一种盾构机刀具耐磨涂层制备方法与流程

1.本发明涉及盾构机领域，更具体的说，是涉及一种盾构机刀具耐磨涂层制备方法。


背景技术：

2.盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
3.盾构机的主要组成部分包括盾壳、刀盘及刀具、刀盘驱动、推进系统、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等。
4.盾构刀具是盾构设备的重要组成部分，安装在位于盾构机最前端的刀盘上，在施工中承担着推进“前锋”的作用。盾构机在施工过程中,通过刀盘上的刀具对前方岩土进行压裂、刮削，是实现盾构机掘进功能的关键零部件,因而有关盾构刀具的技术也列为盾构的核心技术。
5.一台盾构机刀盘通常安装有多个不同用途的各种刀具，目前世界上大尺寸的盾构机的刀盘单盘镶嵌的刀具数量已经超过200件。
6.盾构机在施工中会遇到各种不同的复杂地层，特别是复合地层中，开挖时刀盘受力相当复杂，极易造成刀具、刀盘的磨损，严重影响开挖效率、施工质量及工程费用等。因此如何提高刀具使用寿命，减少施工中停工更换刀具的频次，是现在盾构施工中需要解决的问题。
7.盾构机刀具是掘进过程中最易损坏的零部件，长期被国外垄断，且价格昂贵。盾构施工中刀具寿命短、更换刀具不仅增加施工成本，还会对施工工期产生很大影响。另外刀具大量依赖进口，材料成本高，影响按时供货的不确定因素多。这些都是目前盾构施工中亟待解决的问题。而且在松软土质下开仓更换刀具会存在很大风险。因此提高刀具使用寿命对于盾构机掘进施工非常重要。


技术实现要素：

8.本发明的目的是在盾构机刀具表面制备一层耐磨涂层，提高刀具的使用寿命，提供一种盾构机刀具耐磨涂层制备方法。
9.本发明一种盾构机刀具耐磨涂层制备方法，采用预置式激光熔覆工艺，首先用等离子喷涂技术在盾构机刀具表面形成一定厚度的预置涂层，然后采用激光熔覆技术对预置涂层进行扫描熔覆，在盾构机刀具表面得到一层耐磨涂层，具体按照下述步骤进行：第一步：刀具表面预处理，首先用丙酮清洗掉刀具表面的油污，然后进行喷砂处理，要求表面达到sa3级；第二步：刀具经喷砂处理后，用80kw等离子设备，将刀具激光专用粉喷涂到刀具表面，厚度最小要在1mm以上，形成预置涂层；刀具激光专用粉为nicrbsimo 30%wc粉末，粉末粒度为45-106μm；第三步：用5kwco2激光器进行扫描熔覆，在刀具表面得到一次均匀致密的耐磨涂
层。
10.所述第二步喷涂功率为40kw，喷涂距离为70-120mm，主气流量为30-40l/min。
11.所述第三步激光扫描功率为2.5～3.5kw,扫描速度为200～400mm/min。
12.本发明具有如下有益效果：本发明采用等离子喷涂工艺和激光熔覆工艺在刀具表面形成一层耐磨涂层，大幅提高了盾构机刀具的使用寿命；提高刀具的硬度、耐磨性，从而提高刀具的使用寿命，减少盾构机施工中的停机更换刀具频率，并能够替代价格昂贵的进口刀具，减少国外刀具在国内盾构机市场的垄断地位。
具体实施方式
13.下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
14.本发明主要涉及等离子喷涂工艺和激光熔覆工艺，分别介绍如下：等离子喷涂工艺等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。
15.激光熔覆工艺激光熔覆工艺是近些年来应用较广的一项技术，激光熔覆是指在激光束照射下，被选择的涂层材料以不同的添料方式在被熔覆基体表面上快速熔化、凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等工艺相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等特点，因此被广泛应用。
16.本发明采用等离子喷涂工艺和激光熔覆工艺在盾构机刀具表面制备一层耐磨涂层；主要有三个工艺步骤。
17.第一步骤：刀具表面预处理，首先用丙酮清洗掉刀具表面的油污，然后进行喷砂处理，要求表面达到sa3级。
18.第二步骤：采用等离子喷涂工艺对经第一步骤完成后的盾构机刀具表面进行涂层预制。喷涂材料为nicrbsimo 30%wc粉末，粉末粒度为45-106μm，喷涂设备选用80kw大气等离子喷涂设备，喷涂功率为40kw，喷涂距离为70-120mm，主气流量为30-40l/min，预制涂层厚度≥1mm。
19.第三步骤：采用激光熔覆工艺对经第一步和第二步后的盾构机刀具进行扫描熔覆，在刀具表面得到一次均匀致密的耐磨涂层。激光器为5kwco2激光器，激光扫描功率为2.5～3.5kw,扫描速度为200～400mm/min。
20.采用本发明的涂层制备方法得到的盾构机刀具，具有很好的耐磨性和耐蚀性，其使用寿命是原来的2-3倍。


技术特征：
1.一种盾构机刀具耐磨涂层制备方法，其特征是，按照下述步骤进行：第一步：刀具表面预处理，首先用丙酮清洗掉刀具表面的油污，然后进行喷砂处理，要求表面达到sa3级；第二步：采用等离子喷涂工艺对经第一步骤完成后的盾构机刀具表面进行涂层预制，采用的喷涂材料为nicrbsimo 30%wc粉末，粉末粒度为45-106μm，喷涂设备选用80kw大气等离子喷涂设备，喷涂功率为40kw，喷涂距离为70-120mm，主气流量为30-40l/min，预制涂层厚度≥1mm；第三步：采用激光熔覆工艺对经第一步和第二步后的盾构机刀具进行扫描熔覆，在刀具表面得到一层均匀致密的耐磨涂层，激光器为5kwco2激光器，激光扫描功率为2.5～3.5kw,扫描速度为200～400mm/min。

技术总结
本发明公开了一种盾构机刀具耐磨涂层制备方法。本发明盾构机刀具耐磨涂层制备方法，采用预置式激光熔覆工艺，首先用等离子喷涂技术在盾构机刀具表面形成一定厚度的预置涂层，然后采用激光熔覆技术对预置涂层进行扫描熔覆，在盾构机刀具表面得到一层耐磨涂层。本发明采用等离子喷涂工艺和激光熔覆工艺在刀具表面形成一层耐磨涂层，大幅提高了盾构机刀具的使用寿命；提高刀具的硬度、耐磨性，从而提高刀具的使用寿命，减少盾构机施工中的停机更换刀具频率，并能够替代价格昂贵的进口刀具，减少国外刀具在国内盾构机市场的垄断地位。少国外刀具在国内盾构机市场的垄断地位。


技术研发人员：时圣有 邸宝永 高博乾
受保护的技术使用者：天津市机械涂层研究所有限责任公司
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2022/11/15