专利摘要

本发明提供一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，通过将刀盘表面的修复粉末激光熔覆进行复合强化，应力退火后保温，然后通过将自修复材料压制在刀盘表面获得自修复外层涂层，通过该方法获得的涂层能够克服盾构机刀盘在使用过程中工作环境复杂、磨损严重频繁修复的问题。

权利要求

1.一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，其特征在于通过将刀盘表面的修复粉末激光熔覆进行复合强化，应力退火后保温，然后通过将自修复材料压制在刀盘表面获得自修复外层涂层，通过该方法获得的涂层能够克服盾构机刀盘在使用过程中工作环境复杂、磨损严重频繁修复的问题；其制备工艺步骤是：(a)清除刀盘表面的铁锈与油污；(b)将纳米级的石墨烯、TiC、碳纳米管、二氧化钼和Q235粉末通过超声波震动混合均匀后通过送粉喷嘴喷向刀盘磨损处，充入保护气体并升温至3200℃~3500℃,激光功率为1500~2000W，光斑直径100~150um，激光热处理时间为1~1.5s，在激光照射下，对所述刀盘磨损处进行一次或多次激光熔覆，使所述刀盘磨损处的表面形成石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层；刀盘冷却到室温后，通过感应加热进行去应力退火，保温2~3h，然后空冷至室温；(c)对酚醛树脂进行改性，将纳米级的SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO粉末加入酚醛树脂，通过超声波震动混合均匀后制成纳米改性酚醛树脂；(d)将纳米改性酚醛树脂、FKF纤维、玻璃纤维、碳纤维、重晶石、铬铁矿粉、萤石粉、α-氧化铝、KH-550偶联剂和聚脲甲醛包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊均匀混合得到一种FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，其特征在于通过该方法获得的涂层的成分为：纳米级的石墨烯10~30份、TiC10~30份、碳纳米管10~30份、二氧化钼10~30份和10~30份Q235粉末、纳米级的SiO210~30份、TiO210~30份、Al2O310~30份和10~30份ZnO粉末、纳米改性酚醛树脂20~30份、FKF纤维20~30份、玻璃纤维3~6份、碳纤维3~6份、重晶石3~6份、铬铁矿粉3~6份、萤石粉3~6份、α-氧化铝3~6份、30~40份KH-550偶联剂和30~40份聚脲甲醛包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，其特征是：本发明生产原料添加的微胶囊是将含有修复剂的微胶囊预先埋植于聚合物基体或涂层中，当基体或涂层材料受到损伤产生微裂纹时，裂纹尖端的应力集中会导致胶囊破裂并释放修复剂，当修复剂遇到基体或涂层中的催化剂时发生交联固化反应，修复裂纹面，实现损伤部位的自我修复。

4.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，其特征是：本发明生产原料添加的石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235涂层具有优异的高导热、耐高温、耐磨性能，可以增强涂层附着力，同时良好的耐热和导热性，能够很快的分散摩擦过程中产生的热量，阻止了涂层表面的局部过热而发生的化学降解；采用纳米粒子增强复合材料技术，充分利用新型二维纳米材料石墨烯的高强度、高模量、高强度和低摩擦系数的突出特点，提高了石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235涂层摩擦强度、硬度、抗疲劳性和磨损的性能。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，其特征是：本发明生产原料添加的纳米材料改性酚醛树脂，通过在传统酚醛树脂中增添纳米级的SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO,以及复合矿物纤维、玻璃纤维、碳纤维作为增强体，选用重晶石、铬铁矿粉、萤石、碳酸钙、α-氧化铝材料作摩擦类填料，KH-550偶联剂作亲和剂，纳米改性酚醛树脂不仅可以使摩擦材料的各组分有机地粘结在一起，赋予材料一定的结构强度，而且对材料的摩擦磨损性能，特别是高温摩擦磨损功能有很大影响，具有良好的抗压能力。

