CN117363931A - 一种密封跑道耐磨钢带的修复材料、修复涂层、修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种密封跑道耐磨钢带的修复材料、修复涂层、修复方法，修复材料为钴基合金粉末，钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：0.8‑1.2%、Cr：24.0‑30.0%、W：1.0‑3.0%、Ni：4‑6%、Co：52‑61%。所述修复涂层采用所述修复材料制备。所述修复方法包括以下步骤：将损伤的环形密封跑道耐磨钢带制成一块平整的薄板；清洗密封跑道耐磨钢带表面；烘烤修复材料；采用激光熔覆方式将烘烤后修复材料在密封跑道耐磨钢带的受损区域进行修复；对修复后的密封跑道耐磨钢带进行精加工；对精加工后的密封跑道耐磨钢带进行表面滚压处理；将滚压处理后的密封跑道耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为内壁。本发明提供的技术方案修复密封跑道耐磨钢带高效、质量稳定、性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨涂层技术领域，特别是指一种密封跑道耐磨钢带的修复材料、修复涂层、修复方法。
背景技术
作为掘进机关键部件的主轴承密封，正常使用时，通过注入油脂对密封进行润滑，但即便这样仍会在密封跑道上磨出凹槽，当密封跑道被磨损到一定程度时，水及渣土会进入主轴承，导致主轴承加速磨损而提前失效。
为增加密封跑道的耐磨性，常使用淬火碳钢作为密封跑道，要求淬火碳钢表面硬度为55～60HＲC，且硬度均匀。掘进机主轴承的密封跑道直径较大，一般的淬火工艺很难达到要求。因此，选用具有良好耐磨性的钴基合金制作密封跑道耐磨钢带，但是钴资源十分稀少，地壳中的含量约为20-30ppm左右，年产量不及钛的六分之一，更远不及铁、镁等金属，因此钴基合金制作的密封跑道耐磨钢带成本也极高。若钴合金制作的密封跑道耐磨钢带在损伤后直接丢弃，不仅造成极大的资源浪费，还造成极大的经济损失。
随着近年来科技的发展，逐渐出现了密封跑道修复方面的研究，如申请公布日为2021.12.10、申请公布号为CN 113774375 A的中国发明专利申请，公开了一种盾构机主轴承密封跑道再制造涂层及其制备方法，属于盾构机主轴承密封跑道修复技术领域，包括以下原子百分数的高熵合金粉末：8％Al、19.4％Co、19.4％Cr、19.5％Fe、19.5％Ni、19.5％Cu。采用镍基合金粉末作为再制造涂层的打底层，镍基合金为常见的激光熔覆粉末。其技术方案采用自制的高熵合金粉末以及优化后的熔覆工艺制备再制造涂层。但是其修复方法不仅材料成分复杂、修复过程复杂、修复效率低。
因此，很有必要设计一种成分简单、操作简单、修复效率高、性能优异的修复材料及其修复涂层、修复方法。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种密封跑道耐磨钢带的修复材料、修复涂层、修复方法，解决了现有盾构机主轴承密封跑道再制造涂层及其制备方法的材料成分复杂、修复过程复杂、修复效率低、性能不足的技术问题。
本申请的技术方案为：
一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，所述修复材料为钴基合金粉末，钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：0.8-1.2%、Cr：24.0-30.0%、W：1.0-3.0%、Ni：4-6%、Co：52-61%。
进一步地，所述钴基合金粉末的平均粒径为10-30μm。
进一步地，所述C的质量百分比为0.8%，所述Cr的质量百分比为24.0%，所述W的质量百分比为1.0%，所述Ni的质量百分比为6.0%，所述Co的质量百分比为61%。
或者，所述C的质量百分比为1.0%，所述Cr的质量百分比为26.0%，所述W的质量百分比为2.0%，所述Ni的质量百分比为5.0%，所述Co的质量百分比为59%。
或者，所述C的质量百分比为1.2%，所述Cr的质量百分比为30.0%，所述W的质量百分比为4.0%，所述Ni的质量百分比为4.0%，所述Co的质量百分比为52%。
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，采用上述的修复材料制备。
进一步地，所述制备的方法为：先将所述修复材料至于烘箱中烘烤，然后采用激光熔覆方式贴敷于密封跑道耐磨钢带的受损区域。
进一步地，所述修复材料激光熔覆方式贴敷于密封跑道耐磨钢带的受损区域后，对密封跑道耐磨钢带的表面进行滚压处理。
一种密封跑道耐磨钢带的修复方法包括以下步骤：
S1:将损伤的环形密封跑道耐磨钢带制成一块平整的薄板；
S2:清洗密封跑道耐磨钢带表面；
S3:将所述修复材料置于烘箱烘烤；
S4:采用激光熔覆方式将步骤S3烘烤后修复材料在密封跑道耐磨钢带的受损区域进行修复；
S5:对修复后的密封跑道耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的密封跑道耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的密封跑道耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为密封跑道耐磨钢带的内壁。
