1.一种用于盾构机滚刀强化的激光熔覆材料,其特征在于,包括基底层和熔覆于基底层上的耐磨层;
所述基底层由铁基碳化钨复合合金粉末Ⅰ熔覆而成,所述铁基碳化钨复合合金粉末Ⅰ包含球状碳化钨Ⅰ和铁基合金粉末Ⅰ,所述球状碳化钨Ⅰ的质量百分比为25%‑35%,所述铁基合金粉末Ⅰ的质量百分比为65%‑75%,所述球状碳化钨Ⅰ中大粒度球形碳化钨与小粒度球形碳化钨的比例为3.5:1‑2.5:1,所述铁基合金粉末Ⅰ包含C、Si、Cr、Ni、Mo、Mn、Fe,所述C的质量百分比为0.07%‑0.13%,所述Si的质量百分比为:1.2%‑2%,所述Cr的质量百分比为:21%‑28%,所述Ni的质量百分比为:12%‑20%,所述Mo的质量百分比为:0.7%‑1.3%,所述Mn的质量百分比为:0.7%‑1.3%,余量为Fe;
所述耐磨层由铁基碳化钨复合合金粉末Ⅱ熔覆而成,所述铁基碳化钨复合合金粉末Ⅱ包含球状碳化钨Ⅱ和铁基合金粉末Ⅱ,所述球状碳化钨Ⅱ的质量百分比为35%‑45%,所述铁基合金粉末Ⅰ的质量百分比为55%‑65%,所述球状碳化钨Ⅱ中大粒度球形碳化钨与小粒度球形碳化钨的比例为1:1‑1.4:1,所述铁基合金粉末Ⅱ包含C、Si、Cr、Ni、Mo、Mn、Fe,所述C的质量百分比为0.07%‑0.13%,所述Si的质量百分比为:1.2%‑2%,所述Cr的质量百分比为:21%‑28%,所述Ni的质量百分比为:12%‑20%,所述Mo的质量百分比为:0.7%‑1.3%,所述Mn的质量百分比为:0.7%‑1.3%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种用于盾构机滚刀强化的激光熔覆材料,其特征在于,所述球状碳化钨Ⅰ的质量百分比为30%,所述铁基合金粉末Ⅰ的质量百分比为70%,所述球状碳化钨Ⅰ中大粒度球形碳化钨与小粒度球形碳化钨的比例为3:1,所述铁基合金粉末Ⅰ中所述C的质量百分比为:0.1%,所述Si的质量百分比为:1.6%,所述Cr的质量百分比为:23%,所述Ni的质量百分比为:14%,所述Mo的质量百分比为:1%,所述Mn的质量百分比为:1%,余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种用于盾构机滚刀强化的激光熔覆材料,其特征在于,所述球状碳化钨Ⅱ的质量百分比为40%,所述铁基合金粉末Ⅱ的质量百分比为60%,所述球状碳化钨Ⅱ中大粒度球形碳化钨与小粒度球形碳化钨的比例为55:45,所述铁基合金粉末Ⅱ中所述C的质量百分比为:0.1%,所述Si的质量百分比为:1.6%,所述Cr的质量百分比为:
23%,所述Ni的质量百分比为:14%,所述Mo的质量百分比为:1%,所述Mn的质量百分比为:
1%,余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的一种用于盾构机滚刀强化的激光熔覆材料,其特征在于,所述大粒度球形碳化钨为直径50μm‑100μm的碳化钨颗粒,所述小粒度球形碳化钨为直径20μm‑
45μm的碳化钨颗粒。
5.一种如权利要求1‑4中任一所述激光熔覆材料的激光熔覆方法,其特征在于,先以铁基碳化钨复合合金粉末Ⅰ作为基底层熔覆在盾构机滚刀表面,再在基底层的上表面熔覆铁基碳化钨复合合金粉末Ⅱ作为耐磨层。
6.根据权利要求5所述的激光熔覆方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤1,基材预处理
使用角磨机去除基材表面氧化物,使用砂纸对待熔覆表面进行打磨直至待熔覆区域光顺,然后使用丙酮进行清洗并烘干,去除表面油污与残余污物;
步骤2,粉末预处理
将铁基碳化钨复合合金粉末Ⅰ、铁基碳化钨复合合金粉末Ⅱ分别置于真空干燥箱中保温干燥;
步骤3,激光熔覆基底层
送粉采用双筒送粉器同轴送粉方式,将烘干后的铁基碳化钨复合合金粉末Ⅰ、铁基碳化钨复合合金粉末Ⅱ分别置于送粉器不同送粉筒内,调节粉斑,使其汇聚于激光光斑位置;
使用高功率的半导体激光器,以机械臂和侧倾式变位机协同调节激光与滚刀相对位置并实现滚刀转动,调整激光模式与焦距,于良好的氩气保护气氛下于滚刀表面熔覆两层铁基碳化钨复合合金粉末Ⅰ,制备激光熔覆基底层;
步骤4,激光熔覆耐磨层
对基底层表面进行打磨,平整化处理,并进行表面异物清除作业,处理完成后使用铁基碳化钨复合合金粉末Ⅱ于基底层上部制备一层熔覆层。
7.根据权利要求6所述激光熔覆方法,其特征在于,所述步骤1中基材为H13钢材。
8.根据权利要求6所述激光熔覆方法,其特征在于,所述步骤3中激光熔覆工艺参数为:
激光熔覆功率为1400W,光斑直径4mm,扫描速度为600mm/min,搭接率40%,送粉速度10.8g/min,保护气:氩气,送粉气:氩气,保护气流量12L/min,基底层厚度制备1mm。
9.根据权利要求6所述激光熔覆方法,其特征在于,所述步骤4中激光熔覆工艺参数为:
激光熔覆功率为1400W,光斑直径4mm,扫描速度为420mm/min,搭接率40%,送粉速度10.8g/min,保护气:氩气,送粉气:氩气,保护气流量12L/min,耐磨层制备1mm。