارنة مع طرق التكسية التقليدية كالتغطية السطحية والرش والطلاء، تتميز هذه التقنية بمعدل تخفيف منخفض، وكثافة نسيجية عالية، وقوة ربط ممتازة بين الطلاء والركيزة. كما أنها مناسبة لدمج مواد متعددة، مع إمكانية إحداث تغييرات كبيرة في خصائص المادة من حيث حجم الجسيمات ومحتواها.

تتميز رؤوس التعدين المكسوة بالليزر بمقاومتها للتآكل، وعمرها الطويل، ومتانتها، وعدم توليدها للشرر. فهي لا تقلل فقط من تكلفة إنتاج الفحم، وتخفف من الجهد المبذول من قبل العمال، بل تُعد أيضًا حلاً فعالاً لمشكلة تهديد سلامة إنتاج الفحم بسبب توليد الشرر أثناء استخدام رؤوس التعدين. يُتيح استخدام مواد التكسية بالليزر مرونةً وتحكمًا في مؤشرات أداء طبقة التكسية وشكلها. كما يُقدم تطبيق مواد التكسية بالليزر وعملية التكسية حلاً شاملاً لمشاكل التليين الناتجة عن عملية التلدين في رأس السن أثناء عملية اللحام.