进一步地，所述S1中，对损伤的环形的密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使密封跑道耐磨钢带变为一块平整的薄板；所述S2中，用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除表面上的杂质；所述S3中，将修复材料置于120℃烘箱烘烤30min；所述S4中，采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复；所述S5中，对修复后的耐磨钢带进行精加工；所述S6中，对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理。
进一步地，所述S4中，所述修复用的工艺参数为：激光功率为1500W-2500W、扫描速度为100mm/s-200mm/s、搭接率为50%-70%。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：
本发明提供了一种修复高效、质量稳定、性能优异的密封跑道耐磨钢带的修复材料、修复涂层和修复方法。采用特殊的修复方式，实现盾构机主驱动密封跑道耐磨钢带的高效高质修复。采用特殊的修复材料和应用方式，以满足密封跑道的工作要求。
在本发明的技术方案中，通过激光熔覆的方式使用钴基合金粉末对主驱动密封滑道进行修复，钴基合金粉末成分与密封滑道成分接近，涂层与基体冶金结合效果更好；钴基合金通过表面滚压处理，在外力的作用下会发生物相的变化，性能变得更加优异；将修复的一面作为密封跑道的内接触面，工作环境没有磨粒、砂石的侵入，可以获得更长的使用寿命。
由此，根据本发明的技术方案，能够实现掘进机主驱动等尺寸较大的密封跑道耐磨钢带的高效、高质量修复。其结果为，采用相对简单的材料和工艺，即可快速获得高质量的表面修复；修复后的熔覆层不仅具有较高的硬度，还具有较好的塑韧性；修复后的区域应用于工作环境较好的区域，可以保证工件整体具有良好的使用效果。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例、对比例和测试例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的核心构思及以下实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，所述修复材料为钴基合金粉末，钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：0.8-1.2%、Cr：24.0-30.0%、W：1.0-3.0%、Ni：4-6%、Co：52-61%，余量为Fe、Si、Mn、Mo。
实施例2
一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，所述修复材料为钴基合金粉末，钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：0.8-1.2%、Cr：24.0-30.0%、W：1.0-3.0%、Ni：4-6%、Co：52-61%，余量为Fe、Si、Mn、Mo。
进一步地，所述钴基合金粉末的平均粒径为10-30μm。
实施例3
一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，在实施例1或2的基础上，所述C的质量百分比为0.8%，所述Cr的质量百分比为24.0%，所述W的质量百分比为1.0%，所述Ni的质量百分比为6.0%，所述Co的质量百分比为61%，余量为Fe、Si、Mn、Mo。
实施例4
一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，在实施例1或2的基础上，所述C的质量百分比为1.0%，所述Cr的质量百分比为26.0%，所述W的质量百分比为2.0%，所述Ni的质量百分比为5.0%，所述Co的质量百分比为59%，余量为Fe、Si、Mn、Mo。
实施例5
一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，在实施例1或2的基础上，所述C的质量百分比为1.2%，所述Cr的质量百分比为30.0%，所述W的质量百分比为4.0%，所述Ni的质量百分比为4.0%，所述Co的质量百分比为52%，余量为Fe、Si、Mn、Mo。
实施例6
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，采用实施例1-5任一项所述的修复材料制备。
进一步地，所述制备的方法为：先将所述修复材料至于烘箱中烘烤，然后采用激光熔覆方式贴敷于密封跑道耐磨钢带的受损区域。
进一步地，所述修复材料激光熔覆方式贴敷于密封跑道耐磨钢带的受损区域后，对密封跑道耐磨钢带的表面进行滚压处理。
实施例7
一种密封跑道耐磨钢带的修复方法，包括以下步骤：
S1:将损伤的环形密封跑道耐磨钢带制成一块平整的薄板；
