一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层制造技术

本发明专利技术公开了一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，包括刀圈本体，所述刀圈本体外侧沿周向环绕设置有向外突出的刀头部分，在所述突出的刀头部分的表面制备纳米陶瓷涂层。所述纳米陶瓷涂层具有耐磨损、高硬度、抗撞击的性能。滚刀刀圈制备纳米陶瓷涂层后掘进量提高5倍以上，刀头耐磨性能得到大幅提升，其整体结构的完整度得到保障，使用寿命得以延长，最终提高工程进度，减少换刀次数，降低资源消耗。本发明专利技术可适用于硬岩隧道掘进机(硬岩TBM)和各类盾构机滚刀。(硬岩TBM)和各类盾构机滚刀。(硬岩TBM)和各类盾构机滚刀。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层


[0001]本专利技术属于硬岩隧道掘进机(硬岩TBM)和各类盾构机装备
，具体涉及一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层。

技术介绍

[0002]我国在盾构机研制方面，通过多年的引进、消化吸收及在此基础上不断研发、创新，已经积累了很多经验，并且不断取得创新和突破。与国外相比，我国盾构机制造技术仍存在一定差距，在刀具，刀盘、驱动、轴承密封、盾尾密封、液压系统及自动化控制一些技术细节等方面存在着较大的差距。
[0003]滚刀是盾构机刀具的一种，在施工中承担着推进“前锋”的作用。盾构滚刀由刀圈和刀齿组成。刀圈一般选用合金钢作为母材，刀齿为钎焊或镶嵌的硬质合金。硬质合金刀齿起滚压和切削岩土作用，刀圈对硬质合金刀齿起支撑保护作用。受到地质状况和地下水压随机变化的影响，随着施工的不断推进、刀盘的不断转动，盾构滚刀承受着持续或变化的挤压、顶进、刮削、冲击及磨损。滚刀的磨损不仅仅局限于刀齿部分，刀圈侧面在施工生成的碎石块碰撞下，容易产生裂纹破损，而且由于设计原因更换刀具困难，耗费工时。盾构机的掘进效率难以提升。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种材质为硬质合金钢或H13钢的盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，其具有耐磨损、高硬度、抗撞击的性能。滚刀刀圈制备纳米陶瓷涂层后掘进量提高5倍以上，刀头耐磨性能得到大幅提升，其整体结构的完整度得到保障，使用寿命得以延长，最终提高工程进度，减少换刀次数，降低资源消耗。本专利技术可适用于硬岩隧道掘进机(硬岩TBM)和各类盾构机滚刀。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，包括刀圈本体，所述刀圈本体外侧沿周向环绕设置有向外突出的刀头部分，所述突出的刀头部分的表面制备纳米陶瓷涂层。所述纳米陶瓷涂层具有耐磨损、高硬度、抗撞击的性能。
[0007]在一些实施方式中，所述刀圈或滚刀的材质为硬质合金钢或H13钢；
[0008]在一些实施方式中，在所述突出刀头部分的外表面上制备纳米陶瓷涂层；
[0009]在一些实施方式中，制备纳米陶瓷涂层是由粒径小于100纳米的金属陶瓷材料制备而成；
[0010]在一些实施方式中，所述的小于100纳米以下的金属陶瓷颗粒的材料为Cr3C2、Ni、W、WC、Cr、Ni、Al、Co、Fe、B等中一种或多种复合而成；
[0011]在一些实施方式中，所述的涂层为纳米金属陶瓷复合涂层；
[0012]在一些实施方式中，所述的涂层厚度为100
‑
200um；
[0013]在一些实施方式中，所述的涂层维氏硬度为HV900
‑
1100；
[0014]在一些实施方式中，所述的涂层致密度为99％以上；
[0015]在一些实施方式中，所述的涂层粗糙度Ra2
‑
3；
[0016]在一些实施方式中，所述的涂层具有良好的抗冲击抗撞击性能；
[0017]在一些实施方式中，所述的涂层制备工艺采用超音速或等离子喷涂工艺。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1、纳米陶瓷涂层具有耐磨砺磨损、耐冲刷磨损、高硬度、高韧性、抗撞击的性能，与滚刀结合力高，提高了滚刀的使用寿命和掘进量，大大缩减了工程进度，提高了工作效率。
[0020]2、快速实现国产化，在TBM硬岩地质条件下，意大利进口的滚刀掘进量100米时因刀头磨损而失效。采用国产H13钢制造的滚刀在表面制备纳米陶瓷涂层后，可实现500米的掘进量，其性能超过并优于进口件。
[0021]3、纳米陶瓷涂层适用于硬岩隧道掘进机(硬岩TBM)和各类盾构机滚刀，可大幅提高其耐磨抗损的性能，降低损耗，减少更换刀具的次数；
