盾構機耐磨堆焊

在各類廣泛應用的表麵工程技術中，激光熔覆、等離子轉移弧熔覆、火焰噴塗以及等離子噴塗均可以製備較厚的塗層。由於火焰噴塗及等離子噴塗會產生巨大的噪聲，以及大量的灰塵及紫外線，因此會嚴重汙染環境；同時，在噴塗過程中，合金粉末經過高溫區域時，其中的部分合金元素會被氧化，甚至燒蝕掉。另外，火焰噴塗及等離子噴塗技術製備的塗層與基底之間是機械結合，因此，塗層不能承受較大的載荷及衝擊。由於激光的能量轉換率很低(大約隻有 10％-25％之間)，而且由於設備費用很高，因此其應用受到了限製；同時，其應用還依賴於塊體材料的反射率，因此，激光熔覆工藝的大規模工業應用目前仍受到很大限製。等離子轉移弧熔覆技術焰流具有極高溫度(高達 20,000-30,000℃)，優異的電弧穩定性，工件熱變形率低，以及塗敷速度快等優點。等離子熔覆技術是上述各種表麵改性工藝中的較理想的一種。近幾年在該領域研究取得了很多進展。

Cr7C3 以高的硬度，優異的耐磨性，以及耐腐蝕抗氧化性能著稱，因此，常用作複合塗層中的強化相。鐵基底中的固溶體γ-Fe 具有良好的延展性以及很高的強度，同時可與硬質相 Cr7C3 兼容。因此，包含碳化物(Cr,Fe)7C3 強化相，並且以韌性相γ-Fe-(Cr,Fe)7C3

共晶相為織構的複合塗層，在幹滑動磨損的條件下，具有優異的耐磨性能

 DML-V03BD 型等離子轉移弧熔覆裝置

等離子體熔覆(Cr,Fe)7C3 複合塗層的製備及其性能

經使用(wt.%) Fe-38Cr-4.5C-5Ni 的粉末等離子熔覆後，在 45 鋼表麵得到了主要包含 (Cr,Fe)7C3 和γ-Fe 固溶體相的複合塗層

塗層的顯微組織結構為大量不規則塊狀增強相和少量樹枝狀晶組成，塗層中主要組成相為(Cr, Fe)7C3，而樹枝狀細晶可標定為(Cr, Fe)7C3 和鐵基固溶體奧氏體γ相

由於碳化物(Cr,Fe)7C3 具有很高的熔點，同時在凝固過程中，(Cr,Fe)7C3 具有負的自由形成能，因此在凝固過程中，(Cr,Fe)7C3 相首先從熔液中析出。隨著凝固過程的進行，殘餘的熔融中 Cr 及 C 元素含量極其微弱，此時發生共晶轉變。形成了如上圖所示的細晶(Cr,Fe)7C3 共晶組織。由於鐵基固溶體γ中 Ni 元素達到飽和狀態，可以假設，由於細晶的增強作用，以及固溶強化作用，(Cr,Fe)7C3/γ-Fe 共晶組織的強度和韌性可以得到很大程度的提高。

 樣品磨痕表麵 SEM 形貌：(a) 45 鋼；(b) (Cr,Fe)7C3 碳化物增強複合塗層，等離子熔覆(Cr,Fe)7C3 增強複合塗層的相對耐磨性比對比試樣 45 鋼高 35 倍。

 等離子體熔覆對盾構刀具的處理

     利用等離子熔敷技術，使用質量分數(wt.%) Fe–38Cr–4.5C–5Ni 的粉末在盾構刀具後刀麵上製備了(Cr,Fe)7C3 複合塗層。經過利用等離子熔覆技術進行處理後的盾構刀具外觀如下圖所示。將處理後的刀具應用到北京地鐵十號線第九標段的施工現場。在此施工標段，由於土質較好，盾構刀具的磨損都比較輕微，盾構機的推進效率也比較高，達到 1.5環/日。盾構機在此標段推進 3.8km（往複兩個標段，即相當於四個標段）到達接收井後，我們在現場檢驗了刀具的磨損狀況，將經鍍膜處理前後的刀具進行了對比。

未經處理的盾構刀具，在推進 3.8km 後，後刀麵的高度下降很多，硬質合金刀片已經有很大程度的暴露；而經等離子熔覆技術製備了(Cr,Fe)7C3 複合塗層的盾構刀具，其塗層仍然存在，隻有極輕微的磨損跡象，後刀麵刀體部分沒有發生絲毫的磨損。

等離子熔覆技術製備的硬質複合塗層，能夠適應盾構刀具苛刻的服役條件，能夠有

效的提高刀具的使用壽命，大大降低地鐵施工過程中刀具的成本，以及更換刀具所引起的危

險及工時的浪費，顯著提高地鐵施工的效率，以降低整個地鐵施工的成本，具有很好的推廣

應用的價值。