CN209483356U - 一种耐磨损盾构机刀具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种耐磨损盾构机刀具,包括至上而下依次设置的激光淬火层、Ti‑Al‑N涂层、微米类金刚石涂层、TiC过渡层、激光刻蚀处理层及硬质合金基体层。本实用新型沉积Ti‑Al‑N涂层进行激光淬火,在其表面会产生一层硬的、惰性的保护膜,该膜还有较好的隔热性,有效的提高刀具的高温工作寿命。在微米类金刚石涂层沉积Ti‑Al‑N涂层,使表面硬度进一步提高,并提高刀具耐热稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于盾构施工领域,涉及盾构机刀具,尤其是一种耐磨损盾构机刀具。
背景技术
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,在500℃的温度下能够保证稳定的高硬度和耐磨特性。硬质合金做为盾构机刀具的主要原材料之一,广泛应用于复杂地质层面的土壤、石材切削,为轨道交通地下掘进作业以及山体隧道挖掘等施工提供保障。盾构机刀具是挖掘过程中的关键零部件,刀具质量的好坏,直接影响到机械加工的效率和加工的成本,同时还影响到整机使用环境、可加工的地质范围等。刀具耐腐蚀涂层技术是一项提高切削加工效率和加工质量、扩大道具使用范围、延长刀具使用寿命的新技术。对盾构机刀具的主要材料表面涂覆一层耐腐蚀材料,以保持基体材料的原有属性,提高刀具表面化学稳定性,降低摩擦系数。
通过检索,发现如下两篇相关专利:
CN203669878U公开了一种盾构机用金刚石刀具,包括刀具体,刀具体上设有刮削面,刮削面上设有切削刃,刮削面表面电镀上第一金刚石耐磨层,第一金刚石耐磨层厚度为0.2~2mm。切削刃表面电镀上第二金刚石耐磨层,第二金刚石耐磨层厚度为1~6mm。所述第一金刚石耐磨层和第二金刚石耐磨层采用40~200目的人造金刚石材料制作。
CN205955739U公开了一种耐磨金刚石盾构刀具,包括盾构刀体,盾构刀体的端部设有多个切削齿,切削齿的切削面上设有金刚石复合片,盾构刀体的背部设有金刚石耐磨层,金刚石复合片为通过银基钎料焊接在切削齿的切削面上的复合片,金刚石复合片全出刃型或半出刃型焊接在切削齿的切削面上,金刚石耐磨层为电镀于盾构刀体背部的耐磨层。
上述两篇专利都涉及到金刚石耐磨层,但是实践证明金刚石耐磨层与基体的结合并不牢固,容易脱落,使用寿命短。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种使用寿命长,涂层与基体结合力强的耐磨损盾构机刀具。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种耐磨损盾构机刀具,包括至上而下依次设置的激光淬火层、Ti-Al-N涂层、微米类金刚石涂层、TiC过渡层、激光刻蚀处理层及硬质合金基体层。
而且,所述的激光淬火层的厚度为10-50nm。
而且,所述的Ti-Al-N涂层的厚度为40-80um。
而且,所述的微米类金刚石涂层的厚度为80-120μm。
而且,所述的TiC过渡层的厚度为5-10um。
而且,所述的Ti-Al-N涂层采用多弧离子镀制备。
而且,所述的微米类金刚石涂层、TiC过渡层均是采用等离子增强化学气相沉积法制备得到的涂层。
本实用新型的优点和积极效果是:
1、本实用新型沉积Ti-Al-N涂层进行激光淬火,在其表面会产生一层硬的、惰性的保护膜,该膜还有较好的隔热性,有效的提高刀具的高温工作寿命。
2、本实用新型在微米类金刚石涂层沉积Ti-Al-N涂层,使表面硬度进一步提高,并提高刀具耐热稳定性。
3、本实用新型在硬质合金刀具上制备微米类金刚石涂层,使刀具表面硬度显著提高,进而获得更高的耐磨性。
4、本实用新型采用TiC作为过渡层,降低了微米类金刚石涂层内应力,提高微米类金刚石涂层和基体结合力,提升了微米类金刚石涂层厚度。
5、本实用新型使用激光对基体进行刻蚀处理,增加基体与过渡层的接触面积,提供过渡层和基体的结合力。
附图说明
图1为本实用新型的结构剖面图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种耐磨损盾构机刀具,包括至上而下依次设置的激光淬火层1、Ti-Al-N涂层2、微米类金刚石涂层3、TiC过渡层4、激光刻蚀处理层5及硬质合金基体层6。所述的激光淬火层的厚度为(10-50nm)、Ti-Al-N涂层的厚度为(40-80um)、微米类金刚石涂层的厚度为(80-120μm),TiC过渡层的厚度为(5-10um)。
本刀具的制备工艺如下:
1.基体材料选用YG8硬质合金,材料成分:WC:92%,Co:8%,尺寸为100mm×80
mm×40mm。
2.试件前处理工艺
