[摘要]盾構(gòu)刀具由硬質(zhì)合金刀頭與高強(qiáng)度鋼基體纖焊連接而成。硬質(zhì)合金刀頭的過早脫落與過快磨損是影響盾構(gòu)刀具工作壽命的主要原因。激光技術(shù)具有節(jié)能、快速、綠色、精確自動(dòng)化的獨(dú)特優(yōu)勢。應(yīng)用激光技術(shù)對硬質(zhì)合金進(jìn)行表面處理，可提高盾構(gòu)刀具的可靠性。綜述了改善硬質(zhì)合金性能的激光技術(shù)，論述了激光處理對盾構(gòu)刀具性能的改善情況;詳細(xì)評述了激光織構(gòu)技術(shù)對硬質(zhì)合金纖焊性能、表面摩擦性能以及涂層結(jié)合強(qiáng)度的改善研究;介紹了激光相變硬化技術(shù)對硬質(zhì)合金表面進(jìn)行處理，提高硬質(zhì)合金刀具耐磨性的研究進(jìn)展;最后對盾構(gòu)刀具硬質(zhì)合金表面激光處理的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析展望。

　　[關(guān)鍵詞]激光處理;表面處理;盾構(gòu)刀具;硬質(zhì)合金

　　Abstract: Shield cutter is brazed by cemented carbide cutter head and high strength steel substrate. The premature falling off and the rapid wear of cemented carbide cutter head are the main reasons affecting the working life of shield cutter. Laser technology has unique advantages like energy saving, rapid processing, green manufacturing and precise automation. The reliability of shield cutter can be improved by lase surface treatment of cemented carbide. In this paper, laser treatment for improving cemented carbide properties was summarized, and its effect on improving shield cutter properties was discussed. Then, the improvement of brazing, surface friction and coating bonding strength of cemented carbide by laser texturing were reviewed in detail. Besides, the research progress of laser transformation hardening to treat cemented carbide surface and to improve wear resistance of cemented carbide tools was introduced. At last, the development trend of laser surface treatment of cemented carbide was briefly analyzed and prospected.

　　Key words: laser treatment; surface treatment; shield cutter; cemented carbide

　　0前言

　　盾構(gòu)刀具被稱為盾構(gòu)機(jī)的“牙齒”，是盾構(gòu)機(jī)的破巖工具。盾構(gòu)刀具是由硬質(zhì)合金刀頭與高強(qiáng)度鋼基體通過釬焊連接而成。盾構(gòu)刀具常見的失效形式為硬質(zhì)合金刀頭脫落或過快磨損[。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，盾構(gòu)刀具的檢測、維護(hù)所需時(shí)間占整個(gè)建設(shè)周期的1/3，相關(guān)費(fèi)用占整個(gè)工程造價(jià)的1/3。激光表面處理[2.3是一種綠色、高效的表面處理技術(shù)，包括激光織構(gòu)技術(shù)(Laser Surface Texturing，LST)、激光表面重熔技術(shù)(Laser Surface Remelting，LSR)、激光熔覆技術(shù)(Laser Cladding，LC)、激光表面合金化技術(shù)(Laser Surface Alloying，LSA)等[.3。利用高能量激光束對硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行表面處理，通過改善硬質(zhì)合金釬焊性能與耐磨性能，可提高盾構(gòu)刀具可靠性，延長服役時(shí)間，降低工程成本。

