复合钢板、制备方法及应用
阅读说明：本技术 复合钢板、制备方法及应用 (Composite steel plate, preparation method and application ) 是由 赵云冲 叶蕾 龙伟漾 杨兴亚 郭志凯 商秋月 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种复合钢板、制备方法及应用,包括低合金高强度钢板和自润滑耐磨涂层,自润滑耐磨涂层包括以下重量百分比的组分：Cr:15-18%、Ni:56-58%、B:2.3-3.5%、Si:3.1-4.0%、Cu:0.1-0.3%、C:0.75-0.9%、Fe余量。本发明在球磨后的粉末中加入纤维素黏结剂并使其充分的混合均匀,解决了TBM在掘进过程中受到冲击易脱落的问题；将溶敷好的耐磨复合钢板放入四水合钼酸铵和硫脲的去离子水溶液中,通过水热反应在溶敷层内部形成了MoS-2,减小了耐磨复合钢板在使用过程中的摩擦力,同时可以减小磨损量,减少耐磨复合钢板在使用过程中的损坏维修时间,提高掘进效率。(The invention provides a composite steel plate, a preparation method and application thereof, wherein the composite steel plate comprises a low-alloy high-strength steel plate and a self-lubricating wear-resistant coating, and the self-lubricating wear-resistant coating comprises the following components in percentage by weight: 15 to 18 percent of Cr, 56 to 58 percent of Ni, 2.3 to 3.5 percent of B, 3.1 to 4.0 percent of Si, 0.1 to 0.3 percent of Cu, 0.75 to 0.9 percent of C and the balance of Fe. According to the invention, the cellulose adhesive is added into the powder after ball milling and is fully and uniformly mixed, so that the problem that TBM is easy to fall off due to impact in the tunneling process is solved; putting the well-coated wear-resistant composite steel plate into a deionized water solution of ammonium molybdate tetrahydrate and thiourea, and performing hydrothermal reaction on the inside of the coating layerForm MoS 2 The friction force of the wear-resistant composite steel plate in the using process is reduced, the abrasion loss can be reduced, the damage maintenance time of the wear-resistant composite steel plate in the using process is shortened, and the tunneling efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及TBM领域，具体涉及一种复合钢板、制备方法及应用。
背景技术
硬岩隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）因施工安全、高效、环保等优点，被广泛用于各种隧道工程。耐磨复合钢板是保护硬岩隧道掘进机刀盘的关键部件，由于长时间与岩体接触，耐磨复合钢板会出现脱落、磨损严重的情况，需要对其进行停机维修，影响施工效率，增加施工成本。
TBM在掘进过程中耐磨复合钢板存在易脱落、不耐磨的问题，耐磨复合钢板在基体Q355表面堆焊的过程中会产生大量的裂纹，同时导致耐磨复合钢板与岩石的摩擦力增大，加快了耐磨复合钢板的磨损，堆焊层与基体低合金高强度钢Q355结合强度不足，导致在掘进过程中堆焊层受到较大外力时容易脱落。
发明内容
本发明提出了一种复合钢板、制备方法及应用，可以通过水热反应制备MoS2用来填充激光溶敷层中的裂纹，并且可以起到固体自润滑的效果，以获得自润滑TBM的耐磨复合钢板
实现本发明的技术方案是：
一种复合钢板，包括低合金高强度钢板和自润滑耐磨涂层，自润滑耐磨涂层包括以下重量百分比的组分：Cr:15-18%、Ni:56-58%、B:2.3-3.5%、Si:3.1-4.0%、Cu:0.1-0.3%、C:0.75-0.9%、Fe余量。
所述复合钢板采用激光熔覆预置粉末的方法制作。
所述复合钢板的制备方法，步骤如下：