为了保证涂层于基体牢固结合,涂层合金更易于附着于基体之上,获得最大的涂层厚度,在进行等离子增强化学沉积之前,必须对工件表面进行适当处理。
1)刀具工件表面抛光处理
使用600#金相砂纸对工件表面进行抛光,去除表面污垢沉积及氧化层,使刀具表面达到Sa1级清洁度。
2)激光刻蚀处理
使用纳秒对工件进行刻蚀处理,通过激光对工件的烧蚀熔化,在刀具工件表面形成网格式的微纳米结构,改善工件表面的机械性能,提高工件的抗疲劳性,增加了刀具和涂层之间的附着力,延长涂层的耐久性,此环节需要使刀具表面达到Sa2.5级清洁度。
3)超声波酒精冲洗
采用超声波清洗机配合工业酒精溶液对工件表面进行清洗2分钟,完全除去工件表面附着物及杂质。
4)去离子水冲洗
采用常温去离子水对工件表面进行顺逆反复冲洗2分钟,使工件表面至中性状态。
3.等离子增强化学气相沉积涂层制备工艺
1)预热处理
将工件置于阴极上,将刀具加热之250℃,持续时间20min;
2)刀具表面离子清洗
涂层表面刻蚀时,C2H2流量300sccm,H2流量900sccm,氩气流量300sccm,电压4000V,频率2kHz,持续时间5min;
微米类金刚石涂层的厚度与等离子体中C原子或离子团的浓度有关,在沉积过程中,等离子体浓度不变的情况下,通入H2时,C原子的相对含量下降导致涂层厚度下降,鉴于H2在反应过程中的刻蚀作用释放了涂层应力,选用气体流量C2H2/H2=1∶3,使得涂层结合力达到最大值。
3)沉积过渡层
为了降低类金刚石涂层的内应力,提高涂层和基体结合力,提升微米类金刚石涂层厚度,采用TiC作为过渡层。沉积过渡层TiC时,采用TiCl3流量为90sccm,氩气流量为100sccm,反应压强10pa,电压4000V,频率2kHz,持续时间120min。
4)沉积微米类金刚石涂层。
沉积微米类金刚石涂层时,C2H2流量300sccm,H2流量300sccm,C2H2/H2=1∶1,氩气流量100sccm,电压4000V,频率2kHz,脉宽10μs,沉积温度300℃,沉积时间20-30h,已获得80-120μm涂层厚度。
选用C2H2/H2=1∶1的流量比例以便于提高C原子团浓度,实现涂层快速生长,并达到一定的厚度,此时涂层的sp3键的比例最大,能够降低涂层的摩擦系数。
5)多弧离子镀沉积Ti-Al-N涂层
将镀层工件进行辉光清洗,选用靶材为纯Ti靶和纯Al靶,Ti靶工作电流为130A,Al靶工作电流为80A,温度350℃,脉冲偏压-400v,占空比为70%,Ar流量80sccm,N2流量40sccm,沉积时间2h,涂层厚度为40-80um。
6)Ti-Al-N涂层激光淬火处理
使用纳秒脉冲激光对类Ti-Al-N涂层进行淬火处理,功率8W,光斑大小0.02,光斑重叠了25%,扫描速度100mm/s;对表面进行快速淬火处理,在其表面会产生一层硬的、惰性的保护膜,该膜还有较好的隔热性。
实验及结果如下表所示:
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的,因此,本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (3)
1.一种耐磨损盾构机刀具,其特征在于:包括至上而下依次设置的激光淬火层、Ti-Al-N涂层、微米类金刚石涂层、TiC过渡层、激光刻蚀处理层及硬质合金基体层,所述的激光淬火层的厚度为10-50nm,所述的Ti-Al-N涂层的厚度为40-80um,所述的微米类金刚石涂层的厚度为80-120μm,所述的TiC过渡层的厚度为5-10um。
2.根据权利要求1所述的耐磨损盾构机刀具,其特征在于:所述的Ti-Al-N涂层采用多弧离子镀制备得到。
3.根据权利要求1所述的耐磨损盾构机刀具,其特征在于:所述的微米类金刚石涂层、TiC过渡层均是采用等离子增强化学气相沉积法制备得到。
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CN201821870993.8U CN209483356U (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种耐磨损盾构机刀具 |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN114892228A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-12 | 赣州海盛硬质合金有限公司 | 一种金刚石涂层硬质合金的加工方法 |
CN115012011A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-06 | 赣州海盛硬质合金有限公司 | 一种硬质合金表面纳米涂层及其制备方法 |
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