　　1改善纖料對硬質(zhì)合金表面潤濕性能的方法

　　硬質(zhì)合金表面含有大量的游離態(tài)碳及金屬氧化物，不利于釬料對硬質(zhì)合金的潤濕[，嚴(yán)重影響盾構(gòu)刀具的釬焊強(qiáng)度：加之硬質(zhì)合金與鋼的線膨脹系數(shù)差別較大，致使釬焊接頭存在較大的殘余應(yīng)力，在盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)過程中，硬質(zhì)合金刀頭出現(xiàn)過早脫落的情況，影響挖掘效率。激光織構(gòu)技術(shù)是利用高能激光束對材料表面進(jìn)行刻蝕.5，制備得到規(guī)則的表面微形貌(織構(gòu))的先進(jìn)加工技術(shù)。激光織構(gòu)技術(shù)以改變表面形貌的方式，可降低硬質(zhì)合金表面接觸角，促進(jìn)釬焊過程中釬料的流動(dòng)鋪展，改善釬料潤濕效果，以達(dá)到提高釬焊接頭強(qiáng)度的目的。

　　通過改變織構(gòu)的形貌、排列分布、尺寸，可改變釬料對硬質(zhì)合金的潤濕性能。當(dāng)前研究主要針對具有常規(guī)幾何形貌的織構(gòu)[10]，如光柵、圓形和方形織構(gòu)[11，12]，如圖 1 所示。Qin 等[13]研究了三角形織構(gòu)、方形織構(gòu)和圓形織構(gòu)對硬質(zhì)合金表面潤濕性的影響，發(fā)現(xiàn)在織構(gòu)凹坑間距和尺寸相同的情況下，圓形凹坑織構(gòu)對硬質(zhì)合金表面潤濕性的改善效果最好。此 外，馮 愛 新等[14]研究了圓形凹坑織構(gòu)的尺寸對硬質(zhì)合金表面潤濕性的影響后發(fā)現(xiàn)，凹坑直徑一定時(shí)，深度越大，越不利于釬料對硬質(zhì)合金表面的潤濕; 凹坑深度一定時(shí)，直徑越大，越有利于釬料對硬質(zhì)合金表面的潤濕; 當(dāng)織構(gòu)密度為 12%時(shí)，織構(gòu)對硬質(zhì)合金表面潤濕性的改善效果最好。楊奇彪等[15]應(yīng)用激光技術(shù)對 YG6 硬質(zhì)合金進(jìn)行了表面處理，研究了織構(gòu)分布密度對硬質(zhì)合金表面潤濕性的影響發(fā)現(xiàn): 凹坑面積一定時(shí)，織構(gòu)分布密度越大，表面接觸角越小，即硬質(zhì)合金潤濕性越好。這是由于單位面積凹坑數(shù)目的增多，有利于儲存液體。研究發(fā)現(xiàn)，無論何種織構(gòu)形貌，凹坑分布密度一定時(shí)，硬質(zhì)合金表面潤濕性都隨著凹坑面積的增大而變低。張麗霞等[16]對 YG8 硬質(zhì)合金表面織構(gòu)處理后的釬焊性能進(jìn)行了研究，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)釬焊接頭抗剪強(qiáng)度提高到 51 MPa，斷裂處為母材和釬縫熱影響區(qū)母材側(cè)。楊奇彪等[17]對制備織構(gòu)的激光功率進(jìn)行了研究，試驗(yàn)測得YG3 硬質(zhì)合金的表面損傷閾值為 1.82 J/cm2，計(jì)算得出激光功率密度超過 8.98 J/cm2時(shí)，YG3 硬質(zhì)合金的潤濕性能開始降低。

　　綜上研究結(jié)果可知，織構(gòu)分布密度越高，表面積越大，尤其當(dāng)織構(gòu)形貌為圓形時(shí)，硬質(zhì)合金表面潤濕性最好。但是，當(dāng)前研究大多關(guān)注于定性分析，針對最佳織構(gòu)密度、最佳織構(gòu)凹坑深徑比等參數(shù)的定量分析尚未見諸于報(bào)道，仍具有一定的研究空間。

