JP2021038629A - 耐摩耗性皮膜層、その形成方法、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング、シールドマシン用ローラーカッター及びシールドマシン - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性皮膜層、その形成方法、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング、シールドマシン用ローラーカッター及びシールドマシンを提供する。【解決手段】耐摩耗性皮膜層１は、少なくとも２層の基本的に同様なろう材皮膜層を含み、ろう材皮膜層が、ダイヤモンド微粉３〜１０質量部、アルコール系溶剤２〜６質量部、フッ化ナトリウム１〜５質量部、及びニッケルろう材８１〜９３質量部を含むものにより形成される。耐摩耗性皮膜層１は、複数層の基本的に同様な薄い皮膜層により形成された皮膜層であり、肉盛溶接法により厚い皮膜層を形成するときの熱応力の問題を改善し、ひびの発生と拡張をある程度抑えたとともに、硬質相であるダイヤモンド微粉の均一性を向上させることに寄与でき、熱損傷が小さく、硬質相の均一性が高く、剥がれが発生しにくい利点がある。【選択図】図２
Description
本発明は、工程設備の表面処理の分野に属し、具体的に、耐摩耗性皮膜層、その形成方法、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング、シールドマシン用ローラーカッター及びシールドマシンに関する。
シールドマシン用ローラーカッターは、シールドマシン用カッターの１種であり、掘削作業では推進の「前衛」の役割を果たしている。シールドマシン用ローラーカッターは、カッターリングとチップからなるものである。一般的に、カッターリングが合金鋼を母材とし、チップが溶接された又は嵌合された硬質合金である。硬質合金のチップが岩と土に押し付けられ、切削の役割を果たし、カッターリングが硬質合金のチップを支持、保護の役割を果たす。掘削作業が推進し、カッターヘッドが回転し続く場合、土質の状況及び地下の水圧の不規則な変化の影響で、シールドマシン用ローラーカッターが、持続的且つ変化している押圧、突っ込み、削り落とし、衝撃、摩耗等による多種の力を受けており、おもにカッターの激しい摩耗及び衝撃で表れている。
ローラーカッターのカッターリングと硬質合金のチップがいずれも岩石により摩耗される。ローラーカッターの岩石破砕效率がローラーカッターの刃先の厚さに関わり、カッターリングの摩耗量の増加にしたがって、刃先の厚さが増加し、一定の程度に達したら掘進の速度に影響を与え、掘進できなくなる場合もある。このため、ローラーカッターの失効がおもにカッターリングの摩耗、断裂によるものである。ここで、ローラーカッターの失効は、回転するカッターリングの耐摩耗性に大きく関わる。ローラーカッターのカッターリングの耐摩耗性を向上させるとともに、硬質合金を溶接又は嵌合するときに微小ひびを生じさせないため、国内外の研究所や工場は、一般的に、高強度の合金鋼をローラーカッターのカッターリングの材料として鍛造で成形し、表面で浸炭焼入れ処理を行うことによって、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、チップ及びその付近のカッターリングが依然として十分硬くならず、浸炭深さも十分深くならないので、岩石により浸炭層が容易に摩耗される。したがって、カッターリングの寿命が制限される。このため、表面処理技術を利用してシールドマシン用ローラーカッターのカッターリングの表面に耐摩耗性皮膜層を形成するには重要な意義がある。
しかし、従来のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリングの皮膜層に以下の問題がある。肉盛溶接法でカッターリングに耐摩耗性皮膜層を形成する場合、比較的に厚い皮膜層を形成することができるが、肉盛溶接の熱出力が大きく、肉盛溶接後の熱応力が大きいので、ひびが生じやすく、母材まで拡張されるとカッターリングが断裂になりやすくなる。現在、皮膜層の硬質相の多くが大粒の炭化物又は硬質合金からなり、皮膜層が不均一で、局部に応力集中が発生して微小のひびが生じやすいので、作動中に大粒の硬質相の破裂又は剥がれが発生しやすくなる。ろう付けコーティング法（ｂｒａｚｉｎｇ ｃｏａｚｉｎｇ）で耐摩耗性皮膜層を形成する場合、熱応力が小さいが、形成された皮膜層が薄く、皮膜層における硬質相の均一性が悪く、カッターリングの耐摩耗性を効果的に向上させることが難しい。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものである。
