一种电镀金刚石滚刀刀圈及其加工工艺制造技术

一种电镀金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体和电镀到刀圈基体圆周外表面的金刚石耐磨层；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为1.20 ～1.55%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量。本发明专利技术还公开了一种电镀金刚石滚刀刀圈的加工工艺。本发明专利技术的加工工艺方法简单，可操作性强，效率高，本发明专利技术加工成的电镀金刚石滚刀刀圈不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于隧道、地铁施工
，尤其涉及一种电镀金刚石滚刀刀圈及其加工工艺。
技术介绍
目前，我国采用盾构、TBM法施工山岭隧道、城市地铁进入蓬勃发展时期，盾构、TBM法以其地质条件适应性强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点日益成为隧道施工工法首选，而国内一些在建地铁的城市经常遇到岩石抗压强度达到甚至超过100MPa的硬岩地层或研磨性极强的砂岩地层，盾构机在此地层中掘进，传统的钢制滚刀刀圈磨损严重，导致换刀频繁，加大了施工风险和工程成本。目前，滚刀刀圈常采用的材料为4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13等，但这些刀圈材料均为单一的合金钢材质，在硬岩和砂岩岩层掘进中，存在耐磨性差或者容易断裂的问题。对于一般条件下制备的金属材料而言，硬度和韧性是一对矛盾，硬度提高势必降低材料的韧性。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种韧性强、硬度高、耐磨性高、抗压性能好的电镀金刚石滚刀刀圈及其加工工艺。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种电镀金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体和电镀到刀圈基体圆周外表面的金刚石耐磨层；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6～0.8%、Mn为1.20～1.55%、Cr为2.7～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量。刀圈基体的整体硬度为刀圈基体硬度HRC为53～57，冲击韧性25～32J/cm2。一种电镀金刚石滚刀刀圈的加工工艺，包括以下步骤：a、所述的刀圈基体的各原料依次经过电炉冶炼、精炼、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工获得盘形刀圈基体粗坯；b、刀圈基体粗坯再依次经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工、获得整体硬度HRC53～57的刀圈基体；c、将刀圈基体放置到电镀液中进行电镀作业，电镀的金刚石粒度为10/20～30/40目，在刀圈基体表面电镀上金刚石耐磨层的厚度为1.0～1.6mm。步骤b中刀圈基体粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1040℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。步骤c具体包括以下步骤：（1）电镀液配制：调整电镀液的pH值为3.8～4.2，控制电镀液温度为40～50℃；（2）金刚石清洗：金刚石粉末为镀镍金刚石块研磨而成，将金刚石粉末依次用丙酮、盐酸和NaOH溶液浸泡后过滤；然后用碱性清洗液对待镀的刀圈基体表面的油污和氧化层进行清洗处理；（3）预镀：将刀圈基体放入电镀液中，在刀圈基体适镀面部分先电镀一层预镀层，预镀电流密度为1.2～1.8A/dm2，预镀层厚度为15～20μm；（4）上砂：将金刚石粉末加入电镀液中，将待镀的刀圈基体的预镀层埋入电镀液中，不断搅拌电镀混合液，对刀圈基体镀面部分施加400～1000mT的磁感应强度，使金刚石粉末吸附到刀圈基体镀面部分，使金刚石粉末全面覆盖到刀圈基体的预镀层表面并与刀圈基体紧密结合；（5）加厚：上砂后用电镀液冲洗除去镀面部分外围的浮砂，再放入金刚石粉末，不断搅拌的电镀液，在电镀层外进一步加厚镀层，电镀的电流密度为1.6～2.0A/dm2，加厚镀层厚度为金刚石磨料平均粒度的65%；（6）去应力处理：对加厚电镀后的刀圈基体和电镀层进行150～250℃低温处理1～2h即可去除应力。所述电镀液中硫酸钴的质量浓度为22～25g/L、硫酸镍的质量浓度为180～198g/L、氯化钠的质量浓度为16～20g/L。采用刀圈基体作为电镀阴极，金属板作为电镀阳极，所述金属板为金属镍板。电镀阳极材料镀前处理：用质量分数为20%的硫酸溶液浸泡金属镍板以除去表面氧化组织。采用上述技术方案，本专利技术采用电镀的工艺，把金刚石粉末电镀到刀圈基体的外圆周表面，采用独特的加工工艺使刀圈基体具有极高的韧性。通过对电镀后的刀圈基体和电镀层进行低温处理去应力处理，提高刀圈基体和电镀层之间的结合力。金刚石耐磨层具有很高的抗压强度、硬度和耐磨性高，故能轻易破碎岩石的同时具有极高的寿命，也大大提高了施工掘进效率。本专利技术的加工工艺方法简单，可操作性强，效率高，本专利技术加工成的电镀金刚石滚刀刀圈不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命。