　　2降低硬質(zhì)合金表面摩擦系數(shù)的方法

　　硬質(zhì)合金刀頭的快速磨損是影響盾構(gòu)刀具工作質(zhì)量和降低服役壽命的主要因素之一。盾構(gòu)機(jī)性能要求的不斷提高也對硬質(zhì)合金刀具的耐磨性、硬度等提出越來越嚴(yán)苛的要求。根據(jù)仿生摩擦學(xué)理論，特異的微結(jié)構(gòu)可使物體表面具有優(yōu)異的減摩、抗粘、抗磨損等特性[181。研究發(fā)現(xiàn)，激光織構(gòu)技術(shù)可在不改變材料基本性質(zhì)的情況下，有效改善硬質(zhì)合金刀具表面的摩擦特性[0。

　　Fang等[20通過應(yīng)用激光表面織構(gòu)技術(shù)對YG系列硬質(zhì)合金表面進(jìn)行加工，在不影響表面完整性的情況下，雕刻出規(guī)則的六角形金字塔陣列，使硬質(zhì)合金表面粗糙度得到降低。Meng等四應(yīng)用Nd:YAG激光對硬質(zhì)合金表面進(jìn)行織構(gòu)處理后，發(fā)現(xiàn)具有微尺度織構(gòu)的硬質(zhì)合金比未織構(gòu)硬質(zhì)合金具有更低的粗糙度。Fang等[2采用激光干涉圖樣技術(shù)(Direct Laser Interference Patterning，DLIP)，在硬質(zhì)合金表面制得光柵狀織構(gòu)，使得硬質(zhì)合金表面粗糙度明顯降低。王震等24在YG8硬質(zhì)合金表面加工出直徑100 um、深度20 um、間距200 m的圓形微織構(gòu)陣列，在微量潤滑條件下進(jìn)行了載荷、速度及織構(gòu)對摩擦系數(shù)影響的研究，結(jié)果表明，織構(gòu)可以有效改善硬質(zhì)合金摩擦性能，在低速高載及高速中載條件下，織構(gòu)的改善作用最為明顯，如圖2所示。Sharma等[應(yīng)用Nd：YAG激光在硬質(zhì)合金表面加工出由直徑40 um的微圓坑與寬度80um、深度50 um、間距200 um的微溝槽組成的混合微織構(gòu)，加工后的硬質(zhì)合金刀具表面切削力與粗糙度明顯降低。Sun等[]在硬質(zhì)合金刀具表面分別以微溝槽、微凹坑、微溝槽與微凹坑混合的形式進(jìn)行了激光織構(gòu)處理，微溝槽寬度40 um，深度50 um，間距100 m，微圓坑直徑40 um，深度50 um，試驗(yàn)結(jié)果表明，具有微凹坑織構(gòu)的硬質(zhì)合金表面粗糙度最小，特別在織構(gòu)方向和切削方向垂直時(shí)，效果最為明顯?？棙?gòu)凹坑在切削過程中可以收集磨屑，改善切削面磨屑的粘結(jié)情況，有利于降低摩擦系數(shù);在潤滑切削條件下，凹坑能夠存貯少量切削液，提高切削液的利用效率，改善切削過程中的潤滑情況，減緩硬質(zhì)合金刀具的磨損。Lei等[應(yīng)用飛秒激光技術(shù)在硬質(zhì)合金刀具表面制備得到微凹坑織構(gòu)，并用切削液進(jìn)行填充，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)合金刀具的平均切削力減少10%-30%，刀-屑接觸長度減少30%。吳澤等[21使用HDM-50半導(dǎo)體側(cè)面泵浦YAG激光器在硬質(zhì)合金刀具表面進(jìn)行加工，制得具有微織構(gòu)的自潤滑刀具，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制得的自潤滑刀具切削力明顯降低，切削面磨損情況改善顯著。