本発明は、上記問題の一部又は全部を解決できる耐摩耗性皮膜層を提供することを第１の目的とする。上記の耐摩耗性皮膜層は、複数層の基本的に同様な薄い皮膜層により形成された皮膜層であり、肉盛溶接法により厚い皮膜層を形成するときの熱応力の問題を改善し、ひびの発生と拡張をある程度抑えたとともに、硬質相であるダイヤモンド微粉の均一性を向上させることに寄与でき、熱損傷が小さく、硬質相の均一性が高く、剥がれが発生しにくい利点がある。
本発明は、上記問題の一部又は全部を解決できる耐摩耗性皮膜層を提供することを第１の目的とする。上記の耐摩耗性皮膜層は、複数層の基本的に同様な薄い皮膜層により形成された皮膜層であり、肉盛溶接法により厚い皮膜層を形成するときの熱応力の問題を改善し、ひびの発生と拡張をある程度抑えたとともに、硬質相であるダイヤモンド微粉の均一性を向上させることに寄与でき、熱損傷が小さく、硬質相の均一性が高く、剥がれが発生しにくい利点がある。
本発明は、上記の耐摩耗性皮膜層の形成方法を提供することを第２の目的とする。該方法は、レーザースポットを熱源とし、加熱が速く、母材及びダイヤモンドの被熱影響部分が小さい等の利点があり、過大な熱損傷にならなく、皮膜層を形成したあとに熱処理する必要がなく、皮膜層の形成と熱処理との一体化を実現した。
本発明は、シールドマシン用ローラーカッターを提供することをもう一つの目的とする。該シールドマシン用ローラーカッターは、表面に上記の耐摩耗性皮膜層が塗布され、カッターリングの耐摩耗性が効果的に向上したとともにカッターリングの長寿命化を実現した。
本発明の上記目的を実現するため、下記の技術案を用いる。
耐摩耗性皮膜層は、少なくとも２層の基本的に同様なろう材皮膜層を含み、
前記ろう材皮膜層が、ダイヤモンド微粉３〜１０質量部、アルコール系溶剤２〜６質量部、フッ化ナトリウム１〜５質量部、及びニッケルろう材８１〜９３質量部を含むものにより形成される。
前記ろう材皮膜層が、ダイヤモンド微粉３〜１０質量部、アルコール系溶剤２〜６質量部、フッ化ナトリウム１〜５質量部、及びニッケルろう材８１〜９３質量部を含むものにより形成される。
前記ろう材皮膜層の塗布の厚さが０．５〜０．７ｍｍであることが好ましい。
前記ろう材皮膜層は、ダイヤモンド微粉５〜８質量部、アルコール系溶剤３〜５質量部、フッ化ナトリウム１〜３質量部、及びニッケルろう材８０〜９０質量部を含むものにより形成されることが好ましい。
前記ニッケルろう材は、ＢＮｉ−２であることが好ましい。
前記アルコール系溶剤は、Ｃ８〜Ｃ１０のアルコール系溶剤から選ばれることが好ましく、前記アルコール系溶剤が、テルピネオールであることがより好ましい。
本発明に係る耐摩耗性皮膜層の形成方法は、
ダイヤモンド微粉、アルコール系溶剤、フッ化ナトリウム及びニッケルろう材のろう材混合物を基体の表面に塗布し、水分を除去するように前記ろう材混合物を乾燥したあと、保護ガスの雰囲気で、レーザーで乾燥したろう材混合物をスキャンすることによって、ろう材混合物を溶融し広げて、そして基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層を得るステップ（ａ）と、
所望の厚さの耐摩耗性皮膜層を得るまでステップ（ａ）を繰り返すステップ（ｂ）とを含み、
前記ダイヤモンド微粉の粒度が２００〜３２５メッシュであることが好ましく、２３０〜２７０であることがより好ましく、
前記ニッケルろう材が粉末状の材料であり、前記粉末状の材料の粒度が２００〜３００メッシュであることが好ましく、２３０〜２７０メッシュであることがより好ましい。
ダイヤモンド微粉、アルコール系溶剤、フッ化ナトリウム及びニッケルろう材のろう材混合物を基体の表面に塗布し、水分を除去するように前記ろう材混合物を乾燥したあと、保護ガスの雰囲気で、レーザーで乾燥したろう材混合物をスキャンすることによって、ろう材混合物を溶融し広げて、そして基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層を得るステップ（ａ）と、
所望の厚さの耐摩耗性皮膜層を得るまでステップ（ａ）を繰り返すステップ（ｂ）とを含み、
前記ダイヤモンド微粉の粒度が２００〜３２５メッシュであることが好ましく、２３０〜２７０であることがより好ましく、
前記ニッケルろう材が粉末状の材料であり、前記粉末状の材料の粒度が２００〜３００メッシュであることが好ましく、２３０〜２７０メッシュであることがより好ましい。
ステップ（ａ）において、前記レーザーは、ＣＯ２レーザースポットを熱源とすることが好ましく、
前記レーザースポットの直径が１２〜１５ｍｍであり、スキャン速度が２００〜３８０ｍｍ／ｍｉｎであることがより好ましく、
前記保護ガスがアルゴンガスであることがさらに好ましい。
前記レーザースポットの直径が１２〜１５ｍｍであり、スキャン速度が２００〜３８０ｍｍ／ｍｉｎであることがより好ましく、
前記保護ガスがアルゴンガスであることがさらに好ましい。
