镍基碳化钨复合合金粉及其应用以及镍基碳化钨复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基碳化钨复合合金粉及其应用以及镍基碳化钨复合涂层的制备方法，该镍基碳化钨复合合金粉包括混合质量比为35～45：55～65的组分A和组分B；组分A为合金粉末，其元素组成按质量百分比计包括：C：0.01％～0.08％、Cu：15％～24％、Si：1.2％～2.0％、B：0.5％～1.0％、Fe：0.1％～0.5％，余量为Ni和不可避免的微量杂质；组分B为球形WC陶瓷粉。通过上述镍基碳化钨复合合金粉在盾构机滚刀基体表面激光熔覆形成增强涂层可以延长滚刀的服役寿命，满足更加苛刻工况的服役需求，进而提高掘进效率，保障施工安全，具有良好的经济效益。益。益。

【技术实现步骤摘要】
镍基碳化钨复合合金粉及其应用以及镍基碳化钨复合涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及合金涂层
，具体而言，涉及一种镍基碳化钨复合合金粉及其应用以及镍基碳化钨复合涂层的制备方法、盾构刀具和盾构机。

技术介绍

[0002]盾构机是隧道开挖的“钢铁穿山甲”，被广泛应用于各大隧道工程建设中。刀具是盾构机的“牙齿”，是保证其掘进安全、效率和成本的核心。在复杂地层和长距离连续掘进的条件下，刀具的磨损和冲击十分剧烈，传统的盾构刀具耐磨钢的硬度为55～61HRC(相当于596～720HV)，冲击韧性为10～40J/cm2，其强韧性能达到极限，难以继续提高。根据摩擦磨损理论，钢的耐磨性与硬度有关，在一定的磨损条件下，磨损量与硬度成反比。由于刀具的硬度明显低于岩石中以石英为代表的硬颗粒(750～1230HV)的硬度，所以磨料硬度(Ha)和环形硬度(Hm)Ha/Hm>1.3～1.7为硬磨料磨损。为了减少磨料磨损，工具中强化相的硬度应比石英的硬度高0.3倍左右，即975～1599HV，则可满足低磨损率的要求。
[0003]目前，主要通过对刀具涂覆耐磨合金涂层来进一步提供刀具的耐磨性，以延长其服役寿命，其中，激光熔覆是一种绿色的激光快速成型技术，可用于关键部件和表面涂层制备、维修再制造等，但激光熔覆由于其粉末材料没有标准参照，熔覆层成型性不佳易产生夹杂裂纹等缺陷，限制了其推广和应用。而目前针对于盾构刀具的特殊使用条件以及需要满足的强韧性和耐磨性，通常需要选用复合粉末来进行激光熔覆，以形成满足其要求的耐磨合金涂层。但是由于盾构刀具对于强韧性和耐磨性的要求较高，需要加入大量的硬质陶瓷相，以提高其耐磨性，而硬质陶瓷相的加入，其影响因素变得更为复杂，裂纹率大大增加，特别是当陶瓷相含量高于50％的情况下，更容易开裂。
[0004]因此，如果保证在激光熔覆层的较佳结合性能的前提下，得到能够满足盾构刀具使用要求的耐磨合金涂层是亟需解决的技术问题。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种镍基碳化钨复合合金粉及其应用以及镍基碳化钨复合涂层的制备方法、盾构刀具和盾构机，以改善上述技术问题。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种镍基碳化钨复合合金粉，其包括组分A和组分B，组分A和组分B的混合质量比为35～45：55～65；组分A为合金粉末，其元素组成按质量百分比计包括：C：0.01％～0.08％、Cu：15％～24％、Si：1.2％～2.0％、B：0.5％～1.0％、Fe：0.1％～0.5％，余量为Ni和不可避免的微量杂质；组分B为球形WC陶瓷粉。
[0009]第二方面，本专利技术还提供了上述镍基碳化钨复合合金粉作为激光熔覆粉的应用。
[0010]可选地，激光熔覆粉为用于盾构机滚刀的专用激光熔覆粉。
[0011]第三方面，本专利技术还提供了一种镍基碳化钨复合涂层的制备方法，其包括：采用上述镍基碳化钨复合合金粉在基体表面进行激光熔覆，以在基体表面形成熔覆层。
[0012]第四方面，本专利技术还提供了一种盾构刀具，其表面通过上述镍基碳化钨复合涂层的制备方法形成有镍基碳化钨复合涂层。
[0013]第五方面，本专利技术还提供了一种盾构机，其具有上述盾构刀具。
[0014]通过合理选择C、Cu、Si、B、Fe、Ni等合金元素组分作为与组分B(球形WC陶瓷粉)配合的基体合金粉末，并设计特定的元素比例，这些元素组分的熔点低，能够与钢基体和WC强化相具有较佳的润湿性，且包含的强碳化物形成元素比例低，因此，具有良好的韧性，裂纹敏感性低。进而将组分A的合金粉末和组分B的球形WC陶瓷粉复合形成激光熔覆粉，可以使得通过该激光熔覆粉进行激光熔覆形成的耐磨合金涂层裂纹较少，且兼具优异的强韧性和高耐磨性。将该耐磨合金涂层应用于盾构刀具时，能够延长刀具的服役寿命，满足苛刻工况的服役需求，进而提高掘进效率，保障施工安全，具有良好的经济效益。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0016]图1为本专利技术中实施例1
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4中盾构机滚刀激光熔覆示意图，其中(a)为激光熔覆机器人和工装图，(b)为熔覆后的滚刀刀圈，(c)为沉积涂层示意图；
[0017]图2为本专利技术中实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的SEM对比图，分别对应加入不同V含量的NiCuBSi