说明书

技术领域

本发明涉及刀具修复领域，具体涉及一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法。

背景技术

盾构机是集材料学、机械、传动学等多学科于一体的先进材料制造关键技术，它标志着一个国家综合先进制造水平，盾构机设备价值较大，在施工成本中占比较高，而盾构机刀盘在使用过程中工作环境复杂、磨损严重，当盾构机完成一个项目后其剩下服役寿命不足以继续下一个项目时，过去通常报废处理，但在目前建设节约型社会、环境友好型社会和发展循环经济的主旋律下，通过复合表面工程技术、纳米表面工程等技术，专业化修复或升级改造的方法来使其再制造产品的性能达到甚至超过新品，而且对资源、能源的节约和对环境的保护效果更为优异。

微胶囊自修复方法是目前自修复涂层领域应用最多的方法，将含有修复剂的微胶囊预先埋植于聚合物基体或涂层中，当基体或涂层材料受到损伤时，胶囊破裂并释放修复剂，当修复剂遇到基体或涂层中的催化剂时发生交联固化反应，修复裂纹面，实现损伤部位的自我修复。

石墨烯涂料具有优异的高导热、耐高温、耐磨性能，石墨烯微片可以增强涂层附着力，可使石墨烯涂层具有优异的耐磨和耐刮擦性能，同时良好的耐热和导热性，能够很快的分散摩擦过程中产生的热量，阻止了涂层表面的局部过热而发生的化学降解；采用纳米粒子增强复合材料技术，充分利用新型二维纳米材料石墨烯的高强度、高模量、高强度和低摩擦系数的突出特点，提高了石墨烯复合材料摩擦磨损性能；TiC具有很高的熔点和硬度，具有良好的传热性能和导电性能；碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料，将以其它工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。

复合矿物纤维（FKF纤维）是一组包含多种矿物纤维，并根据用途不同，辅以少量有机纤维及其它增强成份的新型摩擦、密封材料用增强材料，其增强效果可满足盘式刹车片和鼓式刹车片的基本要求，能满足大部分橡胶、密封板材的增强要求，能满足刹车片对摩擦性能的要求，耐热性优于石棉，性价比高；玻璃纤维属于无机硅酸盐纤维，具有强度高、耐腐蚀、热稳定性好（可长时间稳定工作在550℃以下）等优点；加入改性树脂与橡胶粉等后可使玻璃纤维材料有较好的黏合性和优异的摩擦磨损性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法，克服了盾构机刀盘在使用过程中工作环境复杂、磨损严重的问题。

本发明的技术方案为：一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法；通过将刀盘表面的修复粉末激光熔覆进行复合强化，应力退火后保温，然后通过将自修复材料压制在刀盘表面获得自修复外层涂层，通过该方法获得的涂层能够克服盾构机刀盘在使用过程中工作环境复杂、磨损严重频繁修复的问题；具体实施方法如下：

（1）表面清理：除刀盘表面的铁锈与油污；

（2）表面裂纹修复：将纳米级的石墨烯10~30份、TiC10~30份、碳纳米管10~30份、二氧化钼10~30份和10~30份Q235粉末通过超声波震动混合均匀后通过送粉喷嘴喷向刀盘磨损处，充入保护气体并升温至3200℃~3500℃,激光功率为1500~2000W，光斑直径100~150um，激光热处理时间为1~1.5s，在激光照射下，对所述刀盘磨损处进行一次或多次激光熔覆，使所述刀盘磨损处的表面形成激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层；刀盘冷却到室温后，通过感应加热到620℃~640℃进行去应力退火，保温2~3h，然后空冷至室温；

（3）酚醛树脂改性：将纳米级的SiO210~30份、TiO210~30份、Al2O310~30份和10~30份ZnO粉末加入酚醛树脂，通过超声波震动混合均匀后制成纳米改性酚醛树脂；