　　研究發(fā)現(xiàn)2.30，不同形狀及尺寸的織構(gòu)形貌對硬質(zhì)合金表面的摩擦性能有著差異化的影響效果，與改善潤濕性能類似，圓形凹坑的減摩效果最好。符永宏等[30研究了激光脈沖、電壓、壓力等參數(shù)對織構(gòu)形貌的影響，并對YG6X硬質(zhì)合金刀片表面進(jìn)行激光加工，得到了直徑270 m、深度6um的圓形凹坑，觀察發(fā)現(xiàn)重凝層生成了細(xì)小、致密的細(xì)晶組織;WC顆粒受熱重凝后，以非均勻形核的方式在熔池周邊形成凸體形貌的非均勻晶核，與基體結(jié)合更加緊密。顧亞勵(lì)等5對硬質(zhì)合金進(jìn)行了表面加工，研究了激光功率、脈沖寬度與輔助氣體對織構(gòu)形貌及尺寸的影響，并探討了其形成機(jī)理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凸體織構(gòu)容易產(chǎn)生切屑瘤，無論在高速還是低速切削條件下，均可對硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生保護(hù)作用：尤其當(dāng)織構(gòu)面積占比為20%時(shí)，硬質(zhì)合金表面摩擦系數(shù)降低幅度最大。李玉弟[3研究了激光能量及脈沖次數(shù)對織構(gòu)尺寸及形貌的影響，指出織構(gòu)直徑的大小和激光能量大小成正比關(guān)系，而與脈沖次數(shù)無關(guān)。

　　根據(jù)以上研究成果可知，當(dāng)表面織構(gòu)凹坑較深時(shí)，切削時(shí)可使切削液快速聚集于刀-屑界面，充分發(fā)揮切削液對刀具的保護(hù)作用：隨著切削過程的進(jìn)行，硬質(zhì)合金表面不斷磨損，表面織構(gòu)凹坑深度變小，有利于切削液的流動(dòng)鋪展，改善刀-屑界面的潤滑狀態(tài)，減緩硬質(zhì)合金刀具的磨損。當(dāng)織構(gòu)凹坑根據(jù)分布而深度大小不同時(shí)，隨著硬質(zhì)合金刀具表面的磨損，可實(shí)現(xiàn)切削液的定向流動(dòng)，即從凹坑深度大的部分表面向凹坑深度小的部分表面。

　　3提高硬質(zhì)合金表面硬度的方法

　　激光相變硬化[30是利用激光快速掃描工件表面到相變點(diǎn)以上，高溫表面在基底冷卻下自冷淬火，實(shí)現(xiàn)表面硬化的過程。盾構(gòu)刀具選用的硬質(zhì)合金為粗晶硬質(zhì)合金(WC晶粒尺寸為3.5~4.9 um)，以保證較高的斷裂韌性和較低的經(jīng)濟(jì)成本，牌號為YG系列，即鎢鈷類硬質(zhì)合金，其中由WC顆粒作為硬質(zhì)相，Co作為粘結(jié)相。相較于粗晶硬質(zhì)合金，細(xì)晶硬質(zhì)合金雖然斷裂韌性較差，但是具有更好的硬度和耐磨性能。應(yīng)用激光輻照硬質(zhì)合金表面，可使得表層WC晶粒發(fā)生重熔細(xì)化，從而實(shí)現(xiàn)表面硬度的提高。由于Co和wC的熔點(diǎn)相差很大，硬質(zhì)合金表面激光相變硬化過程可分為表面去Co與表面WC顆粒重熔。

　　Co作為YG系列硬質(zhì)合金的粘結(jié)劑，相對WC具有很高的延展性與粘結(jié)性，Co的富集會(huì)影響硬質(zhì)合金的表面硬度。利用WC與Co的熔點(diǎn)差異，應(yīng)用激光對硬質(zhì)合金進(jìn)行表面輻照，可對Co進(jìn)行選擇性的去除。