ステップ（ａ）において、前記乾燥は、ベーキングによることであり、前記ベーキングの温度が８５〜１００℃であることが好ましく、前記ベーキングの時間が１．５〜２ｈであることがさらに好ましい。
シールドマシン用ローラーカッターのカッターリングは、その表面に上記の耐摩耗性皮膜層が塗布され、前記耐摩耗性皮膜層の厚さが５〜６ｍｍであることが好ましい。
シールドマシン用ローラーカッターは、上記のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリングを有する。
シールドマシンは、上記のシールドマシン用ローラーカッターを有する。
従来の技術と比べ、本発明は以下の有益効果を有する。
（１）本発明に係る耐摩耗性皮膜層は、複数層の基本的に同様な薄い皮膜層により形成された皮膜層であり、肉盛溶接法により厚い皮膜層を形成するときの熱応力の問題を改善し、ひびの発生と拡張をある程度抑えたとともに、硬質相であるダイヤモンド微粉の均一性を向上させることに寄与でき、熱損傷が小さく、硬質相の均一性が高く、剥がれが発生しにくい利点がある。
（２）本発明に係る耐摩耗性皮膜層の形成方法は、レーザースポットを熱源とし、加熱が速く、母材及びダイヤモンドの被熱影響部が小さい等の利点があり、過大な熱損傷にならなく、皮膜層を形成したあとに熱処理する必要がなく、皮膜層の形成と熱処理との一体化を実現した。
（３）本発明に係るシールドマシン用ローラーカッターは、その表面に上記の耐摩耗性皮膜層が塗布され、カッターリングの耐摩耗性が効果的に向上したとともにカッターリングの長寿命化を実現した。
本発明の具体的な実施形態又は従来技術の技術案をより明瞭に説明するため、以下、具体的な実施形態又は従来技術に必要な図面を簡単に説明する。下記の図面は、本発明のいくつの実施形態を示したものに過ぎず、当業者は、発明能力を用いなくても、これらの図面に基づいてその他の図面を得ることが可能である。
本発明に係る耐摩耗性皮膜層の構成模式図である。
本発明に係るシールドマシン用ローラーカッターの耐摩耗性皮膜層の構成模式図である。
以下、図面と具体的な実施形態を用いて本発明の技術案を明瞭且つ完全に説明し、以下で説明される実施例が本発明を説明するための一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではなく、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。本発明の実施例をもとに、当業者が発明能力を用いることなく得た全てのその他の実施例も、本発明の保護範囲に属する。実施例において、具体的な条件が明記されていない場合、常規の条件又はメーカーの勧めの条件で行われることが可能である。使用される試剤又は器械の製造メーカーが明記されていない場合、市販の製品を使用することが可能である。
本発明に係る耐摩耗性皮膜層１は、少なくとも２層の基本的に同様なろう材皮膜層２を含む。
本発明に係る耐摩耗性皮膜層１は、複数層の基本的に同様な薄い皮膜層により形成された皮膜層であり、肉盛溶接法により厚い皮膜層を形成するときの熱応力の問題を改善し、ひびの発生と拡張をある程度抑えたとともに、硬質相であるダイヤモンド微粉の均一性を向上させることに寄与でき、熱損傷が小さく、硬質相の均一性が高く、剥がれが発生しにくい利点がある。
前記ろう材皮膜層２は、ダイヤモンド微粉３〜１０質量部（例えば、３質量部、４質量部、５質量部、６質量部、７質量部、８質量部、９質量部、１０質量部）、アルコール系溶剤２〜６質量部（例えば、２質量部、３質量部、４質量部、５質量部、６質量部）、フッ化ナトリウム１〜５質量部（例えば、１質量部、２質量部、３質量部、４質量部、５質量部）、及びニッケルろう材８１〜９３質量部（例えば、８１質量部、８２質量部、８３質量部、８４質量部、８５質量部、８６質量部、８７質量部、８８質量部、９０質量部、９１質量部、９２質量部、９３質量部）を含むものにより形成される。
ここで、ダイヤモンド微粉は、単結晶ダイヤモンド微粉と多結晶ダイヤモンド微粉を含む。単結晶ダイヤモンド微粉の生産量が大きく、幅広く応用されるので、業界内でダイヤモンド微粉が単結晶ダイヤモンド微粉を指していることが一般である。単結晶ダイヤモンド微粉は、静圧法による人工ダイヤモンドの単結晶砥粒を、粉砕、整形処理し、超硬質材料に対する特殊のプロセスを用いて生産されたものである。ダイヤモンド微粉は、硬度が高く、耐摩耗性が優れるので、切削、研削、掘削、研磨等に幅広く応用されることができる。ニッケルろう材に硬質相とするダイヤモンド微粉を添加することによって、熱損傷が小さく、硬質相の均一性が高く、コストが低い等の利点を有する。フッ化ナトリウムがフラックスとして用いられる。アルコール系溶剤は、各成分をよく結合させることができ、基体の表面に塗布することに寄与する。
本発明の一部の好ましい実施例において、皮膜層と基体の結合力及び各層のろう材皮膜層２の間の結合力を向上させるように、前記各ろう材皮膜層２の塗布の厚さを０．５〜０．７ｍｍにする。
