[發明專利]一種激光熔覆納米涂層盾構機微織構刀具

在審

• 申請號: 202210532187.4
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114653954A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 徐淑波;趙晨浩;薛現猛;張森;盧慶亮;孫化鑫;孫海波;張世超;胡馨支;馬錫全;景鵬飛
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F10/28;B82Y30/00;B82Y40/00;C22C29/08;C22C37/06;C22C38/36;C22C38/38;C23C24/10;B22F10/50;B22F10/66;B22F10/68;B22F5/00;B23K26/352
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本發明提供了一種激光熔覆納米涂層盾構機微織構刀具的方法。首先利用機械球磨法制備刀刃與刀體粉末制成所需的混合粉末，并在超聲沖擊輔助下用3D打印技術實現對盾構機刀刃與刀體的一體打印；然后進行表面拋光去除表面污垢沉積，并利用光纖激光打標機進行刀具主切削刃處的激光微織構處理；進而超聲波酒精和去離子水先后清洗，以保證盾構機刀具基體表面清潔無雜質；最后用攪拌球磨機制備熔覆涂層的納米粉末，并用激光熔覆技術完成對對刀具表面高耐磨耐腐蝕納米晶涂層的制備。本發明提高盾構機刀具的耐磨性、抗沖擊性與高溫力學性能，進而提高刀具的使用壽命。

技術領域

本發明屬于硬質合金領域，具體涉及一種激光熔覆納米涂層盾構機微織構刀具的方法。

背景技術

隨著我國城市軌道交通建設規模的不斷加大，盾構法施工技術以其可靠、安全和高效的特點在隧道工程施工中占據越來越重要的地位。我國地域遼闊、地質條件多樣復雜，在地下苛刻的施工條件下，盾構刀具的磨損、斷裂情況時常發生，特別是在在砂卵石、礫石地層掘進施工過程中，靠近刀盤外側的刀具刃部要承受較大的沖擊力，周邊刀具的磨損形式主要是沖擊磨損和磨粒磨損，這兩種磨損形式是導致刀刃部分磨損的主要原因。由于硬質合金的硬度高而抗沖擊韌性差，當安裝于刀盤外緣的周邊刀及齒刀以較高的速度切削土體時與地層中的石塊發生碰撞，撞擊結果便焊接在刀體刃部的硬質合金刀刃發生脫落或斷裂，刀體上失去了高硬度硬質合金層后，硬度較低的刀具本體很快就會被磨損掉。

由于刀具的易磨損、抗沖擊韌性差的特性，一方面會影響整體施工質量，延緩掘進速度；另一方面，增加了盾構停機換刀的工作量，從而導致工期延長，維護成本增加。盾構刀具磨損受刀具配置、刀具材質、地質情況及施工參數等多因素影響，而刀具的材料無疑是影響刀具磨損最根本的原因。因此，從刀具材質方面出發開展新型盾構刀具研發，對減少刀具磨損具有重要的意義。

綜上所述，本發明的有益效果在于：通過對盾構機表面激光微織構與納米涂層處理后，達到減少摩擦系數與提高表面硬度的目的，從而提高盾構機刀具的耐磨、抗沖擊性與導熱系數，以便在高溫使用過程中將摩擦引起的熱量迅速擴散出去，從而提高盾構機刀具在高溫時的力學性能以及高溫疲勞壽命。

發明內容

本發明專利是為了能夠有效解決盾構機刀具工作時易磨損與抗沖擊性較差的問題，通過3D打印成型的盾構機刀具基體經過激光微織構處理后，可快速制造出低成本、高耐磨性的刀具，為有效提高盾構機的掘進效率與盾構機刀具的服役壽命，而提供了一種激光熔覆納米涂層盾構機微織構刀具的方法。

本發明是通過如下技術方案來實現：

本發明提供了一種激光熔覆納米涂層盾構機微織構刀具的方法。首先利用機械球磨法制備刀刃與刀體粉末制成所需的混合粉末，并在超聲沖擊輔助下用3D打印技術實現對盾構機刀刃與刀體的一體打印；然后進行表面拋光去除表面污垢沉積，并利用光纖激光打標機進行刀具主切削刃處的激光微織構處理；進而超聲波酒精和去離子水先后清洗，以保證盾構機刀具基體表面清潔無雜質；最后用攪拌球磨機制備熔覆涂層的納米粉末，并用激光熔覆技術完成對對刀具表面高耐磨耐腐蝕納米晶涂層的制備。

本發明的具體制備方法包括以下步驟：

步驟一：機械球磨法制粉

首先將質量比為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攪拌球磨機，磨球為WC-Co的硬質合金球，球料比10:1，轉速450 r/min。然后利用真空干燥箱對漿料進行干燥并過篩，然后將上述混合粉末球磨6小時以上，在與鈷粉混合后獲得硬質合金粉末作為刀刃材料；刀體粉末由質量比為C：Cr：Mn：Fe=3~5:5~10:2~3:80~90的粉末經過攪拌球磨機球磨4h制成；

步驟二：3D打印技術制備盾構機刀具