　　Kano等]應(yīng)用能量密度分別為0.25，0.37，0.87J/cm2的脈沖Nd:YAG激光束對YG12硬質(zhì)合金進(jìn)行表面改性后發(fā)現(xiàn)，隨著激光能量的提高，硬質(zhì)合金表面硬度變低。這是因?yàn)樵诩す庹丈潼c(diǎn)附近發(fā)生了鉆元素的擴(kuò)散和富集，硬質(zhì)合金表面軟化。激光能量為0.25 J/cm2時(shí)，適合Co的聚集和表面雜質(zhì)元素的去除，同時(shí)不破壞表面。Aroyo等應(yīng)用脈沖HyBrD銅激光器對Co基硬質(zhì)合金進(jìn)行了表層處理，通過觀測發(fā)現(xiàn)激光脈沖產(chǎn)生的高溫使得Co向表面富集，表面生成了WC和w，C脫碳相：調(diào)節(jié)激光器能量強(qiáng)度和脈沖次數(shù)，可制得不同紋理的表層形貌。楊膠溪等[7應(yīng)用激光束輻照硬質(zhì)合金表面進(jìn)行Co的熔融及蒸發(fā)，使得Co含量從10%~30%降至3%-9%，提高了硬質(zhì)合金的表面硬度。

　　研究發(fā)現(xiàn)，隨著激光功率的增加，硬質(zhì)合金表面的WC相會(huì)發(fā)生非平衡相變等變化，較高的激光功率使得硬質(zhì)合金表面WC顆粒發(fā)生重熔，生成致密化表層。

　　呂東升等[國利用2kW連續(xù)波CO2激光器對YG8硬質(zhì)合金進(jìn)行表面硬化后發(fā)現(xiàn)，試樣的抗彎強(qiáng)度由1905

　　MPa提升到2010 MPa，維氏硬度由780 HV提高到1311 HV，觀察發(fā)現(xiàn)試樣表層WC晶粒細(xì)化，分析得知激光輻照提高了表層a相中wC的固溶度，抑制了B-Co向a-Co的相變，使得抗彎強(qiáng)度和硬度提高。呂東升[W]對YG系列硬質(zhì)合金進(jìn)行激光表面硬化處理，硬化層深度0.16-0.17 mm，表面顯微硬度提高約68%。

　　經(jīng)過XRD分析發(fā)現(xiàn)，在Co粘結(jié)劑發(fā)生溶解的過程里，wC分解生成了w2C，因此提高了表面硬度。王尚志[4對YG20硬質(zhì)合金進(jìn)行了激光表面處理，試樣經(jīng)處理后抗彎強(qiáng)度提高10%以上，顯微硬度提高80%，耐磨性能提高1.6倍，經(jīng)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，表面硬化層內(nèi)wC的晶粒度比未處理部分明顯細(xì)化，當(dāng)激光能量密度達(dá)到43J/mm2時(shí)，硬質(zhì)合金表面開始熔化，達(dá)到75J/mm2時(shí)，硬質(zhì)合金表面出現(xiàn)熔化區(qū)，抗彎強(qiáng)度和硬度急劇下降。Wu等[1利用50 kHz、掃描速率0.5 mm/s.功率3~6w的激光對硬質(zhì)合金進(jìn)行了表面處理后發(fā)現(xiàn)，隨著激光功率的增加，硬質(zhì)合金表層的氧元素含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，激光功率大于5w時(shí)，硬質(zhì)合金表面上生成大量氧化物，并形成大量揮發(fā)性氣體，表面硬度開始大幅度降低，激光功率為9 w時(shí)硬質(zhì)合金表面燒蝕嚴(yán)重，硬度迅速降低。單世瑾[4]對硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行激光表面處理后發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)化處理后的刀具使用壽命比未處理的刀具提高了1倍，通過分析得知刀具耐磨性的提高是由于以下2種變化的綜合作用：一是合金表層組織晶粒細(xì)化;二是瞬間高溫使wC.w或C溶入到粘結(jié)相中。