S2:清洗密封跑道耐磨钢带表面；
S3:将所述修复材料置于烘箱烘烤；
S4:采用激光熔覆方式将步骤S3烘烤后修复材料在密封跑道耐磨钢带的受损区域进行修复；
S5:对修复后的密封跑道耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的密封跑道耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的密封跑道耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为密封跑道耐磨钢带的内壁。
实施例8
一种密封跑道耐磨钢带的修复方法，包括以下步骤：
S1:将损伤的环形密封跑道耐磨钢带制成一块平整的薄板；
S2:清洗密封跑道耐磨钢带表面；
S3:将所述修复材料置于烘箱烘烤；
S4:采用激光熔覆方式将步骤S3烘烤后修复材料在密封跑道耐磨钢带的受损区域进行修复；
S5:对修复后的密封跑道耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的密封跑道耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的密封跑道耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为密封跑道耐磨钢带的内壁。
进一步地，所述S1中，对损伤的环形的密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使密封跑道耐磨钢带变为一块平整的薄板。
进一步地，所述S2中，用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除表面上的杂质。
进一步地，所述S3中，将修复材料置于120℃烘箱烘烤30min。
进一步地，所述S4中，采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复。
进一步地，所述S5中，对修复后的耐磨钢带进行精加工；所述S6中，对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理。
实施例9
一种密封跑道耐磨钢带的修复方法，包括以下步骤：
S1:将损伤的环形密封跑道耐磨钢带制成一块平整的薄板；
S2:清洗密封跑道耐磨钢带表面；
S3:将所述修复材料置于烘箱烘烤；
S4:采用激光熔覆方式将步骤S3烘烤后修复材料在密封跑道耐磨钢带的受损区域进行修复；
S5:对修复后的密封跑道耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的密封跑道耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的密封跑道耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为密封跑道耐磨钢带的内壁。
进一步地，所述S1中，对损伤的环形的密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使密封跑道耐磨钢带变为一块平整的薄板。
进一步地，所述S2中，用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除表面上的杂质。
进一步地，所述S3中，将修复材料置于120℃烘箱烘烤30min。
进一步地，所述S4中，所述修复用的工艺参数为：激光功率为1500W-2500W、扫描速度为100mm/s-200mm/s、搭接率为50%-70%。
进一步地，所述S5中，对修复后的耐磨钢带进行精加工；所述S6中，对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理。
实施例10
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，所述的修复涂层采用钴基合金粉末制备；
所述钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：0.8%、Cr：24.0%、W：1.0%、Ni：6%、Co：61%，余量为Fe、Si、Mn、Mo；
所述钴基合金粉末的平均粒径为10μm；
所述修复涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1:对损伤的环形密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使其变为一块平整的薄板；
S2:用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除油污、灰尘及其它杂质；
S3:将所述钴基合金粉末置于120℃烘箱烘烤30min；
S4:采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复；
S5:对修复后的耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为耐磨跑道内壁。
步骤S4修复用的工艺参数为：激光功率1500W、扫描速度100mm/s、搭接率50%；
