[发明专利]一种盾构机用新型耐磨材料

说明书

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，涉及一种盾构机用新型耐磨材料。

背景技术

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，在掘进过程中砂石颗粒以及渣土对盾体壳体前端具有较大的磨损，容易导致刀盘与盾体之间出现较大的缝隙，为了防止这一状况的发生，通常在盾体前端分布有5mm的耐磨层，本发明针对这一现象，提出一种新型耐磨材料，能够较大程度地减少掘进过程中盾构机的磨损。此外，本发明还可以用作刀盘上的耐磨条，延长刀盘的使用寿命，降低成本。

发明内容

本发明提供了一种盾构机用新型耐磨材料。在传统高铬铸铁中添加适量的钒元素，并将其在金属基体表面堆焊制备一层Fe-C-Si-Mo-Cr-V-RE系复合陶瓷涂层，具有加工方便、性能稳定、和成本较低等特点。

具体的技术方案是：

一种盾构机用新型耐磨材料，包括金属基体和堆焊在金属基体表面的一层复合陶瓷涂层；

所述金属基体为添加钒元素的高铬铸铁；

所述复合陶瓷涂层为Fe-C-Si-Mo-Cr-V-RE系复合陶瓷涂层。

进一步的，所述复合陶瓷涂层由下述重量份的组分制成：

碳化钼30，玻璃纤维10，铬15，碳化钒3，氧化铝5，氧化硅5，碳化铌10，铜粉6，钛粉2，碳化硅12，偶联剂1，固化剂1。

进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述固化剂为间苯二胺。

进一步的，所述复合陶瓷涂层各组分颗粒均为500目。

进一步的，所述复合陶瓷涂层材料的制备方法是；

步骤一、按照重量份数将各组分进行配料并混合均匀得混合料；

步骤二、对上述混合料注入去离子水并进行湿法球磨，球磨时间为10h；

步骤三、球磨后烘干，烘干温度为120℃；

步骤四、将步骤三烘干后的材料进行充分研磨至300目，并将其装入到模具中加压至40MPa、保压10min；

步骤五、将步骤四所得材料放入真空电阻炉进行真空热压烧结，先缓慢上升至650℃，升温速度为10℃/min，保温100min，然后升温至1200℃，升温速度为20℃/min，保温1h，最后升温至1400℃，升温速度为5℃/min，保温3h，当温度达到1400℃时施加压力为50MPa，时间为3h。

步骤六、关闭设备电源，随炉冷却得到复合陶瓷涂层材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所得新型耐磨材料能够最大程度的降低焊接过程中对盾构机本身的影响，具有优良的耐磨损性和耐冲击性，并且具有较高的机械强度和韧性，制备方法简单，成本低廉，在使用过程中能够大幅度降低掘进过程中刀盘、盾体等部件的磨损，对盾构机主要结构起到保护作用，从而节约成本，提高盾构机的使用效率。

具体实施方式

一种盾构机用新型耐磨材料，包括金属基体和堆焊在金属基体表面的一层复合陶瓷涂层；

所述金属基体为添加钒元素的高铬铸铁；

高铬铸铁，是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。它以比合金钢高得多的耐磨性，和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。

钒能使高铬铸铁中的碳化物更加稳定，使组织细化，柱状晶减少，碳化物的形状和分布得到改善，增加切削磨损时的阻力。使碳化物网状结构断开，由长条状变成较小的块状，增强了碳化物的独立性。铸态组织中，钒和碳不仅以初生碳化物形式存在，也会形成一部分二次碳化物，使奥氏体中碳含量降低，提高马氏体转变温度，最终基体中容易获得马氏体，从而提高高铬铸铁的硬度、韧性及耐磨性。

所述复合陶瓷涂层为Fe-C-Si-Mo-Cr-V-RE系复合陶瓷涂层。

所述复合陶瓷涂层由下述重量份的组分制成：

碳化钼30，玻璃纤维10，铬15，碳化钒3，氧化铝5，氧化硅5，碳化铌10，铜粉6，钛粉2，碳化硅12，硅烷偶联剂KH5501，固化剂间苯二胺1，所述各组分颗粒均为500目。

上述复合陶瓷涂层材料的制备方法是；

步骤一、按照重量份数将各组分进行配料并混合均匀得混合料；

步骤二、对上述混合料注入去离子水并进行湿法球磨，球磨时间为10h；

步骤三、球磨后烘干，烘干温度为120℃；

步骤四、将步骤三烘干后的材料进行充分研磨至300目，并将其装入到模具中加压至40MPa、保压10min；