　　根據(jù)以上結(jié)果可知，選用適當(dāng)功率的激光對硬質(zhì)合金進(jìn)行表面處理，可降低表面鉆元素含量，使wC晶粒細(xì)化，有助于提高表面硬度，減少盾構(gòu)刀具工作時(shí)硬質(zhì)合金的磨損，進(jìn)而延長盾構(gòu)刀具工作壽命。

　　4輔助沉積高性能涂層的方法

　　盡管硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的耐磨損性能，但由于掘進(jìn)過程中巖土對盾構(gòu)刀具的摩擦、沖擊等影響，造成硬質(zhì)合金出現(xiàn)快速磨損、崩刃等。表面涂層有助于使硬質(zhì)合金獲得更優(yōu)越的耐磨性能，進(jìn)而提升盾構(gòu)刀具的使用壽命和工作可靠性[]，沉積涂層可分為硬度高、耐磨性好的“硬"涂層，如TiN.TiC和金剛石薄膜，以及摩擦系數(shù)小的“軟”涂層，如Mos2.WS2，wC/C等[4涂層與硬質(zhì)合金之間的結(jié)合強(qiáng)度對涂層的使用壽命具有重要影響，即由于涂層成分和硬質(zhì)合金基體的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致界面結(jié)合處在冷卻過程中產(chǎn)生裂紋[5.4，隨著掘進(jìn)工作的進(jìn)行，裂紋不斷擴(kuò)散，造成涂層過早脫落。

　　激光織構(gòu)加工可作為沉積涂層的預(yù)處理手段，通過破壞原表面結(jié)構(gòu)，形成新的表面缺陷，有助于改善涂層與基體之間的附著力。馮愛新等[)利用YIP-HP系列脈沖光纖激光器對硬質(zhì)合金表面織構(gòu)處理后，應(yīng)用磁控濺射方法沉積了厚度6um的TAIN涂層。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)激光處理后硬質(zhì)合金涂層結(jié)合力提高了近5倍：織構(gòu)深度、直徑和密度會(huì)影響硬質(zhì)合金與涂層的結(jié)合力，使得涂層沉積不均勻化。張克棟[研究并得到了針對硬質(zhì)合金沉積TiAIN涂層表面預(yù)處理的最佳微織構(gòu)和納織構(gòu)激光加工工藝參數(shù)，研究了硬質(zhì)合金織構(gòu)對涂層的微觀結(jié)構(gòu)、厚度、硬度、彈性模量、物相組成及結(jié)合強(qiáng)度等性能參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)合金表面織構(gòu)化通過增強(qiáng)表面附著性、消散涂層內(nèi)應(yīng)力等途徑達(dá)到提高涂層與硬質(zhì)合金結(jié)合強(qiáng)度的目的。硬質(zhì)合金中作為粘結(jié)相的Co會(huì)促進(jìn)碳的溶解與擴(kuò)散，影響金剛石的形核和長大，不利于硬質(zhì)合金與金剛石涂層的結(jié)合，李成明等[]應(yīng)用準(zhǔn)分子激光對YG6硬質(zhì)合金表層的Co元素進(jìn)行了選擇性去除后，通過CVD方式進(jìn)行了金剛石涂層的沉積。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)激光輻照可使硬質(zhì)合金表面粗糙化，有利于金剛石顆粒的形核長大，產(chǎn)生了對金剛石涂層的“錨鏈效應(yīng)”，因而增強(qiáng)了硬質(zhì)合金與金剛石涂層之間的結(jié)合力。Neres5應(yīng)用Nd:YAG激光對硬質(zhì)合金進(jìn)行表層處理，然后采用PVD鍍敷TiAIN涂層。通過對比發(fā)現(xiàn)激光輻照得到的紋理不會(huì)改變磨損機(jī)制，表面紋理化使得粗糙度提高，增加了涂層在硬質(zhì)合金基底上的黏附性。激光輻照使得硬質(zhì)合金表面產(chǎn)生的wC.取代了wC，wG-，與TAIN具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，有利于提高涂覆層的結(jié)合強(qiáng)度。

