1.本发明涉及一种应用于泥岩采掘刀具防护的种应质合钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，属于特种涂层设计制备技术领域。用于
背景技术：
2.泥岩地层含有较多细小的泥岩矿物颗粒(粒径小于0.0039毫米)，如石英、采掘层云母、刀具的钢二氧化硅等。防护盾构机在该类地层中开挖时容易因磨粒磨损而出现刀具磨损严重的结硬金球情况。为实现泥岩地层盾构高效掘进，粒强这要求滚刀、化硬撕裂刀、面涂边刀等刀具具有高硬度、种应质合高耐磨性。用于现有锻造成形、泥岩表面渗碳高强度合金钢已无法满足要求，采掘层因此，刀具的钢必须采用表面技术在盾构刀具表面制备耐磨涂层。
3.传统硬面材料(以co基、ni基自熔合金粘结相+wc强化相为代表)，因耐腐蚀、耐磨损、耐冲击而常被用于刀具表面防护。以ni60+wc体系为例，现有涂层的强化相多为大颗粒铸造碳化钨，而大颗粒wc与ni60的热膨胀系数差异大，在激光熔覆过程中易累积热应力，产生裂纹，这严重限制了涂层中强化相含量，影响涂层耐磨性。
4.此外，在激光熔覆过程中，大颗粒强化相与粘结相比重不一致，易导致送粉不均匀，影响强化相的沉积率。具体表现为：1)在送粉过程中，高比重强化相(如wc)存在严重滞后现象；2)通过载气输送至基板的低比重强化相(如tic)，易因反冲作用而被吹散，这都将限制进入熔池中的强化相含量。这也是到目前为止鲜有采用激光熔覆在制备强化相含量大于55v％的钢结硬质合金的主要原因之一。
技术实现要素：
5.本发明设计并首次采用激光熔覆技术制备出了一种富含钢结硬质合金球粒的复合硬面涂层。
6.本发明改善了现有泥岩采掘刀具涂层的结构稳定性，进一步提高了其耐磨性能，并延长刀具的服役寿命。同时本发明的成本明显低于现有技术的成本。
7.本发明以高温球化钢结合金球粒为原料，通过改进的激光熔覆技术制备高性能硬面涂层。小尺寸强化相在激光熔覆的高温热源作用下会经历“溶解-再析出”过程，这可提高强化相与钢的润湿性，有效避免硬面涂层中出现裂纹。高温球化钢结合金球粒的球形度高、流动性好、强化相分布均匀，以此为原料，可改善激光熔覆过程中的送粉均匀性，提高强化相沉积率，提高硬面涂层的耐磨性。
8.本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，其通过下述步骤制备：
9.(1)高温球化钢结硬质合金球粒
10.将清洗过后的钢结硬质合金粉末进行高温球化处理，在该过程中，粉末颗粒在高温等离子体中吸收大量热量，表面迅速融化，随后在表面张力作用下，在惰性气体中冷却形
成钢结合金球粒，该粉末的强化相均匀性好、球形度高、流动性好。高温球化工艺参数为：间隙电压为45v-55v，放电电流为500a，脉冲宽度2000μs，脉冲间隔200μs，电极转速3000r/min。
11.(2)硬面涂层
12.将钢基表面打磨除锈后，在丙酮和无水乙醇中超声清洗，去除表面油脂并烘干，激光熔覆工艺参数为：激光功率1400w，扫描速率为600mm/min，送粉速率为1r/min，搭接间距为48％。
13.本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，所述钢结硬质合金选自tm52钢结硬质合金、tm60钢结硬质合金、st60钢结硬质合金中的一种。
14.作为优选方案，本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，所述钢结硬质合金选自tm52钢结硬质合金。
15.作为进一步的优选方案，本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，球化后的tm52硬质合金颗粒的d10为50-51.5μm；d50为90-91μm、d90为140-141μm。
16.作为进一步的优选方案，本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，球化后的tm52硬质合金颗粒的松装密度为2.27g/cm3，振实密度为2.44g/cm3。
17.本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，涂层中，强化相含量为60-65vol％。所述强化相为tic。作为优选，涂层中tic由粒径为d1的tic颗粒和粒径为d2的tic颗粒组成，所述d1的取值为50nm-2微米；所述d2的取值为4微米-20微米。发明人发现涂层中tic颗粒这样分布有利于增强产品摩擦性能的稳定，尤其是有利于一段时间摩擦后(如10min)摩擦系数的稳定。
18.本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，涂层的硬度为61.5-61.9hrc。
19.本发明一种应用于泥岩采掘刀具防护的钢结硬质合金球粒强化硬面涂层，选用ht-1000对硬面涂层的磨损性能进行测试，选定参数为：采用直径为2mm的si3n4球作为摩擦副(硬度约为1700hv)，选定载荷为19.8n，测试总时间为30min，对磨球转速为560r/min，摩擦路径半径2mm。涂层的体积磨损率为(8.25～8.28)
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20.本发明的原理和优势