（1）自润滑耐磨涂层中的各组分进行球磨，球磨的方式为干式球磨，为了是球磨更加均匀选用的钢球直径尺寸为6mm、10mm，磨球与粉末的质量比为10:1，转速为300r/min-320r/min，球磨的时间为2h，同时为了保证粉末更加的均匀用振动筛将其筛选，之后加入黏结剂混合均匀，预置（涂覆）在低合金高强度钢板上，之后将其放置在100℃的干燥箱中保温2h；
其中低合金高强度钢板经过以下预处理：
步骤1：首先准备一块80mm×80mm×6mm的低合金高强度钢板Q355，对低合金高强度钢板Q355表面进行钻孔处理，孔径大小为6mm，孔深为2mm的盲孔，然后对表面进行清理、清洁、除锈，直至低合金高强度钢板Q355表面无锈迹、无机加工碎屑为止；
步骤2：将低合金高强度钢板Q355放置在99.7%的无水乙醇中，进行超声波清洗，然后放置烘干箱中进行1.5h的干燥处理；
（2）对步骤（1）干燥后的低合金高强度钢板进行激光熔覆处理，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护，熔覆完成后冷却至室温，得到耐磨复合钢板。
所述步骤（1）中黏结剂为甲基纤维素，自润滑耐磨涂层与黏结剂混匀后在低合金高强度钢板预置厚度为2mm。
激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为3mm×7mm，扫描速率为4mm/s。
优选地，在步骤（2）处理后的低合金高强度钢板上原位合成MoS2。
原位合成MoS2的步骤如下：
①用砂轮机将溶敷涂层表面进行抛光处理，处理完之后的溶敷层表面要达到光亮无锈迹的状态；
用99.7%的无水乙醇将抛光处理后的耐磨复合钢板进行超声清洗20min，除去抛光带来的粉尘及杂质；
②将四水合钼酸铵和硫脲加入到去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min，使四水合钼酸铵和硫脲充分溶解；
③将步骤①的耐磨复合钢板浸入到步骤②的混合溶液中超声处理30min，然后将浸泡后的耐磨复合钢板放入真空箱中，在8Kpa的真空压力下浸渍处理20min；
④重复步骤③3-4次，使四水合钼酸铵和硫脲的反应溶液尽可能多地通过溶敷层中的裂缝渗入到溶敷层的内部中，将处理后的耐磨复合钢板转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，将反应釜应加热至220 ℃反应时间为18 h，随炉冷却到室温，得到自润滑的耐磨复合钢板。
所述步骤②中四水合钼酸铵和硫脲的质量比为27:50，四水合钼酸铵和硫脲加入去离子水中使浓度达到9%。
所述步骤④中反应温度为220-230℃，时间为18-20h。
优选地，本发明还提供了复合钢板作为自润滑TBM耐磨复合钢板材料的应用。
本发明的有益效果是：本发明对低合金高强度钢板Q355表面进行钻孔处理，增大了溶敷层与基体的接触面积增加了结合强度，同时为了进一步的增强了溶敷层与基体的结合强度，在球磨后的粉末中加入纤维素黏结剂并使其充分的混合均匀，解决了TBM在掘进过程中受到冲击易脱落的问题；将溶敷好的耐磨复合钢板放入四水合钼酸铵和硫脲的去离子水溶液中，通过水热反应在溶敷层内部形成了MoS2，减小了耐磨复合钢板在使用过程中的摩擦力，同时可以减小磨损量，减少耐磨复合钢板在使用过程中的损坏维修时间，提高掘进效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种自润滑TBM耐磨复合钢板材料的制备方法，具体的制作步骤为：
步骤1.首先准备一块80mm×80mm×6mm的低合金高强度钢板Q355，对低合金高强度钢板Q355表面进行钻孔处理，孔径大小为6mm，孔深为2mm的盲孔，然后对表面进行清理、清洁、除锈，直至低合金高强度钢板Q355表面无锈迹、无机加工碎屑为止；
步骤2.将低合金高强度钢板Q355放置在99.7%的无水乙醇中，进行超声波清洗，然后放置烘干箱中进行1.5h的干燥处理；
步骤3.将质量百分数比范围为：Cr: 16%、Ni: 58%、B: 3.0%、Si:3.7%、Cu:0.2%、C:0.8%、Fe余量的自润滑耐磨涂层粉末进行称重、球磨，球磨的方式为干式球磨，为了是球磨更加均匀选用的钢球直径尺寸为6mm、10mm，磨球与粉末的质量比为10:1，转速为300r/min，球磨的时间为2h，同时为了保证粉末更加的均匀用振动筛将其筛选；
步骤4.将甲基纤维素黏结剂与球磨后的粉末混合均匀，预置在低合金高强度钢板Q355基体上，厚度约为2mm，并将其放置在100℃的干燥箱中保温2h；
步骤5.激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为3mm×7mm(矩形光斑)，扫描速率为4mm/s，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护；
步骤6.将溶敷完成之后的耐磨复合钢板冷却之室温；
步骤7.用水热反应使耐磨复合钢板中的微观缺陷原位合成MoS2，具体步骤如下：①用砂轮机将溶敷涂层表面进行抛光处理，处理完之后的溶敷层表面要达到光亮无锈迹的状态；
②用99.7%的无水乙醇将抛光处理后的耐磨复合钢板进行超声清洗20min，除去抛光带来的粉尘及杂质；
③将一定量的四水合钼酸铵和硫脲加入到去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min,使四水合钼酸铵和硫脲充分溶解；
④将抛光处理好的耐磨复合钢板浸入到混合均匀的溶液中并超声30min，然后将浸泡后的耐磨复合钢板放入真空箱中，并在真空压力下浸渍20min，重复上面两个步骤3次，使四水合钼酸铵和硫脲的反应溶液尽可能多地通过溶敷层中的裂缝渗入到溶敷层的内部中；
