[发明专利]一种激光熔覆纳米涂层盾构机微织构刀具

说明书

本发明提供了一种激光熔覆纳米涂层盾构机微织构刀具的方法。首先利用机械球磨法制备刀刃与刀体粉末制成所需的混合粉末，并在超声冲击辅助下用3D打印技术实现对盾构机刀刃与刀体的一体打印；然后进行表面抛光去除表面污垢沉积，并利用光纤激光打标机进行刀具主切削刃处的激光微织构处理；进而超声波酒精和去离子水先后清洗，以保证盾构机刀具基体表面清洁无杂质；最后用搅拌球磨机制备熔覆涂层的纳米粉末，并用激光熔覆技术完成对对刀具表面高耐磨耐腐蚀纳米晶涂层的制备。本发明提高盾构机刀具的耐磨性、抗冲击性与高温力学性能，进而提高刀具的使用寿命。

技术领域

本发明属于硬质合金领域，具体涉及一种激光熔覆纳米涂层盾构机微织构刀具的方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通建设规模的不断加大，盾构法施工技术以其可靠、安全和高效的特点在隧道工程施工中占据越来越重要的地位。我国地域辽阔、地质条件多样复杂，在地下苛刻的施工条件下，盾构刀具的磨损、断裂情况时常发生，特别是在在砂卵石、砾石地层掘进施工过程中，靠近刀盘外侧的刀具刃部要承受较大的冲击力，周边刀具的磨损形式主要是冲击磨损和磨粒磨损，这两种磨损形式是导致刀刃部分磨损的主要原因。由于硬质合金的硬度高而抗冲击韧性差，当安装于刀盘外缘的周边刀及齿刀以较高的速度切削土体时与地层中的石块发生碰撞，撞击结果便焊接在刀体刃部的硬质合金刀刃发生脱落或断裂，刀体上失去了高硬度硬质合金层后，硬度较低的刀具本体很快就会被磨损掉。

由于刀具的易磨损、抗冲击韧性差的特性，一方面会影响整体施工质量，延缓掘进速度；另一方面，增加了盾构停机换刀的工作量，从而导致工期延长，维护成本增加。盾构刀具磨损受刀具配置、刀具材质、地质情况及施工参数等多因素影响，而刀具的材料无疑是影响刀具磨损最根本的原因。因此，从刀具材质方面出发开展新型盾构刀具研发，对减少刀具磨损具有重要的意义。

综上所述，本发明的有益效果在于：通过对盾构机表面激光微织构与纳米涂层处理后，达到减少摩擦系数与提高表面硬度的目的，从而提高盾构机刀具的耐磨、抗冲击性与导热系数，以便在高温使用过程中将摩擦引起的热量迅速扩散出去，从而提高盾构机刀具在高温时的力学性能以及高温疲劳寿命。

发明内容

本发明专利是为了能够有效解决盾构机刀具工作时易磨损与抗冲击性较差的问题，通过3D打印成型的盾构机刀具基体经过激光微织构处理后，可快速制造出低成本、高耐磨性的刀具，为有效提高盾构机的掘进效率与盾构机刀具的服役寿命，而提供了一种激光熔覆纳米涂层盾构机微织构刀具的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现：

本发明提供了一种激光熔覆纳米涂层盾构机微织构刀具的方法。首先利用机械球磨法制备刀刃与刀体粉末制成所需的混合粉末，并在超声冲击辅助下用3D打印技术实现对盾构机刀刃与刀体的一体打印；然后进行表面抛光去除表面污垢沉积，并利用光纤激光打标机进行刀具主切削刃处的激光微织构处理；进而超声波酒精和去离子水先后清洗，以保证盾构机刀具基体表面清洁无杂质；最后用搅拌球磨机制备熔覆涂层的纳米粉末，并用激光熔覆技术完成对对刀具表面高耐磨耐腐蚀纳米晶涂层的制备。

本发明的具体制备方法包括以下步骤：

步骤一：机械球磨法制粉

首先将质量比为W：C：Ni：Ti：Co=70~80:5~10:5~10:5~10:5~10的粉末倒入酒精溶液中用搅拌球磨机，磨球为WC-Co的硬质合金球，球料比10:1，转速450 r/min。然后利用真空干燥箱对浆料进行干燥并过筛，然后将上述混合粉末球磨6小时以上，在与钴粉混合后获得硬质合金粉末作为刀刃材料；刀体粉末由质量比为C：Cr：Mn：Fe=3~5:5~10:2~3:80~90的粉末经过搅拌球磨机球磨4h制成；

步骤二：3D打印技术制备盾构机刀具