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WC60激光熔覆涂层：(a)、(b)、(c)为实施例1，对应涂层为NiCuBSi
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WC60；(d)、(e)、(f)为实施例2，对应涂层为NiCuBSi
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WC60+1％V；(g)、(h)、(i)为实施例3，对应涂层为NiCuBSi
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WC60+2％V；(j)、(k)、(l)为实施例4，对应涂层为NiCuBSi
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WC60+3％V；
[0018]图3为本专利技术实施例1
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4添加不同V含量的NiCuBSi
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WC60激光熔覆涂层表面的XRD对比图；
[0019]图4为本专利技术实施例1
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4中添加不同V含量的NiCuBSi
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WC60激光熔涂层试样的截面显微硬度对比图，其中图4中左边的图为从涂层到基体的横截面硬度分布图；右边的图为涂层中没有球形WC颗粒的位置的平均硬度；
[0020]图5为本专利技术中实施例1激光熔覆NiCuBSi
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WC60涂层的TEM图，其中(a)为选择区域示意图；(b)为WC的衍射图；(c)为WC的HRTEM图；(d)为Ni(Cu)的衍射图；(e)为Ni(Cu)的HRTEM图；
[0021]图6为本专利技术中实施例3激光熔覆NiCuBSi
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WC60+2％V涂层的TEM图，其中(a)
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(f)为NiCuBSi
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WC60+2％V涂层中粘结相及其边缘的局部微观结构示意图：(a)为粘结相边缘选择区域示意图，(b)为扫描获取模式的图片，(c)为粘结相界面的放大视图，(d)为粘结相界面两侧的HRTEM，(e)为粘结相界面点阵参数的高分辨率图，(f)为粘结相界面的IFFT图；(g)
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(l)为NiCuBSi
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WC60+2％V涂层中强化相及其边缘的TEM表征：(g)为TEM选定强化相边缘区域的低倍率照片，(h)为扫描获取模式的图片，(i)为强化相边缘局部放大图，(j)强化相界面两侧的HRTEM，(k)VC和W2C界面的IFFT图，(l)为强化相界面的衍射图；
[0022]图7为激光熔覆过程的微观结构演变示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基碳化钨复合合金粉，其特征在于，其包括组分A和组分B，所述组分A和组分B的混合质量比为35～45：55～65；所述组分A为合金粉末，其元素组成按质量百分比计包括：C：0.01％～0.08％、Cu：15％～24％、Si：1.2％～2.0％、B：0.5％～1.0％、Fe：0.1％～0.5％，余量为Ni和不可避免的微量杂质；所述组分B为球形WC陶瓷粉。2.根据权利要求1所述的镍基碳化钨复合合金粉，其特征在于，所述组分A按质量百分比计包括：C：0.03％～0.05％、Cu：18％～22％、Si：1.5％～1.8％、B：0.7％～0.9％、Fe：0.2％～0.4％，余量为Ni和不可避免的微量杂质。3.根据权利要求1所述的镍基碳化钨复合合金粉，其特征在于，所述组分A和组分B的混合质量比为38～42：58～62，优选40：60。4.根据权利要求1～3任一项所述的镍基碳化钨复合合金粉，其特征在于，还包括组分C，所述组分C为钒粉，所述钒粉的添加量为所述组分A和所述组分B的总质量的1％～3％。5.如权利要求1～4任一项所述的镍基碳化钨复合合金粉作为激光熔覆粉的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述激光熔覆粉为用于盾构...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡登文，李铸国，冯珂，孙军浩，焦伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：