本発明の一部の好ましい実施例において、前記ろう材皮膜層２の原料は、ダイヤモンド微粉５〜１２質量部、アルコール系溶剤３〜５質量部、フッ化ナトリウム１〜３質量部、及びニッケルろう材７９〜９５質量部を含むものにより形成されることが好ましい。
本発明の一部の好ましい実施例において、前記ニッケルろう材がＢＮｉ−２のろう材粉末である。
ニッケルろう材は、Ｎｉ６０、Ｎｉ６０Ｍ、Ｎｉ６２、Ｎｉ４５、ＢＮｉ−２等のニッケル基合金粉末を含み、本出願において、融点が９７０℃〜１０００℃であるＢＮｉ−２（ＢＮｉ８２ＣｒＳｉＢ）のろう材合金粉末を用いることが好ましい。それは、純度が高く、不純物が少なく、流動性が優れ、酸素含有量が低い等の特性を有する。高温と動的負荷の状態に用いられる溶接材料が、エンジンの羽根や製鉄分野の構造部品の製造に使用されることができる。鉄基、ニッケル基、コバルト基及び特殊の材料の溶接に使用されることができる。
本発明の一部の好ましい実施例において、前記アルコール系溶剤は、Ｃ８〜Ｃ１０のアルコール系溶剤から選ばれるものであり、さらに、テルピネオールでろう材の粉末をソルダペーストに調製する。
本発明に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、以下のステップを含む。
ステップ（ａ）
ダイヤモンド微粉、アルコール系溶剤、フッ化ナトリウム及びニッケルろう材からなるろう材混合物を基体の表面に塗布し、水分を除去するように前記ろう材混合物を乾燥したあと、保護ガスの雰囲気で、レーザーで乾燥したろう材混合物をスキャンすることによって、ろう材混合物を溶融し広げて、そして基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得る。
ダイヤモンド微粉、アルコール系溶剤、フッ化ナトリウム及びニッケルろう材からなるろう材混合物を基体の表面に塗布し、水分を除去するように前記ろう材混合物を乾燥したあと、保護ガスの雰囲気で、レーザーで乾燥したろう材混合物をスキャンすることによって、ろう材混合物を溶融し広げて、そして基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得る。
ステップ（ｂ）
図１に示すような所望の厚さの耐摩耗性皮膜層１を得るまでステップ（ａ）を繰り返す。
図１に示すような所望の厚さの耐摩耗性皮膜層１を得るまでステップ（ａ）を繰り返す。
本発明に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、レーザースポットを熱源とし、加熱が速く、母材及びダイヤモンドの被熱影響部分が小さい等の利点があり、過大な熱損傷にならなく、皮膜層を形成したあとに熱処理する必要がなく、皮膜層の形成と熱処理との一体化を実現した。
粒度は、粒子の大きさを指している。通常、球体の粒子の粒度を直径で表し、立方体の粒子の粒度を一辺の長さで表す。本発明の一部の好ましい実施例において、ダイヤモンド微粉が皮膜層内において優れた分散性を備えるように、ダイヤモンド微粉の粒度が２００〜３２５メッシュにすることが好ましく、２３０〜２７０メッシュにすることがさらに好ましい。
本発明の一部の好ましい実施例において、前記ニッケルろう材の粒度が２００〜３００メッシュであり、２３０〜２７０メッシュであることがさらに好ましい。該メッシュのニッケルろう材とダイヤモンド微粉との混合効果が優れ、原料を均一に分散させることができる。
本発明の一部の好ましい実施例において、ステップ（ａ）において、前記レーザーは、ＣＯ２レーザースポットを熱源とする。
ろう材を快速に溶融し広げて、ひびの発生を減少させるように、前記レーザースポットの直径を１２〜１５ｍｍにし、スキャン速度を２００〜３８０ｍｍ／ｍｉｎにすることがさらに好ましい。
本発明の一部の好ましい実施例において、前記保護ガスをアルゴンガスである。
本発明の一部の好ましい実施例において、ステップ（ａ）において、前記乾燥は、ベーキングであり、前記ベーキングの温度が８５〜１００℃であり、前記ベーキングの時間を１．５〜２ｈであることがさらに好ましい。
シールドマシン用ローラーカッターのカッターリングは、図２に示すように、その表面に前記耐摩耗性皮膜層１が塗布され、前記耐摩耗性皮膜層１の厚さが５〜６ｍｍであることが好ましい。
本発明に係るシールドマシン用ローラーカッターは、表面に前記耐摩耗性皮膜層１が塗布され、皮膜層の厚さが５〜６ｍｍであるので、カッターリングの耐摩耗性が効果的に向上したとともにカッターリングの長寿命化を実現した。
シールドマシン用ローラーカッターは、前記シールドマシン用ローラーカッターのカッターリングを有する。
シールドマシンは、前記シールドマシン用ローラーカッターを有する。
