本發(fā)明屬于刀具表面防護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層及其制備方法。

背景技術(shù)：

滾刀是地下巖石隧道(洞)工程全斷面施工的大型機械設(shè)備的重要部件，主要用于鐵路公路交通隧道、煤礦巷道、城市地下通道、水電水利隧洞等全斷面施工。滾刀的主要零部件為刀體、刀圈、刀圈卡環(huán)、密封、軸承、心軸和端蓋等。開挖隧洞過程中，刀圈與巖石磨料的相互磨損和擠壓引起刀圈的磨損、發(fā)熱和變形，刀圈發(fā)熱會降低其硬度，從而加快磨損。檢查、更換、維修刀具，耗時費力，直接影響其施工工程的造價和工期。據(jù)統(tǒng)計，施工工程中滾刀消耗費用約占工程造價的1/5-1/3，其中因滾刀磨損而更換的刀圈數(shù)量達80％，刀圈損耗最大。

滾刀刀圈與巖石(磨料)擠壓和磨損過程中，刀圈承受沖擊、振動負(fù)荷，巖石的強烈摩擦作用，導(dǎo)致刀圈在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)磨損、卷刃、崩刃或折斷等現(xiàn)象，影響生產(chǎn)效率和加工精度，縮短了刀圈的使用壽命，同時增加了生產(chǎn)成本。用激光熔覆技術(shù)可使熔覆粉末中的各成分互相反應(yīng)，通過原位自生反應(yīng)制備含有硬質(zhì)相的熔覆層。激光熔覆技術(shù)具有冷卻速度快、變形小、熔覆層稀釋率低、熔覆層厚度可控范圍大、加工過程易實現(xiàn)自動化等特點。采用激光熔覆技術(shù)在刀圈(尤其切削部位)通過激光熔化預(yù)設(shè)熔覆材料來增強刀圈，熔覆面積小，節(jié)省貴重金屬材料，降低了制造成本；同時使刀圈切削部位具有高硬度和耐磨性又兼有刀圈基材的強韌性，較好地解決了刀圈硬度和強韌性的矛盾，提高了刀圈的切削性能。高溶點硬質(zhì)陶瓷材料與金屬(或合金)復(fù)合粉末的激光溶覆層兼有金屬的強韌性、良好的工藝性與陶瓷材料(wc、tic、cr23c6、al2o3)高硬度、耐磨等特點；尤其碳化物(wc)具有高熔點、高硬度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、高耐磨性、高韌性獲得廣泛應(yīng)用，適用于高耐磨的刀具、采礦業(yè)、鉆孔和機加工領(lǐng)域。wc是激光熔覆中最常用的耐磨材料，但純wc很少單獨用作激光熔覆粉末材料，常與fe基、ni基和co基合金粉末組成復(fù)合粉末，增強金屬材料表面的耐磨性。鎢—碳二元系能形成wc和w2c兩種晶型的碳化物。wc硬度高，尤其是其熱硬度最高，能很好的被ni、co和fe等金屬熔體潤濕；w2c的熔點和硬度高于wc，與wc形成w2c+wc共晶混合物。

激光熔覆材料中研究最多、應(yīng)用最廣的是ni基自熔合金粉末，它具有良好的潤濕性、耐腐蝕、高溫自潤滑性和價格適中等優(yōu)點。但由于掘進過程中，滾刀刀圈與巖石間的滑動、沖擊磨損和磨料磨損等影響，ni基自熔性合金粉末已不能滿足使用要求。為此，加入碳化物，進一步提高熔覆層的耐磨性能，已經(jīng)廣泛用于刀具等行業(yè)。因此研發(fā)一種滾刀刀圈表面的鎳基碳化鎢顆粒增強復(fù)合激光熔覆層以及制備方法，以提高其使用壽命具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層及其制備方法，該耐磨激光熔覆層能夠有效的提高滾刀刀圈的使用壽命，并且制備方法簡單。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層由ni基金屬粉末以及添加于ni基金屬粉末中的wc顆粒制備而成，其中，ni基金屬粉末中添加的wc顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30％-60％，其中，ni基金屬粉末由c、fe、cr、si、b、al及ni構(gòu)成。

ni基金屬粉末由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.14％的c、1.98％的fe、3.43％的cr、2.56％的si、1.13％的b、0.37％al及90.39％ni構(gòu)成。

wc顆粒的粒徑為40～80μm。

所述滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層的厚度為1.5mm。

ni基金屬粉末的粒徑為60～210μm。

本發(fā)明所述的滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層的制備方法包括以下步驟：

1)稱取ni基金屬粉末，其中，ni基金屬粉末內(nèi)添加有wc顆粒；

2)對滾刀刀圈的表面進行預(yù)處理；

3)在惰性氣體的保護中，采用激光熔覆的方式將ni基金屬粉末熔覆在滾刀刀圈的表面，得滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層。