（4）外层涂层制备：将纳米改性酚醛树脂20~30份、FKF纤维20~30份、玻璃纤维3~6份、碳纤维3~6份、重晶石3~6份、铬铁矿粉3~6份、萤石粉3~6份、α-氧化铝3~6份、30~40份KH-550偶联剂和30~40份聚脲甲醛包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊通过超声波震动均匀混合一起得到FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料；

（5）外层涂层附着：将制备好的FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料通过喷涂机喷涂在修复后的激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层上，然后通过压制机压制，压制温度160~170℃，压制压力14~17MPa,保温保压70~80s/mm,缓慢升温至200~220℃，然后保持8~10h；

（6）修磨：最后将附着在刀盘上的外层涂层按照刀盘尺寸进行修磨加工，最终获得检验合格后即得一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的材料。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种盾构机刀盘表面复合强化并自修复的方法，克服了盾构机刀盘在使用过程中工作环境复杂、磨损严重、修复频繁的问题，当盾构机完成一个项目后其剩下服役寿命不足以继续下一个项目时，通过复合表面工程技术、纳米表面工程等技术，专业化修复或升级改造的方法来使其再制造产品的性能达到甚至超过新品，避免了报废处理，对资源、能源的节约和对环境的保护效果显著。

本发明生产原料添加的微胶囊是将含有修复剂的微胶囊预先埋植于聚合物基体或涂层中，当基体或涂层材料受到损伤产生微裂纹时，裂纹尖端的应力集中会导致胶囊破裂并释放修复剂，当修复剂遇到基体或涂层中的催化剂时发生交联固化反应，修复裂纹面，实现损伤部位的自我修复。

本发明生产原料添加的石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235粉末涂层具有优异的高导热、耐高温、耐磨性能，可以增强涂层附着力，同时良好的耐热和导热性，能够很快的分散摩擦过程中产生的热量，阻止了涂层表面的局部过热而发生的化学降解；采用纳米粒子增强复合材料技术，充分利用新型二维纳米材料石墨烯的高强度、高模量、高强度和低摩擦系数的突出特点，提高了石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235涂层摩擦强度、硬度、抗疲劳性和磨损的性能；

本发明生产原料添加的纳米材料改性酚醛树脂，通过在传统酚醛树脂中增添纳米级的SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO,以及复合矿物纤维、玻璃纤维、碳纤维作为增强体，选用重晶石、铬铁矿粉、萤石、碳酸钙、α-氧化铝材料作摩擦类填料，KH-550偶联剂作亲和剂，纳米改性酚醛树脂不仅可以使摩擦材料的各组分有机地粘结在一起，赋予材料一定的结构强度，而且对材料的摩擦磨损性能，特别是高温摩擦磨损功能有很大影响，具有良好的抗压能力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明

实施例1：

一种盾构机刀盘表面复合强化并自修复的方法，包括以下步骤：

（1）表面清理：除刀盘表面的铁锈与油污；

（2）表面裂纹修复：将纳米级的纳米级的石墨烯10份、TiC10份、碳纳米管10份、二氧化钼10份和10份Q235粉末通过超声波震动混合均匀后通过送粉喷嘴向刀盘磨损处，充入保护气体并升温至3200℃,激光功率为1500W，光斑直径100um，激光热处理时间为1s，在激光照射下，对所述刀盘磨损处进行一次或多次激光熔覆，使所述刀盘磨损处的表面形成激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层；刀盘冷却到室温后，通过感应加热到620℃进行去应力退火，保温2h，然后空冷至室温；

（3）酚醛树脂改性：将纳米级的SiO210份、TiO210份、Al2O310份和10份ZnO粉末加入酚醛树脂，通过超声波震动混合均匀后制成纳米改性酚醛树脂；

（4）外层涂层制备：将纳米改性酚醛树脂20份、FKF纤维20份、玻璃纤维3份、碳纤维3份、重晶石3份、铬铁矿粉3份、萤石粉3份、α-氧化铝3份、30份KH-550偶联剂和30份聚脲甲醛包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊通过超声波震动均匀混合一起得到FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料；

