[发明专利]一种盾构机滚刀的表面加工方法

说明书

本发明涉及一种盾构机滚刀的表面加工方法，步骤如下：S1基材表面去除氧化层和杂质，使其粗糙度打到0.2μm以下；S2在基体表面制造激光纹理；S3在激光纹理上铺多孔阳极氧化铝薄膜；S4在多孔阳极氧化铝薄膜上铺复合粉末；S5激光熔覆。本发明在激光熔覆的基础上，通过基体表面激光纹理处理，加多孔阳极氧化铝，进行复合粉末的激光熔覆，提高了滚刀刀圈表面的正向耐冲击性、表面耐磨性。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，涉及激光熔覆技术，尤其是一种盾构机滚刀的表面加工方法。

背景技术

随着社会经济的发展，地上空间显得越来越拥挤。因此人们把目光转向地下空间，盾构法以其适应性好，对周围环境干扰小，高效、安全等特点成为城市地下工程的首选施工方法。在进行地下硬岩部分施工或进行山体施工时，滚刀是主要的切削部件。滚刀工作过程中，主要依靠刀圈对岩石的挤压和摩擦进行破岩，其工作环境恶劣，受力条件复杂，使用寿命较短，若经常更换滚刀将影响施工效率，增加掘进成本。因此，提高刀具的耐用度、耐冲击性，进而提高盾构法的施工效率，降低施工成本具有重要的意义。

关于提高刀具耐磨性、耐冲击性，延长刀具使用寿命方面国内外也进行了好多的研究，目前采最为广泛的方法是通过表面改性技术来提高刀具耐磨性、耐冲击性等性能。例如通过化学热处理、电化学、热喷涂等使刀具表面涂敷一层涂层，进而提高基材表面的耐磨性等，然而热喷涂技术和化学热处理等工艺存在着工艺要求高、涂层薄、基材和涂层之间非冶金结合，涂层容易被磨掉等缺点。还有一种方法就是通过改变刀具的轮廓尺寸，优化其表面结构，改变刀具受力以期改变刀具的受力情况，这种方法有一个缺点是需要重新制定锻造模具尺寸，需要投入较多的费用。随着科技的发展，大功率激光的出现，激光熔覆技术作为一种新兴的表面处理技术因其熔覆层与基底实现冶金结合、能够获得理想厚度、降低材料成本与能源消耗等优点，得到了迅速的发展。40Cr钢具备较好的低温冲击韧性及较低的缺口敏感性，淬透性性良好和优良的综合力学性能，40Cr钢经调质处理后，切削性能良好，被广泛地用来制造高硬度、高耐磨性的盾构机滚刀，因为盾构滚刀主要依靠刀圈对岩石的挤压摩擦进行破岩，其受到的正向冲击是非常大的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种盾构机滚刀的表面加工方法，提高了滚刀刀圈表面的正向耐冲击性、表面耐磨性。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种盾构机滚刀的表面加工方法，步骤如下：

S1基材表面去除氧化层和杂质，使其粗糙度打到0.2μm以下；

S2在基体表面制造激光纹理；

S3在激光纹理上铺多孔阳极氧化铝薄膜；

S4在多孔阳极氧化铝薄膜上铺复合粉末；

S5激光熔覆。

进一步的，所述在基体表面制造激光纹理是采用波长为400-600nm的纳秒激光器进行表面激光纹理的处理。

进一步的，激光的参数是：输出功率为5-15W，Q频15-25KHz，Q释放1-8us，电流30-50A，打标速度50-200mm/s，光斑直径0.01-0.04mm，纹理填充为十字网格填充，横向与纵向间距都为0.02-0.08mm。

进一步的，所述多孔阳极氧化铝薄膜厚度为0.5-1.5mm，膜上排列着具有一定规则性的六边形骨架和圆形的孔，孔径约为100-200nm，孔间距约为200-300nm。

进一步的，所述复合粉末由Al粉、Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、铸造WC粉按摩尔比0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：0.2-0.5组成。

进一步的，所述激光熔覆用功率为3Kw的CO2激光器行激光熔覆，激光功率900-1500W，扫描速度5-8mm/s，搭接率40％。