步驟2)的具體操作為：對滾刀刀圈的表面通過砂紙進行打磨，使?jié)L刀刀圈的表面粗糙度ra為0.2μm，然后再用丙酮進行清洗。

采用激光熔覆的方式將ni基金屬粉末熔覆在滾刀刀圈表面的過程中，激光的功率為1300w，激光掃描的速度為0.0092m/s，惰性氣體的流量為10l/min，載氣的流量為6l/min，激光所形成光斑的直徑為4mm。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層由ni基金屬粉末以及添加于ni基金屬粉末中的wc顆粒制備而成，ni基金屬粉末由c、fe、cr、si、b、al及ni構(gòu)成，其中，cr元素可以細化耐磨激光熔覆層中的組織晶粒且能夠與c元素形成碳化物，使耐磨激光熔覆層具有良好的耐磨性，同時提高耐磨激光熔覆層的淬透性、硬度、強度及韌性，si元素及b元素能夠增加熔池金屬的流動性，減少裂紋傾向性，有利于耐磨激光熔覆層表面成形，al元素可改善耐磨激光熔覆層的機械性能，提高流動性的作用，防止鐵的侵蝕及腐蝕，從而使耐磨激光熔覆層能夠有效的提高滾刀刀圈的使用壽命，并且在制備過程中，通過激光熔覆的方式將ni基金屬粉末熔覆在滾刀刀圈的表面即可，操作簡單、方便，經(jīng)實驗，本發(fā)明所形成的耐磨激光熔覆層外觀質(zhì)量較好，無開裂現(xiàn)象，并且滾刀刀圈的力學(xué)性能及耐磨性能得到較大的提高。

附圖說明

圖1為滾刀刀圈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中耐磨激光熔覆層的xrd譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

本發(fā)明所述的滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層由ni基金屬粉末以及添加于ni基金屬粉末中的wc顆粒制備而成，其中，ni基金屬粉末中添加的wc顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30％-60％，其中，ni基金屬粉末由c、fe、cr、si、b、al及ni構(gòu)成。

ni基金屬粉末由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.14％的c、1.98％的fe、3.43％的cr、2.56％的si、1.13％的b、0.37％al及90.39％ni構(gòu)成。

wc顆粒的粒徑為40～80μm。

所述滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層的厚度為1.5mm。

ni基金屬粉末的粒徑為60～210μm。

本發(fā)明所述的滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層的制備方法包括以下步驟：

1)稱取ni基金屬粉末，其中，ni基金屬粉末內(nèi)添加有wc顆粒；

2)對滾刀刀圈的表面進行預(yù)處理；

3)在惰性氣體的保護中，采用激光熔覆的方式將ni基金屬粉末熔覆在滾刀刀圈的表面，得滾刀刀圈的耐磨激光熔覆層。

步驟2)的具體操作為：對滾刀刀圈的表面通過砂紙進行打磨，使?jié)L刀刀圈的表面粗糙度ra為0.2μm，然后再用丙酮進行清洗。

步驟3)中采用激光熔覆的方式將ni基金屬粉末熔覆在滾刀刀圈表面的過程中，激光的功率為1300w，激光掃描的速度為0.0092m/s，惰性氣體的流量為10l/min，載氣的流量為6l/min，激光所形成光斑的直徑為4mm。

將熔覆有本發(fā)明的刀圈沿垂直于掃描方向進行切割，然后再對耐磨激光熔覆層表面及橫斷面采用滲透法檢測裂紋，其中，微觀結(jié)構(gòu)表征采用掃描電鏡(sem)、x射線衍射(xrd)及能譜(edax)進行檢測；耐磨性和力學(xué)性能基于摩擦磨損試驗及顯微硬度試驗進行評價。

圖2為熔覆層的xrd譜圖，從圖2中可知，耐磨激光熔覆層由γ-ni相、wc、cr23c6及w2c組成，其中，w2c為部分wc顆粒在高溫下形成的產(chǎn)物；自熔性粉末中的cr與c發(fā)生反應(yīng)形成cr23c6。wc、cr23c6及w2c等硬質(zhì)相有利于耐磨激光熔覆層硬度及耐磨性的提高。