（5）外层涂层附着：将制备好的FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料通过喷涂机喷涂在修复后的激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层上，然后通过压制机压制，压制温度160℃，压制压力14MPa,保温保压70s/mm,缓慢升温至200℃，然后保持8h；

（6）修磨：最后将附着在刀盘上的外层涂层按照刀盘尺寸进行修磨加工，最终获得检验合格后即得一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的材料。

实施例2：

（1）表面清理：除刀盘表面的铁锈与油污；

（2）表面裂纹修复：将纳米级的纳米级的石墨烯20份、TiC20份、碳纳米管20份、二氧化钼20份和20份Q235粉末通过超声波震动混合均匀后通过送粉喷嘴喷向刀盘磨损处，充入保护气体并升温至3300℃,激光功率为1700W，光斑直径130um，激光热处理时间为1.2s，在激光照射下，对所述刀盘磨损处进行一次或多次激光熔覆，使所述刀盘磨损处的表面形成激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层；刀盘冷却到室温后，通过感应加热到620℃~640℃进行去应力退火，保温2.5h，然后空冷至室温；

（3）酚醛树脂改性：将纳米级的SiO220份、TiO220份、Al2O320份和20份ZnO粉末加入酚醛树脂，通过超声波震动混合均匀后制成纳米改性酚醛树脂；

（4）外层涂层制备：将纳米改性酚醛树脂25份、FKF纤维25份、玻璃纤维4份、碳纤维4份、重晶石4份、铬铁矿粉4份、萤石粉4份、α-氧化铝4份、35份KH-550偶联剂和35份聚脲甲醛包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊通过超声波震动均匀混合一起得到FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料；

（5）外层涂层附着：将制备好的FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料通过喷涂机喷涂在修复后的激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层上，然后通过压制机压制，压制温度165℃，压制压力15MPa,保温保压75s/mm,缓慢升温至210℃，然后保持9h；

（6）修磨：最后将附着在刀盘上的外层涂层按照刀盘尺寸进行修磨加工，最终获得检验合格后即得一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的材料。

实施例3：

（1）表面清理：除刀盘表面的铁锈与油污；

（2）表面裂纹修复：将纳米级的纳米级的石墨烯30份、TiC30份、碳纳米管30份、二氧化钼30份和30份Q235粉末通过超声波震动混合均匀后通过送粉喷嘴喷向刀盘磨损处，充入保护气体并升温至3500℃,激光功率为2000W，光斑直径150um，激光热处理时间为1.5s，在激光照射下，对所述刀盘磨损处进行一次或多次激光熔覆，使所述刀盘磨损处的表面形成激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层；刀盘冷却到室温后，通过感应加热到620℃~640℃进行去应力退火，保温3h，然后空冷至室温；

（3）酚醛树脂改性：将纳米级的SiO230份、TiO230份、Al2O330份和30份ZnO粉末加入酚醛树脂，通过超声波震动混合均匀后制成纳米改性酚醛树脂；

（4）外层涂层制备：将纳米改性酚醛树脂30份、FKF纤维30份、玻璃纤维6份、碳纤维6份、重晶石6份、铬铁矿粉6份、萤石粉6份、α-氧化铝6份、40份KH-550偶联剂和40份聚脲甲醛包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊通过超声波震动均匀混合一起得到FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料；

（5）外层涂层附着：将制备好的FKF复合纤维摩擦增强的自修复外层涂层材料通过喷涂机喷涂在修复后的激光熔覆石墨烯-TiC-碳纳米管-二氧化钼-Q235微片层上，然后通过压制机压制，压制温度170℃，压制压力17MPa,保温保压80s/mm,缓慢升温至220℃，然后保持10h；

（6）修磨：最后将附着在刀盘上的外层涂层按照刀盘尺寸进行修磨加工，最终获得检验合格后即得一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的材料。

一种盾构机刀盘表面复合强化自修复的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。