　　激光技術(shù)也可以作為熔覆涂層的加工手段。激光熔覆技術(shù)[51是利用高能量激光束輻照添加在工件表面的熔覆涂層材料，使其熔化并凝固于工件表層形成治金結(jié)合的表面改性技術(shù)。相較于化學(xué)鍍、PVD.CVD等涂層沉積手段，激光熔覆沉積熱影響區(qū)小，工件變形小[2，多用于工件發(fā)生磨損、腐蝕處的局部修復(fù)和再制造5，以恢復(fù)或增強(qiáng)工件的硬度、耐蝕等性能，無需考慮施鍍過程中的污染問題，加工環(huán)境也相對簡單。激光熔覆對涂層材料的稀釋率較低(可以控制在5%以內(nèi))，可形成較薄的熔覆層[5，熔覆層與基體呈現(xiàn)治金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高。劉洪喜等[5利用激光熔覆增材制造技術(shù)，以C050粉末為粘結(jié)相，wC顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的 Al 粉( 粒度均為 100 μm) 為熔覆材料，在 YG8 硬質(zhì)合金刀具表面進(jìn)行了 Co50 /Al 涂層的制備。切削試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，涂層處理后刀具的摩擦系數(shù)和表面粗糙度明顯降低。Kwon 等[56]在硬質(zhì)合金刀具表面涂覆了具有Co 中間層的 TiN 涂層。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) Co 中間層使得涂層刀具的壽命提高了 36%以上。Karatas 等[57]在氮?dú)猸h(huán)境下對硬質(zhì)合金進(jìn)行激光熔覆，熔覆材料為 Co 和 TaC，涂層厚度 60～80 μm，表面硬度可達(dá) 15～ 18 GPa。研究發(fā)現(xiàn)，在快速加熱和表面的高冷卻速率條件下，Co 和 Ta 的先行蒸發(fā)使得表層出現(xiàn)多方向的裂紋甚至氣孔，裂紋延伸到基體材料中，如圖 3。研究發(fā)現(xiàn)[58]，在激光熔覆過程中，金剛石存在分解、燒蝕、相變等問題，金剛石顆粒出現(xiàn)較為嚴(yán)重的石墨化，通常不作為制備金剛石涂層的手段。

　　綜上研究可知，激光加工可應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀具耐磨涂層涂覆前的預(yù)處理階段，通過對硬質(zhì)合金基體進(jìn)行表面處理，以提高涂層的附著力;尤其針對金剛石涂層的沉積，是解決涂層與基體間結(jié)合強(qiáng)度低、涂層易剝落的問題的可行性手段。

　　5總結(jié)與展望

　　當(dāng)前針對硬質(zhì)合金激光表面處理的研究多集中于理想的實(shí)驗(yàn)室因素下，相關(guān)的具體工程應(yīng)用情況研究較少，所得結(jié)果多是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，缺少實(shí)際的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)，仍有很大的研究空間。開展盾構(gòu)刀具硬質(zhì)合金激光表面處理的工程應(yīng)用研究，對解決盾構(gòu)掘進(jìn)工程中出現(xiàn)的盾構(gòu)刀具過早失效難題，降低工程損耗成本，保障整體工程的穩(wěn)定進(jìn)展具有重要的工程意義。盾構(gòu)刀具硬質(zhì)合金塊尺寸較小，便于發(fā)揮激光加工靈活性、快捷性的優(yōu)點(diǎn)。對于已出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的裝機(jī)盾構(gòu)刀具，可嘗試開展激光涂覆應(yīng)用研究，以恢復(fù)表面硬度，提高盾構(gòu)刀具利用率，減少因更換刀具帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

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文章名稱： 盾構(gòu)刀具硬質(zhì)合金激光表面處理研究現(xiàn)狀

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