附图说明图1是本专利技术产品的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的一种电镀金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体1和电镀到刀圈基体1圆周外表面的金刚石耐磨层2；其中刀圈基体1的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6～0.8%、Mn为1.20～1.55%、Cr为2.7～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量。刀圈基体1的整体硬度为刀圈基体1硬度HRC为53～57，冲击韧性25～32J/cm2。一种电镀金刚石滚刀刀圈的加工工艺，包括以下步骤：a、所述的刀圈基体1的各原料依次经过电炉冶炼、精炼、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工获得盘形刀圈基体1粗坯；b、刀圈基体1粗坯再依次经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工、获得整体硬度HRC53～57的刀圈基体1；c、将刀圈基体1放置到电镀液中进行电镀作业，电镀的金刚石粒度为10/20～30/40目，在刀圈基体1表面电镀上金刚石耐磨层2的厚度为1.0～1.6mm。步骤b中刀圈基体1粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1040℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。步骤c具体包括以下步骤：（1）电镀液配制：调整电镀液的pH值为3.8～4.2，控制电镀液温度为40～50℃；（2）金刚石清洗：金刚石粉末为镀镍金刚石块研磨而成，将金刚石粉末依次用丙酮、盐酸和NaOH溶液浸泡后过滤；然后用碱性清洗液对待镀的刀圈基体1表面的油污和氧化层进行清洗处理；（3）预镀：将刀圈基体1放入电镀液中，在刀圈基体1适镀面部分先电镀一层预镀层，预镀电流密度为1.2～1.8A/dm2，预镀层厚度为15～20μm；（4）上砂：将金刚石粉末加入电镀液中，将待镀的刀圈基体1的预镀层埋入电镀液中，不断搅拌电镀混合液，对刀圈基体1镀面部分施加400～1000mT的磁感应强度，使金刚石粉末吸附到刀圈基体1镀面部分，使金刚石粉末全面覆盖到刀圈基体1的预镀层表面并与刀圈基体1紧密结合；（5）加厚：上砂后用电镀液冲洗除去镀面部分外围的浮砂，再放入金刚石粉末，不断搅拌的电镀液，在电镀层外进一步加厚镀层，电镀的电流密度为1.6～2.0A/dm2，加厚镀层厚度为金刚石磨料平均粒度的65%；（6）去应力处理：对加厚电镀后的刀圈基体1和电镀层进行150～250℃低温处理1～2h即可去除应力。所述电镀液中硫酸钴的质量浓度为22～25g/L、硫酸镍的质量浓度为180～198g/L、氯化钠的质量浓度为16～20g/L。采用刀圈基体1作为电镀阴极，金属板作为电镀阳极，所述金属板为金属镍板。电镀阳极材料镀前处理：用质量分数为20%的硫酸溶液浸泡金属镍板以除去表面氧化组织。以上实施例仅用以说明而非限制本专利技术的技术方案，尽管参照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电镀金刚石滚刀刀圈，其特征在于：包括刀圈基体和电镀到刀圈基体圆周外表面的金刚石耐磨层；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为1.20 ～1.55%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种电镀金刚石滚刀刀圈，其特征在于：包括刀圈基体和电镀到刀圈基体圆周外表面的金刚石耐磨层；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6～0.8%、Mn为1.20～1.55%、Cr为2.7～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量。2.根据权利要求1所述的一种电镀金刚石滚刀刀圈，其特征在于：刀圈基体的整体硬度为刀圈基体硬度HRC为53～57，冲击韧性25～32J/cm2。3.根据权利要求2所述的一种电镀金刚石滚刀刀圈的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：a、所述的刀圈基体的各原料依次经过电炉冶炼、精炼、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工获得盘形刀圈基体粗坯；b、刀圈基体粗坯再依次经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工、获得整体硬度HRC53～57的刀圈基体；c、将刀圈基体放置到电镀液中进行电镀作业，电镀的金刚石粒度为10/20～30/40目，在刀圈基体表面电镀上金刚石耐磨层的厚度为1.0～1.6mm。4.根据权利要求3所述的一种电镀金刚石滚刀刀圈的加工工艺，其特征在于：步骤b中刀圈基体粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1040℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。5.根据权利要求3所述的一种电镀金刚石滚刀刀圈的加工工艺，其特征在于：步骤c具体包括以下步骤：（1）电镀液配制：调整电镀液的pH值为3.8～4.2，控制电镀液温度为40～50℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张发厅，王瑞利，王增胜，高德峰，陈永方，杨建波，马志国，孙晨磊，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：河南;41