修复后密封跑道耐磨钢带的表面硬度为400-600HV，断后伸长率>5%。
实施例11
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，所述的修复涂层采用钴基合金粉末制备；
所述钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：1.0%、Cr：26.0%、W：2.0%、Ni：5%、Co：59%，余量为Fe、Si、Mn、Mo；
所述钴基合金粉末的平均粒径为20μm。
所述的修复涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:对损伤的环形密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使其变为一块平整的薄板；
S2:用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除油污、灰尘及其它杂质；
S3:将所述钴基合金粉末置于烘箱进行烘烤处理；
S4:采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复；
S5:对修复后的耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为耐磨跑道内壁。
所述步骤S4修复用的工艺参数为：激光功率2000W、扫描速度150mm/s、搭接率60%。
修复后密封跑道耐磨钢带的表面硬度为420-620HV，断后伸长率>5%。
实施例12
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，所述的修复涂层采用钴基合金粉末制备；
所述钴基粉末包括以下质量百分比的组份：C：1.2%、Cr：30.0%、W：3.0%、Ni：4%、Co：52%，余量为Fe、Si、Mn、Mo；
所述钴基合金粉末的平均粒径为30μm；
所述的修复涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:对损伤的环形密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使其变为一块平整的薄板；
S2:用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除油污、灰尘及其它杂质；
S3:将所述钴基合金粉末置于120℃烘箱烘烤30min；
S4:采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复；
S5:对修复后的耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为耐磨跑道内壁；
所述步骤S4修复用的工艺参数为：激光功率2500W、扫描速度200mm/s、搭接率70%；
修复后密封跑道耐磨钢带的表面硬度为450-650HV，断后伸长率>4%。
对比例1
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，所述的修复涂层采用钴基合金粉末制备；
所述钴基粉末包括以下质量百分比的组份：C：1.5%、Cr：31.0%、W：2.0%、Ni：3.0%、Co：51.0%，余量为Fe、Si、Mn、Mo；
所述钴基合金粉末的平均粒径为30μm；
所述的修复涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:对损伤的环形密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使其变为一块平整的薄板；
S2:用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除油污、灰尘及其它杂质；
S3:将所述钴基合金粉末置于120℃烘箱烘烤30min；
S4:采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复；
S5:对修复后的耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为耐磨跑道内壁；
所述步骤S4修复用的工艺参数为：激光功率2500W、扫描速度200mm/s、搭接率70%；
修复后密封跑道耐磨钢带的表面硬度为500-580HV，断后伸长率＜4%。
对比例2
一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，所述的修复涂层采用钴基合金粉末制备；
所述钴基粉末包括以下质量百分比的组份：C：2.0%、Cr：32.0%、W：4.0%、Ni：3%、Co：51%，余量为Fe、Si、Mn、Mo；
所述钴基合金粉末的平均粒径为30μm；
所述的修复涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:对损伤的环形密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使其变为一块平整的薄板；