以下、実施例を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。下記の実施例が本発明を説明するためのものにすぎず、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。実施例において、具体的な条件が明記されていない場合、常規の条件又はメーカーの勧めの条件で行うことが可能である。使用される試剤又は器械の製造メーカーが明記されていない場合、市販の常規製品を使用することが可能である。
実施例１
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を３質量部（２００〜３２５メッシュ）、テルピネオールを３質量部、フッ化ナトリウムを１質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を９３質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．７ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、１００℃で１．５ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１５ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、３８０ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが６ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例２
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を４質量部（２００〜３２５メッシュ）、テルピネオールを４質量部、フッ化ナトリウムを２質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を９０質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．６ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、９０℃で１．５ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１３ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、２３０ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが６ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例３
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を５質量部（２３０〜２７０メッシュ）、テルピネオールを５質量部、フッ化ナトリウムを３質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を８７質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．５ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、８５℃で２ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１２ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、２００ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが５ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例４
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を６質量部（２００〜３２５メッシュ）、テルピネオールを３質量部、フッ化ナトリウムを１質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を９０質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．５ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、９５℃で２ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１４ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、２８０ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが６ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例５
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を７質量部（２３０〜２７０メッシュ）、テルピネオールを４質量部、フッ化ナトリウムを２質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を９２質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．７ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、８５℃下で２ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１５ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、３００ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが６ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例６
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を８質量部（２００〜３２５メッシュ）、テルピネオールを５質量部、フッ化ナトリウムを３質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を８４質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．７ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、１００℃下で１．５ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１２ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、３３０ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが６ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例７
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を９質量部（２３０〜２７０メッシュ）、テルピネオールを２質量部、フッ化ナトリウムを１質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を８８質量部（２３０〜２７０メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．５ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、８５℃下で２ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１５ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、３５０ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが５ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例８
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
本実施例に係る耐摩耗性皮膜層１の形成方法は、具体的に以下のステップを含む。
Ａ、ダイヤモンド微粉を１０質量部（２００〜３２５メッシュ）、テルピネオールを６質量部、フッ化ナトリウムを５質量部、及びＢＮｉ−２のろう材粉末を８１質量部（２００〜３００メッシュ）秤量し、十分混合、攪拌してペースト状のろう材混合物を調製しておいた。
Ｂ、ペースト状のろう材混合物を、厚さが０．５〜０．７ｍｍとなるようにシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の作業面に均一に塗布し、自然乾燥させたあと、乾燥箱に入れ、皮膜層内部の水分を除去するように、９９℃下で２ｈベーキングした。
Ｃ、ベーキングした後のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３を、耐高温のホルダーに固定した後、アルゴンガスを保護ガスとし、直径１５ｍｍのＣＯ２レーザースポットを熱源とし、３５０ｍｍ／ｍｉｎのスキャン速度で、ベーキングした後のろう材混合物を快速にスキャンすることによって、皮膜層のろう材を溶融し、広げて、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層２を得た。
