[發明專利]耐磨涂層及其制備方法、盾構滾刀的刀圈、盾構滾刀和盾構機

有效

• 申請號: 201910823817.1
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110607084B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 龍偉民;鐘素娟;張雷;黃俊蘭;秦建;孫華為;路全彬;周許升
• 申請（專利權）人: 鄭州機械研究所有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C09D1/00;C09D7/61;E21D9/08
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王煥

本發明提供了一種耐磨涂層及其制備方法、盾構滾刀的刀圈、盾構滾刀和盾構機，包括依次連接的第一涂層和第二涂層；所述第一涂層由鎳鉻鐵合金制備得到；所述第二涂層由包括按照質量份數計的以下組份制備得到：金剛石微粉5～12份、氟化鈣1～5份和鎳基釬料83～94份；所述第一涂層用于與以鐵或鐵合金為主要原料的基體相連接。本發明所提供的耐磨涂層，由多道次的、不相同的、較薄的涂層構成，在基體和鎳基釬料之間添加鎳鉻鐵合金過渡層，抑制了裂紋的萌生和擴展，增強了涂層與基體的結合強度，并且在涂層中添加金剛石微粉作為硬質相，具有熱損傷小，硬質相均布、成本較低等優點，有效提升了盾構滾刀刀圈的耐磨性能和延長了刀圈的使用壽命。

技術領域

本發明涉及工程裝備表面處理領域，具體而言，涉及一種耐磨涂層及其制備方法、盾構滾刀的刀圈、盾構滾刀和盾構機。

背景技術

盾構滾刀是盾構機刀具的一種，在施工中承擔著推進“前鋒”的作用。盾構滾刀由刀圈和刀齒組成。刀圈一般選用合金鋼作為母材，刀齒為釬焊或鑲嵌的硬質合金。硬質合金刀齒起滾壓和切削巖土作用，刀圈對硬質合金刀齒起支撐保護作用。受到土質狀況和地下水壓隨機變化的影響，隨著施工的不斷推進、刀盤的不斷轉動，盾構滾刀承受著持續和變化的擠壓、頂進、刮削、沖擊、磨損等多種受力方式，主要表現為刀具的強力磨損與沖擊。

滾刀刀圈和硬質合金刀齒均受巖石磨損。由于滾刀的破巖效率與滾刀的刃口寬度有關，隨著刀圈磨損量的增加，刃口的寬度增加，當達到一定范圍時會影響掘進速度，甚至不能再掘進。因此，滾刀的失效形式主要是刀圈磨損、刀圈斷裂。其中，滾動刀圈的耐磨性能是滾刀失效的關鍵。為提高滾刀刀圈的耐磨性，并且在釬焊或鑲嵌硬質合金時不產生微裂紋，國內外研究單位和工廠常采用高強度合金鋼作為滾刀刀圈材料，經鍛造成形、表面滲碳淬火處理來提高耐磨性。但齒跟周圍的刀圈仍不會很硬，滲碳深度也不會很深，巖石很容易將滲碳層磨掉，使得刀圈的壽命受到限制。因此，采用表面技術在盾構滾刀刀圈表面制備耐磨涂層具有重要意義。

但是，現有盾構滾刀刀圈涂層存在以下問題：采用堆焊法制備刀圈耐磨涂層，雖然可制備較厚的涂層，但堆焊熱輸出大，堆焊后熱應力大，易產生裂紋，極易擴展進母材、使刀圈斷裂；現有涂層的硬質相多為大顆粒碳化物或硬質合金，涂層不均勻，易產生局部應力集中，產生微裂紋，導致大顆粒的硬質相在工作過程中易碎裂或脫落；采用常規釬涂法制備耐磨涂層，雖然熱應力小，但制備的涂層很薄，刀圈的耐磨性能難以有效提升；采用激光熔敷，設備投資高，涂層成本高。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種耐磨涂層，以解決或部分解決上述問題，所述的耐磨涂層，由多道次的、不相同的、較薄的涂層構成，在基體和鎳基釬料之間添加鎳鉻鐵合金過渡層，抑制了裂紋的萌生和擴展，增強了涂層與基體的結合強度，并且在涂層中添加金剛石微粉作為硬質相，具有熱損傷小，硬質相均布、成本較低等優點。

本發明的第二目的在于提供一種所述的耐磨涂層的制備方法，該方法先將涂層原料與粘合劑混合成膏狀物，涂覆在基體表面，然后采用感應釬涂法制備涂層，該制備方法具有成本低、加熱速率快、母材和金剛石的熱影響區小、不會造成過大的熱損傷、涂層制備后無需熱處理等優點，實現了涂層制備與熱處理一體化。

本發明的另一個目的在于提供一種盾構滾刀，該盾構滾刀的刀圈表面涂覆有所述的耐磨涂層，有效提升了刀圈的耐磨性能和延長了刀圈的使用壽命。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種耐磨涂層，包括依次連接的第一涂層和第二涂層；

所述第一涂層由鎳鉻鐵合金制備得到，優選的，所述鎳鉻鐵合金為Inconel 718；

所述第二涂層由包括按照質量份數計的以下組份制備得到：

金剛石微粉5～12份、氟化鈣1～5份和鎳基釬料83～94份；