S2:用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除油污、灰尘及其它杂质；
S3:将所述钴基合金粉末置于120℃烘箱烘烤30min；
S4:采用激光熔覆方式对受损的区域进行修复；
S5:对修复后的耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为耐磨跑道内壁；
所述步骤S4修复用的工艺参数为：激光功率2500W、扫描速度200mm/s、搭接率70%；
修复后密封跑道耐磨钢带的表面硬度为550-700HV，断后伸长率＜4%。
测试例1
将实施例10、实施例11、实施例12和对比例1、对比例2所用的合金粉末，采用上述实施例中记载的相同的工艺进行密封跑道耐磨钢带修复，对修复后密封跑道耐磨钢带进行性能测试，测得的性能数据如表1所示。
表1 实施例10、11、12和对比例1、2修复性能对比表
以上实施例和对比例表明：本发明中修复用粉末的成分和含量不合适时，磨损失重会增加，磨损性能恶化；且断后伸长率较低，材料韧性较差。
需要指出的是，本发明的创新核心在于给出了修复用粉末的成分和含量，合理的选用C、Cr、W、Ni、Co，将各组份优化到合适的范围，并通过合理的加工工艺，使各元素相互协同，实现主驱动密封跑道耐磨钢带的高质量修复。
上述性能测试均采用了相同的测试方法，即提供了实施例10、实施例11、实施例12、对比例1、对比例2效果对比的测试方法。对修复形成的密封跑道耐磨钢带进行硬度、断后伸长率和磨损失重的测试。其中，上述参数的测量方法如下：
硬度采用HV-1000Z型显微硬度计测量，加载载荷为2.94N，保荷时间为10s，测量5个点；
断后伸长率采用UTM535X-30T万能试验机测量，拉伸速率为0.6mm/min，测量5个试样。
磨损失重采用MLGS-225C型干湿砂橡胶轮式磨损试验机测量，载荷175N，转速200rmp，磨损时间150min，测量5个试样，结果取5次平均值。
本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的有益效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种密封跑道耐磨钢带的修复材料，其特征在于：所述修复材料为钴基合金粉末，钴基合金粉末包括以下质量百分比的组份：C：0.8-1.2%、Cr：24.0-30.0%、W：1.0-3.0%、Ni：4-6%、Co：52-61%。
2.根据权利要求1所述的用于主驱动密封跑道耐磨钢带的修复材料，其特征在于：所述钴基合金粉末的平均粒径为10-30μm。
3.根据权利要求1或2所述的用于主驱动密封跑道耐磨钢带的修复材料，其特征在于：所述C的质量百分比为0.8%，所述Cr的质量百分比为24.0%，所述W的质量百分比为1.0%，所述Ni的质量百分比为6.0%，所述Co的质量百分比为61%。
4.根据权利要求1或2所述的用于主驱动密封跑道耐磨钢带的修复材料，其特征在于：所述C的质量百分比为1.0%，所述Cr的质量百分比为26.0%，所述W的质量百分比为2.0%，所述Ni的质量百分比为5.0%，所述Co的质量百分比为59%。
5.根据权利要求1或2所述的用于主驱动密封跑道耐磨钢带的修复材料，其特征在于：所述C的质量百分比为1.2%，所述Cr的质量百分比为30.0%，所述W的质量百分比为4.0%，所述Ni的质量百分比为4.0%，所述Co的质量百分比为52%。
6.一种密封跑道耐磨钢带的修复涂层，其特征在于：采用权利要求1-5任一项所述的修复材料制备。
7.根据权利要求6所述的密封跑道耐磨钢带的修复涂层，其特征在于所述制备的方法为：先将所述修复材料至于烘箱中烘烤，然后采用激光熔覆方式贴敷于密封跑道耐磨钢带的受损区域。
8.根据权利要求7所述的密封跑道耐磨钢带的修复涂层，其特征在于：所述修复材料激光熔覆方式贴敷于密封跑道耐磨钢带的受损区域后，对密封跑道耐磨钢带的表面进行滚压处理。
9.一种密封跑道耐磨钢带的修复方法，其特征在于包括以下步骤：
S1:将损伤的环形密封跑道耐磨钢带制成一块平整的薄板；
S2:清洗密封跑道耐磨钢带表面；
S3:将所述修复材料置于烘箱烘烤；
S4:采用激光熔覆方式将步骤S3烘烤后修复材料在密封跑道耐磨钢带的受损区域进行修复；
S5:对修复后的密封跑道耐磨钢带进行精加工；
S6:对精加工后的密封跑道耐磨钢带进行表面滚压处理；
S7:将滚压处理后的密封跑道耐磨钢带焊接成圆环，修复面作为密封跑道耐磨钢带的内壁。
10.根据权利要求9所述的密封跑道耐磨钢带的修复方法，其特征在于：所述S1中，对损伤的环形的密封跑道耐磨钢带进行一次裁剪，并进行卷压处理，使密封跑道耐磨钢带变为一块平整的薄板；所述S2中，用丙酮清洗密封跑道耐磨钢带表面，去除表面上的杂质；所述S3中，将修复材料置于120℃烘箱烘烤30min；所述S5中，对修复后的耐磨钢带进行精加工；所述S6中，对精加工后的耐磨钢带进行表面滚压处理。
11.根据权利要求9或10所述的密封跑道耐磨钢带的修复方法，其特征在于：所述S4中，所述修复用的工艺参数为：激光功率为1500W-2500W、扫描速度为100mm/s-200mm/s、搭接率为50%-70%。
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