Ｄ、ステップＣにより得たろう材皮膜層２の表面において、皮膜層の厚さが６ｍｍに達するまでステップＢ、Ｃを繰り返し、即ち、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング３の表面において複数回塗布してなる耐摩耗性皮膜層１が形成された。
実施例９〜１６は、それぞれ実施例１〜８で形成された耐摩耗性皮膜層１を備えるカッターリングを有するシールドマシン用ローラーカッターである。
比較例１
本比較例は、形成方法が異なる以外、皮膜層材料及び皮膜層の厚さが実施例１と同様である。
本比較例は、形成方法が異なる以外、皮膜層材料及び皮膜層の厚さが実施例１と同様である。
形成方法
皮膜層材料を十分混合、攪拌してペースト状の混合物を調製して、厚さが６ｍｍとなるようにペースト状の混合物をカッターリングの作業面に塗布し、肉盛溶接法で該皮膜層を形成した。
皮膜層材料を十分混合、攪拌してペースト状の混合物を調製して、厚さが６ｍｍとなるようにペースト状の混合物をカッターリングの作業面に塗布し、肉盛溶接法で該皮膜層を形成した。
比較例２
本比較例は、形成方法が異なる以外、皮膜層材料が実施例１と同様である。
本比較例は、形成方法が異なる以外、皮膜層材料が実施例１と同様である。
形成方法
皮膜層材料を十分混合、攪拌してペースト状の混合物を調製し、厚さが０．５ｍｍとなるようにペースト状の混合物をカッターリングの作業面に塗布し、肉盛溶接法で第１層の皮膜層を形成した。そして、第１層の皮膜層の表面において、厚さが０．５ｍｍとなるようにペースト状の混合物を塗布し、肉盛溶接法で第２層の皮膜層を形成した。さらに、第２の皮膜層の表面において、厚さが０．５ｍｍとなるようにペースト状の混合物を塗布し、肉盛溶接法で第３層の皮膜層を形成した。そして、皮膜層が所望の厚さに達するまで上記の作業を繰り返した。
皮膜層材料を十分混合、攪拌してペースト状の混合物を調製し、厚さが０．５ｍｍとなるようにペースト状の混合物をカッターリングの作業面に塗布し、肉盛溶接法で第１層の皮膜層を形成した。そして、第１層の皮膜層の表面において、厚さが０．５ｍｍとなるようにペースト状の混合物を塗布し、肉盛溶接法で第２層の皮膜層を形成した。さらに、第２の皮膜層の表面において、厚さが０．５ｍｍとなるようにペースト状の混合物を塗布し、肉盛溶接法で第３層の皮膜層を形成した。そして、皮膜層が所望の厚さに達するまで上記の作業を繰り返した。
比較例３
本比較例は、形成方法が略異なる以外、皮膜層材料が実施例１と同様である。複数回の塗布のやり方を、厚さが６ｍｍとなるように１回で塗布し、炉の中でろう付けコーティング法により皮膜層を形成した。
本比較例は、形成方法が略異なる以外、皮膜層材料が実施例１と同様である。複数回の塗布のやり方を、厚さが６ｍｍとなるように１回で塗布し、炉の中でろう付けコーティング法により皮膜層を形成した。
比較例４
皮膜層なしのものである。
皮膜層なしのものである。
実験例
本発明の実施例と比較例との皮膜層の耐摩耗性の差異を比較して説明するため、同仕様のカッターリングを用いて実験を行った。外径が１００ｍｍ、厚さが７ｍｍ、材質がＨ１３の鋼であるＴＢＭの盤形ローラーカッターのカッターリングを用いた。同仕様のＴＢＭの盤形ローラーカッターのカッターリングにおいて、実施例１〜８及び比較例１〜３の方法で皮膜層の厚さが５ｍｍとなるように厚い皮膜層を形成したローラーカッターのカッターリングをそれぞれ用意した。それぞれの皮膜層を形成したカッターリングを実験対象とし、摩耗実験を行った。実験が独自開発の摩耗実験台で行われ、実験用岩石としてＴＢＭ工程でよく見られる花崗岩を用い、岩石の寸法が１０００ｍｍ×５００ｍｍ×３００ｍｍである。岩石を実験台の作業台に固定し、カッターリングが駆動軸にキー接続され、油圧モータにより駆動軸を回転させ、駆動軸の回転数を２０ｒ／ｍｉｎにし、実験時間をそれぞれ３ｈにした。実験過程において、カッターリングと岩石との平均接触応力が同様となるようにできるだけ保つ。摩耗実験後のカッターリングの摩耗量を測定したところ、結果が表１に示すようになった。
本発明の実施例と比較例との皮膜層の耐摩耗性の差異を比較して説明するため、同仕様のカッターリングを用いて実験を行った。外径が１００ｍｍ、厚さが７ｍｍ、材質がＨ１３の鋼であるＴＢＭの盤形ローラーカッターのカッターリングを用いた。同仕様のＴＢＭの盤形ローラーカッターのカッターリングにおいて、実施例１〜８及び比較例１〜３の方法で皮膜層の厚さが５ｍｍとなるように厚い皮膜層を形成したローラーカッターのカッターリングをそれぞれ用意した。それぞれの皮膜層を形成したカッターリングを実験対象とし、摩耗実験を行った。実験が独自開発の摩耗実験台で行われ、実験用岩石としてＴＢＭ工程でよく見られる花崗岩を用い、岩石の寸法が１０００ｍｍ×５００ｍｍ×３００ｍｍである。岩石を実験台の作業台に固定し、カッターリングが駆動軸にキー接続され、油圧モータにより駆動軸を回転させ、駆動軸の回転数を２０ｒ／ｍｉｎにし、実験時間をそれぞれ３ｈにした。実験過程において、カッターリングと岩石との平均接触応力が同様となるようにできるだけ保つ。摩耗実験後のカッターリングの摩耗量を測定したところ、結果が表１に示すようになった。