[0022]4、在刀头部位涂覆纳米陶瓷涂层，有利于保持刀圈结构的完整度，确保刀圈本体在纳米涂层的保护下延长使用寿命，掘进量可提高5倍以上。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种一种实例的滚刀结构示意图；
[0024]图2为纳米陶瓷涂层在滚刀上的涂布位置示意图。
[0025]图中：
[0026]1刀头部分，2纳米陶瓷涂层。
具体实施方式
[0027]下面对本专利技术的内容做进一步说明：
[0028]一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，包括刀圈本体，所述刀圈本体的材质为硬质合金钢或H13钢；所述刀圈本体外侧沿周向环绕设置有向外突出的刀头部分1，所述突出的刀头部分1的表面设置有纳米陶瓷涂层2；所述纳米陶瓷涂层具有耐磨损、高硬度、抗撞击的性能。其中所述纳米陶瓷涂层2主要设置在刀圈的刀头部，通过设置纳米陶瓷涂层2实现增强刀头部的耐磨性能，同时提高硬度和抗撞击性能，使得刀圈能够更好的适应盾构机的使用工况。
[0029]具体的，纳米陶瓷涂层2中包括粒径小于100纳米的金属陶瓷颗粒，该金属陶瓷颗粒为纳米陶瓷涂层2的主要功能成分，其余的组成可参考一些现有的技术。如此可减小碎石块对刀圈主体的冲撞损伤，纳米陶瓷涂层2的刀头不容易出现裂缝或缺口，有利于保持刀圈结构的完整度，确保刀圈内部受力均匀。可大幅提高突出部1的耐磨抗损性能，降低磨损消耗，减少更换刀具的次数，以此缩短盾构机停工换刀的时间，最终提高整个盾构机的掘进效率。
[0030]更具体的，金属陶瓷颗粒的材料为Cr3C2、Ni、W、WC、Cr、Ni、Al、Co、Fe、B中一种或多种合制而成。或金属陶瓷颗粒的材料可为Cr3C2
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Ni、WC
‑
Co、WC
‑
Co
‑
Cr、Cr3C2
‑
NiAl、WC
‑
FeCrAl和WC
‑
CrB中一种或多种制成。
[0031]需要说明的是，纳米陶瓷涂层2为纳米金属陶瓷复合涂层。
[0032]针对纳米陶瓷涂层2在设置的过程中，其在刀头的涂层厚度为100
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200um。喷涂完成后涂层维氏硬度为HV900
‑
1100。
[0033]涂层致密度为99％以上。涂层粗糙度Ra2
‑
3。
[0034]涂层制备工艺采用超音速或等离子喷涂工艺。
[0035]本领域的技术人员可以明确，在不脱离本专利技术的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本专利技术的保护范围之内。本专利技术的保护方案以本专利技术所附的权利要求书为准。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，其特征在于，包括刀圈本体，所述刀圈本体外侧沿周向环绕设置有向外突出的刀头部分(1)，所述突出的刀头部分(1)的表面设置有纳米陶瓷涂层(2)；所述纳米陶瓷涂层具有耐磨损、高硬度、抗撞击的性能。2.根据权利要求1所述的一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，其特征在于，纳米陶瓷涂层(2)是由粒径小于100纳米的金属陶瓷材料制备而成。3.根据权利要求2所述的一种盾构机滚刀的耐磨损高硬度抗撞击纳米陶瓷涂层，其特征在于，金属陶瓷颗粒的材料为Cr3C2、Ni、W、WC、Cr、Ni、Al、Co、Fe、B中一种或多种复合而成；或，金属陶瓷颗粒的材料可为Cr3C2
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Ni、WC
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Co、WC
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Co
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Cr、Cr3C2
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NiAl、WC
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FeCrA...

【专利技术属性】
技术研发人员：田庆芬，李刚，
申请(专利权)人：上海英佛曼纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：