修复合金粉末、膏状材料与隧道掘进机主驱动密封跑道的洞内修复方法与流程

本发明属于隧道施工设备，具体涉及一种修复合金粉末、膏状材料与隧道掘进机主驱动密封跑道的洞内修复方法。

背景技术：

1、主驱动密封系统是隧道掘进机的核心系统之一，有助于避免岩碴等进入主轴承，进而保护主轴承的安全服役，提高设备的使用寿命。但是，主驱动密封跑道在刀盘破岩产生的高磨蚀性岩碴的作用下会逐渐发生磨粒磨损，随着磨损深度和宽度的不断增加，最终会丧失保护作用。因此，需要经常对主驱动密封跑道进行检查，待磨损到一定程度后要进行修复处理。

2、目前主驱动密封跑道的洞内修复一般采用先堆焊然后打磨的方式，但是，该方式堆焊后的堆焊层比基体高，且硬度比较高。此外，堆焊再打磨的方法非常耗时耗力，需要大量的时间，并且焊丝焊接中会有大量粉尘，是在金属熔融时所产生的蒸气在空气中迅速冷凝及氧化形成的细小颗粒，难以避免，且隧道内一般通风稍差，对作业人员身体健康还有危害，因此工作环境很差。

3、因此，需要开发一种用于隧道掘进机主驱动密封跑道的洞内修复材料及方法，实现快速修复，减少修复所需时间。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种修复合金粉末、膏状材料与隧道掘进机主驱动密封跑道的洞内修复方法。将特定的修复合金粉末用于密封跑道磨损位置的洞内修复，能够解决修复技术中耗时耗力的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种修复合金粉末，其中，该修复合金粉末包括：ni基合金粉末、wc颗粒和金刚石颗粒；以修复合金粉末的质量之和为100％计，各组分的占比为c 0.7％-1.2％、si 3.0％-5.5％、b 3.0％-5.5％(优选为3.0％-4.5％)、cr10％-20％、fe 7％-10％、wc颗粒5％-20％、金刚石颗粒5％-20％、余料为ni。

3、本发明的发明人发现，所述修复合金粉末能够提供磨损跑道所需的强度、抗冲击性和耐磨性能。其中，合金中的各组分之间能够发挥协同作用，具体如下：

4、c：能够与cr形成碳化物，提升耐磨性；

5、b、si：能够在高温加热时优先与基体中的氧化物发生反应，生成低熔点的硼硅酸盐等物质，具有脱氧和造渣能力；此外，能够降低合金粉末的熔点；

6、cr：能够提高涂层的强度和塑性，cr与ni析出nicr固溶体，提升涂层强度；cr与c、b形成碳化物和硼化物，提升涂层硬度和耐磨性；此外，由于cr元素具有磁性，所以cr在合金粉末中的含量不宜过高，以免加热时使熔融涂层产生较大的流动性；

7、fe：其热膨胀系数与基体接近，且成本较低；

8、ni：可作为粘结相，韧性较高，能够降低脆性；ni基合金粉末具有良好的润湿性、脱氧和造渣能力，熔点在900-1200℃之间，该温度容易实现；

9、wc颗粒：具有高硬度和较好的耐磨性；wc颗粒与ni基合金粉末一起使用，能够使合金粉末和硬质颗粒的润湿作用更好，从而使冶金结合更加牢固；

10、金刚石颗粒：具有耐磨、减摩和降低摩擦系数的作用，在磨粒磨损的过程中可以发挥阻碍磨粒运动的作用，从而显著提高耐磨性和寿命。

11、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述金刚石颗粒的粒径为53-165μm，wc颗粒的粒径为15-45μm，其余ni基合金粉末的粒径为25-35μm。

12、本发明还提供了一种膏状材料，其中，该膏状材料包括助剂、粘结剂和上述修复合金粉末；

13、根据本发明的具体实施方案，优选地，以修复合金粉末的质量为100％计，所述助剂的含量为3-5％，所述粘结剂的含量为7-10％；所述以修复合金粉末的质量为100％计的计算基准中不包括助剂、粘结剂。本发明的发明人发现，添加助剂可以降低合金熔点，降低金属颗粒表面能，改善金属溶液对强化相和基材的润湿性，提高涂层的结合力，但过量添加容易形成夹渣；粘结剂可以粘结合金粉末颗粒，并且在制备过程中能够挥发，因此基本不会影响到涂层的性能；粘结剂过少，粉末过于松散，不能保证粉末稳固在基体表面，但过量添加容易在金属颗粒表面形成过厚的包覆层，影响金属颗粒间的接触反应，造成夹渣、空洞等缺陷。