実験の結果から分かるように、表１に示すように、本出願に係る耐摩耗性皮膜層を形成したカッターリングの耐摩耗性がより優れ、カッターの寿命を顕著に延ばした。
具体的な実施例を用いて本発明を説明したが、上記の各実施例は、本発明の技術案を説明するためのものにすぎず、制限するものではない。当業者にとって、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、上記の各実施例に記載された技術案に対して変更し、或いはその中の一部又は全部の技術的特徴を均等置換することが可能である。これらの変更又は置換が、該当する技術案の主旨に本発明の各実施例における技術案の範囲を逸脱させることがない。このため、付する特許請求の範囲は、本発明の範囲内に属する全ての当該置換と変更を含む。
１ 耐摩耗性皮膜層、２ ろう材皮膜層、３ シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング。
Claims (10)
- 少なくとも２層の基本的に同様なろう材皮膜層を含み、
前記ろう材皮膜層が、ダイヤモンド微粉３〜１０質量部、アルコール系溶剤２〜６質量部、フッ化ナトリウム１〜５質量部、及びニッケルろう材８１〜９３質量部を含むものにより形成され、
前記ろう材皮膜層の塗布厚さが０．５〜０．７ｍｍであることが好ましい
ことを特徴とする耐摩耗性皮膜層。 - 前記ろう材皮膜層は、ダイヤモンド微粉５〜８質量部、アルコール系溶剤３〜５質量部、フッ化ナトリウム１〜３質量部、及びニッケルろう材８０〜９０質量部を含むものにより形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性皮膜層。 - 前記ニッケルろう材は、ＢＮｉ−２であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐摩耗性皮膜層。
- 前記アルコール系溶剤は、Ｃ８〜Ｃ１０のアルコール系溶剤から選ばられ、
前記アルコール系溶剤が、テルピネオールであることが好ましい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐摩耗性皮膜層。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐摩耗性皮膜層の形成方法であって、
ダイヤモンド微粉、アルコール系溶剤、フッ化ナトリウム及びニッケルろう材のろう材混合物を基体の表面に塗布し、水分を除去するように前記ろう材混合物を乾燥したあと、保護ガスの雰囲気で、レーザーで乾燥したろう材混合物をスキャンすることによって、ろう材混合物を溶融し広げて、そして基体と冶金的接合して、ろう材皮膜層を得るステップ（ａ）と、
所望の厚さの耐摩耗性皮膜層を得るまでステップ（ａ）を繰り返すステップ（ｂ）とを含み、
前記ダイヤモンド微粉の粒度が２００〜３２５メッシュであることが好ましく、２３０〜２７０メッシュであることがより好ましく、
前記ニッケルろう材が粉末状の材料であり、前記粉末状の材料の粒度が、２００〜３００メッシュであることが好ましく、２３０〜２７０メッシュであることがより好ましい
ことを特徴とする耐摩耗性皮膜層の形成方法。 - ステップ（ａ）において、前記レーザーは、ＣＯ２レーザースポットを熱源とし、
前記レーザースポットの直径が１２〜１５ｍｍであり、スキャン速度が２００〜３８０ｍｍ／ｍｉｎであることが好ましく、
前記保護ガスがアルゴンガスであることが好ましい
ことを特徴とする請求項５に記載の耐摩耗性皮膜層の形成方法。 - ステップ（ａ）において、前記乾燥は、ベーキングによることであり、前記ベーキングの温度が８５〜１００℃であり、
前記ベーキングの時間が１．５〜２ｈであることが好ましい
ことを特徴とする請求項５に記載の耐摩耗性皮膜層の形成方法。 - 表面に請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐摩耗性皮膜層が塗布され、
前記耐摩耗性皮膜層の厚さが５〜６ｍｍであることが好ましい
ことを特徴とするシールドマシン用ローラーカッターのカッターリング。 - 請求項８に記載のシールドマシン用ローラーカッターのカッターリングを有するシールドマシン用ローラーカッター。
- 請求項９に記載のシールドマシン用ローラーカッターを有するシールドマシン。
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