21.本发明在激光熔覆高能热源作用下，强化相经“溶解-再析出”过程与钢之间形成了一定厚度的界面反应层，具有良好的润湿性。同时由于强化相经“溶解-再析出”其粒径分布存在明显的双峰分布的情况，这有利于增强产品摩擦性能的稳定尤其是有利于摩擦一段时间后产品摩擦系数的稳定。
22.本发明所得涂层其具有高强化相含量(约65vol％)，远高于现有无宏观缺陷的ni60/wc涂层(35vol％)。故其硬度(约61.9hrc)相对高于ni60/wc涂层(54hrc)。
23.本发明解决工业上wc/ni60硬面涂层因热膨胀系数失配、送粉不均匀而导致硬质相含量低，耐磨性能不足的问题。所得产品强化相沉积率高，硬面涂层中强化相含量高、分布均匀，耐磨性稳定且优异。
附图说明
24.附图1为实施例1所得钢结硬质合金球粒强化的硬面涂层的形貌图；
25.附图2为实施例1所得钢结硬质合金球粒强化的硬面涂层的形貌图；
26.附图3为目前工业所用泥岩采掘刀ni60/wc硬面涂层的形貌照片；
27.附图4为实施例1所得硬面涂层的摩擦磨损系数曲线图；
28.附图5为实施例1所得产品中涂层与基体界面的形貌图；
29.附图6为对比例1所得产品的形貌图。
30.附图7为对比例2所得产品的显微组织图；
31.附图8为对比例3所得硬面涂层的摩擦磨损系数曲线图；
32.附图9为对比例3所得硬面涂层的形貌图。
具体实施方式：
33.实施例1
34.以tm52硬质合金钢粉末为原料，其原料置于等离子体球化设备中，进行高温等离子体球化，得到球化后的tm52硬质合金颗粒，所述球化后的tm52硬质合金颗粒的d10为50.9μm；d50为90.4μm、d90为140.3μm。松装密度为2.27g/cm3，振实密度为2.44g/cm3；
35.所述高温球化工艺参数为：间隙电压为45v-55v，放电电流为500a，脉冲宽度2000μs，脉冲间隔200μs，电极转速3000r/min。
36.将钢基表面打磨除锈后，在丙酮和无水乙醇中超声清洗，去除表面油脂并烘干，以前一步制备的球化后的tm52硬质合金颗粒为原料，在不需要添加任何添加剂的情况下，通过激光熔覆工艺将球化后的tm52硬质合金颗粒熔覆在钢基表面，冷却后得到硬面涂层；激光熔覆工艺参数为：激光功率1400w，扫描速率为600mm/min，送粉电机转速为1r/min，搭接间距为48％。
37.所得涂层中，强化相含量约为65vol％(所述强化相有tic组成)，涂层的硬度为61.9hrc；
38.耐磨涂层检测方法：选用ht-1000对硬面涂层的磨损性能进行测试，选定参数为：采用直径为2mm的si3n4球作为摩擦副(硬度约为1700hv)，选定载荷为19.8n，测试总时间为30min，对磨球转速为560r/min，摩擦路径半径2mm。耐磨涂层检测结果：体积磨损率为8.27
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39.对比例1
40.其他条件和实施例1一致，不同之处在于：激光功率：1200w，扫描速率：400mm/min。其所得产品表面熔覆层不平整，存在明显未熔颗粒(如图6所示)。
41.对比例2：
42.参考文献：周丹,郭计山,熊大辉,等.tic含量对激光熔覆铁基涂层特性的影响[j].应用激光,2021,41(6):7.
[0043]
采用参考文献的技术以粗颗粒tic和fe基粉末为原料，采用激光熔覆技术制备的涂层中，tic体积分数为30％即出现明显裂纹。该硬面涂层中强化相体积分数仅为40t％，且在tic与粘结相之间不能看到明显反应界面,tic与粘结相润湿性较差，其形貌如图7所示。
[0044]
对比例3：喷雾干燥钢结硬质合金粉末强化的硬面涂层
[0045]
将纯度为99.9％以上的钢铁粉末及tic按配方精确称重后混合(具体比例和实施例1中的比例一一对应且完全相等)，随后，在混合粉末中加入适量酒精，再放入磨球，于球磨机中湿磨8～12h后，再加入一定量的粘结剂和分散剂配制料浆，然后再放入球磨机中湿混一段时间，即可得到均匀稳定的料浆；随后经喷雾干燥塔制备出粒度为100-300目的粉末。喷雾干燥她工艺参数为；喷雾塔进/出风口温度：165℃/100℃,喷雾盘电机20hz(转速6000rpm)，进料泵转速50rpm。最后在800-1000℃进行脱脂烧结，获得团聚粉末。所述喷雾干燥的tm52硬质合金颗粒的d10为49.7μm；d50为100.4μm、d90为150.3μm。松装密度为1.86g/cm3，振实密度为1.97g/cm3；
[0046]
将钢基表面打磨除锈后，在丙酮和无水乙醇中超声清洗，去除表面油脂并烘干，以前一步制备的喷雾干燥tm52硬质合金粉末为原料，在不需要添加任何添加剂的情况下，通过激光熔覆工艺将喷雾干燥tm52硬质合金粉末熔覆在钢基表面，冷却后得到硬面涂层；激光熔覆工艺参数为：激光功率1400w，扫描速率为600mm/min，送粉电机转速为1r/min，搭接间距为48％。
[0047]
所得涂层中，强化相含量为52vol％(所述强化相有tic组成)，涂层的硬度为55hrc；
[0048]
耐磨涂层检测方法：选用ht-1000对硬面涂层的磨损性能进行测试，选定参数为：采用直径为2mm的si3n4球作为摩擦副(硬度约为1700hv)，选定载荷为19.8n，测试总时间为30min，对磨球转速为560r/min，摩擦路径半径2mm。
[0049]
该涂层摩擦磨损系数不稳定，其表征图如图8所示。该涂层的形貌如图9所示。