14、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述膏状材料是由球磨后的修复合金粉末与助剂、粘结剂混匀调成的。

15、在一些具体实施方案中，优选地，所述球磨的时间为4-10小时，球磨的转速为200-400r/min。

16、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述助剂为氟化钙和/或氟化钠。

17、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述粘结剂为na2sio3饱和水溶液。

18、本发明还提供了一种隧道掘进机主驱动密封跑道的洞内修复方法，其中，该洞内修复方法包括：

19、(1)将上述膏状材料冷涂覆在磨损后经过清洁的跑道表面，涂覆高度与未磨损的跑道表面齐平；

20、(2)烘干跑道上冷涂覆的膏状材料，并进一步进行加热；

21、(3)对加热后的跑道表面进行打磨，完成洞内修复。

22、在本发明中，采用含有修复合金粉末的膏状材料冷涂覆-烘干-火焰加热-打磨的流程，能够使修复所需的时间大大缩短，并且，先把合金粉末等调成膏状，再冷涂覆到磨损跑道表面并加热的方法，可以减少粉尘污染。

23、在上述修复方法中，优选地，所述冷涂覆的温度为20-40℃。洞外修复的冷涂覆温度一般为室温即可，洞内修复的冷涂覆温度一般较高，20-40℃都满足使用要求。

24、在上述修复方法中，优选地，所述加热的方式包括火焰加热和/或感应加热。

25、在上述修复方法中，优选地，所述火焰加热的温度为1100-1250℃，加热时间为0.5-10min。在本发明中，高温的火焰加热能够使熔融的合金粉末凝固后与跑道形成冶金结合，从而产生更高的结合力，若温度较低则无法形成冶金结合，导致修复合金粉末与基体的结合力下降；此外，火焰加热后跑道表面存在残余压应力，有助于提高表面耐磨性。

26、在一些具体实施方案中，优选地，所述火焰加热的氧气流量为3-8l/min，火焰与试样表面距离为4-10mm。

27、在上述修复方法中，优选地，所述感应加热的感应功率为40-80kw，频率为6-10khz，感应线圈的移动速度为30-50mm/min。

28、在一些具体实施方案中，优选地，所述烘干的温度为80-150℃，烘干的时间为3-5h。

29、在本发明中，对所要修复的主驱动密封跑道的材料不作限制，可以适用于钢铁材料的修复，也可以适用于化学合金材料的修复，例如密封跑道的化学成分为：以重量百分比计，c 0.38％-0.45％、si 0.17％-0.37％、mn 0.5％-0.8％、cr 0.9％-1.2％、mo 0.15％-0.25％，其余为fe。

30、在一些具体实施方案中，优选地，所述清洁的过程为：对磨损后的主驱动密封跑道进行清洁，去除表面油污等杂质，表面打磨露出金属光泽。

31、根据本发明的具体实施方案，优选地，使用所述洞内修复方法来修复直径为7m的跑道的用时为5-10天。

32、本发明进一步提供了一种隧道掘进机主驱动密封跑道，其是由上述洞内修复方法修复后得到的。

33、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述主驱动密封跑道的硬度≥998hv，所述主驱动密封跑道磨损后的磨损失重≤0.98g。所述磨损的条件为：在试验室加速实验条件下磨损10小时，转速为200r/min。

34、根据本发明的具体实施方案，优选地，所述主驱动密封跑道的硬度为998-1108hv，所述主驱动密封跑道磨损后的磨损失重为0.34-0.98g。所述磨损的条件为：在试验室加速实验条件下磨损10小时，转速为200r/min。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

36、(1)本发明提供的修复合金粉末添加了金刚石颗粒，结合修复方法中较短的加热时间，本发明合金粉末中的金刚石没有在高温下发生烧蚀，由此可以显著提高耐磨性和寿命。此外，本发明使用的修复合金粉末为ni基粉末，其成本更低。

37、(2)本发明采用先冷涂覆后加热的修复方法，对主驱动密封跑道磨损位置进行洞内修复，修复速度快，修复表面质量高。此外，该修复方法能够直接在洞内原位对主驱动密封跑道进行修复，大大缩短了修复所需的时间。

38、(3)与传统的堆焊修复相比，本发明修复后的密封跑道的磨损失重更低，可以实现对磨损跑道表面的高质量修复，修复时间短，而且修复后的表面耐磨性高，不容易再次发生磨损。此外，避免了修复过程中的粉尘污染，提高了修复粉末的利用率，减少了修复后的打磨工作量。