⑤将步骤④中处理完毕的耐磨复合钢板转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，将反应釜应加热至220 ℃反应时间为18 h，随炉冷却到室温，得到自润滑的耐磨复合钢板。
实施例2
一种自润滑TBM耐磨复合钢板材料的制备方法，具体的制作步骤为：
步骤1.首先准备一块80mm×80mm×6mm的低合金高强度钢板Q355，对低合金高强度钢板Q355表面进行钻孔处理，孔径大小为6mm，孔深为2mm的盲孔，然后对表面进行清理、清洁、除锈，直至低合金高强度钢板Q355表面无锈迹、无机加工碎屑为止；
步骤2.将低合金高强度钢板Q355放置在99.7%的无水乙醇中，进行超声波清洗，然后放置烘干箱中进行1.5h的干燥处理；
步骤3.将质量百分数比范围为：Cr: 17%、Ni: 57%、B: 2.8%、Si:3.6%、Cu:0.2%、C:0.80%、Fe余量的自润滑耐磨涂层粉末进行称重、球磨，球磨的方式为干式球磨，为了是球磨更加均匀选用的钢球直径尺寸为6mm、10mm，磨球与粉末的质量比为10:1，转速为310r/min，球磨的时间为2h，同时为了保证粉末更加的均匀用振动筛将其筛选；
步骤4.将甲基纤维素黏结剂与球磨后的粉末混合均匀，预置在低合金高强度钢板Q355基体上，厚度约为2mm，并将其放置在100℃的干燥箱中保温2h；
步骤5. 激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为3mm×7mm(矩形光斑)，扫描速率为4mm/s，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护；
步骤6.将溶敷完成之后的耐磨复合钢板冷却之室温；
步骤7.用水热反应使耐磨复合钢板中的微观缺陷原位合成MoS2，具体步骤如下：
①用砂轮机将溶敷涂层表面进行抛光处理，处理完之后的溶敷层表面要达到光亮无锈迹的状态；
②用99.7%的无水乙醇将抛光处理后的耐磨复合钢板进行超声清洗20min，除去抛光带来的粉尘及杂质；
③将13.2g的四水合钼酸铵和24.2g的硫脲加入到370ml的去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min，使四水合钼酸铵和硫脲充分溶解；
④将抛光处理好的耐磨复合钢板浸入到混合均匀溶液中并超声30min，然后将浸泡后的耐磨复合钢板放入真空箱中，并在8Kpa的真空压力下浸渍处理20min，重复上面两个步骤3次，使四水合钼酸铵和硫脲的反应溶液尽可能多地通过溶敷层中的裂缝渗入到溶敷层的内部中；
⑤将步骤④中处理完毕的耐磨复合钢板转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，将反应釜应加热至225 ℃反应时间为18.5h，随炉冷却到室温，得到自润滑的耐磨复合钢板。
实施例3
一种自润滑TBM耐磨复合钢板材料的制备方法，具体的制作步骤为：
步骤1.首先准备一块80mm×80mm×6mm的低合金高强度钢板Q355，对低合金高强度钢板Q355表面进行钻孔处理，孔径大小为6mm，孔深为2mm的盲孔，然后对表面进行清理、清洁、除锈，直至低合金高强度钢板Q355表面无锈迹、无机加工碎屑为止；
步骤2.将低合金高强度钢板Q355放置在99.7%的无水乙醇中，进行超声波清洗，然后放置烘干箱中进行1.5h的干燥处理；
步骤3.将质量百分数比范围为：Cr: 18%、Ni: 58%、B: 3.5%、Si:4.0%、Cu:0.3%、C:0.90%、Fe余量的自润滑耐磨涂层粉末进行称重、球磨，球磨的方式为干式球磨，为了是球磨更加均匀选用的钢球直径尺寸为6mm、10mm，磨球与粉末的质量比为10:1，转速为320r/min，球磨的时间为2h，同时为了保证粉末更加的均匀用振动筛将其筛选；
步骤4.将甲基纤维素黏结剂与球磨后的粉末混合均匀，预置在低合金高强度钢板Q355基体上，厚度约为2mm，并将其放置在100℃的干燥箱中保温2h；
步骤5. 激光熔覆设备采用GS-TFI-10kW型高功率横流CO2激光器，熔覆工艺参数为：功率1.5kW，矩形光斑尺寸为3mm×7mm(矩形光斑)，扫描速率为4mm/s，熔覆过程中向熔池吹氮气进行保护；
步骤6.将溶敷完成之后的耐磨复合钢板冷却之室温；
步骤7.用水热反应使耐磨复合钢板中的微观缺陷原位合成MoS2，具体步骤如下：
①用砂轮机将溶敷涂层表面进行抛光处理，处理完之后的溶敷层表面要达到光亮无锈迹的状态；
②用99.7%的无水乙醇将抛光处理后的耐磨复合钢板进行超声清洗20min，除去抛光带来的粉尘及杂质；
③将13.2g的四水合钼酸铵和24.2g的硫脲加入到370ml的去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min，使四水合钼酸铵和硫脲充分溶解；
④将抛光处理好的耐磨复合钢板浸入到混合均匀的溶液中超声30min，然后将浸泡后的耐磨复合钢板放入真空箱中，并在8Kpa的真空压力下浸渍处理20min，重复上面两个步骤4次，使四水合钼酸铵和硫脲的反应溶液尽可能多地通过溶敷层中的裂缝渗入到溶敷层的内部中；
⑤将步骤④中处理完毕的耐磨复合钢板转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，将反应釜应加热至230 ℃反应时间为20h，随炉冷却到室温，得到自润滑的耐磨复合钢板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。