本发明属于隧道、地铁施工技术领域，尤其涉及一种电镀金刚石耐磨层带齿尖的滚刀刀圈及其制造工艺。
背景技术：
目前，我国采用盾构、TBM法施工山岭隧道、城市地铁进入蓬勃发展时期，盾构、TBM法以其地质条件适应性强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点日益成为隧道施工工法首选，而国内一些在建地铁的城市经常遇到岩石抗压强度达到甚至超过100MPa的硬岩地层或研磨性极强的砂岩地层，盾构机在此地层中掘进，传统的钢制滚刀刀圈磨损严重，导致换刀频繁，加大了施工风险和工程成本。 目前，滚刀刀圈常采用的材料为4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13等，但这些刀圈材料均为单一的合金钢材质，在硬岩和砂岩岩层掘进中，存在耐磨性差或者容易断裂的问题。对于一般条件下制备的金属材料而言，硬度和韧性是一对矛盾，硬度提高势必降低材料的韧性。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种韧性强、硬度高、耐磨性高、抗压性能好的电镀金刚石耐磨层带齿尖的滚刀刀圈及其制造工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电镀金刚石耐磨层带齿尖的滚刀刀圈，包括刀圈基体和均匀凸出设置在刀圈基体外圆周表面的齿尖，齿尖凸出于刀圈基体圆周表面的部分呈半圆球形结构，刀圈基体圆周外表面和齿尖外表面电镀有金刚石耐磨层；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为1.20 ～1.55%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量；
齿尖采用硬质合金制成，其中WC的重量含量为85%-94%，Co的重量含量为6%-15%。
刀圈基体的整体硬度为刀圈基体硬度HRC为53～57，冲击韧性为25～32J/cm2。
一种电镀金刚石耐磨层带齿尖的滚刀刀圈的制造工艺，包括以下步骤：（1）对刀圈基体进行制作，在刀圈基体圆周表面均匀设置安装槽；
（2）对齿尖进行制作；
（3）将齿尖镶嵌到安装槽内并与刀圈基体焊接为一体；
（4）将装有齿尖的刀圈基体放置到电镀液中进行电镀作业，电镀的金刚石粒度为10/20～30/40目，在刀圈基体和齿尖表面电镀上金刚石耐磨层的厚度为1 .0～1.6mm。
步骤（1）的具体制作过程为：所述的刀圈基体的各原料依次经过电炉冶炼、精炼、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工获得盘形刀圈基体粗坯；刀圈基体粗坯再依次经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工、获得整体硬度HRC53～57、冲击韧性为25～32J/cm2的刀圈基体。
刀圈基体粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1040℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。
步骤（3）具体过程为：齿尖镶嵌到安装槽内采用过盈配合的镶嵌方式，过盈量控制在0.05mm，焊接通过钎焊将齿尖与刀圈基体焊接为一体，焊接温度为620℃-680℃，采用高强度的银焊料和粉状的银钎焊剂。
步骤（4）具体包括以下步骤：
a、电镀液配制：调整电镀液的 pH 值为 3.8～4.2，控制电镀液温度为 40～50℃ ；
b、金刚石清洗：金刚石粉末为镀镍金刚石块研磨而成，将金刚石粉末依次用丙酮、盐酸和NaOH溶液浸泡后过滤；然后用碱性清洗液对待镀的刀圈基体表面的油污和氧化层进行清洗处理；
c、预镀 ：将刀圈基体放入电镀液中，在刀圈基体适镀面部分先电镀一层预镀层，预镀电流密度为1.2～1.8A/dm2，预镀层厚度为 15～20μm ；
d、上砂：将金刚石粉末加入电镀液中，将待镀的刀圈基体的预镀层埋入电镀液中，不断搅拌电镀混合液，对刀圈基体镀面部分施加400～1000mT 的磁感应强度，使金刚石粉末吸附到刀圈基体镀面部分，使金刚石粉末全面覆盖到刀圈基体的预镀层表面并与刀圈基体紧密结合；
e、加厚：上砂后用电镀液冲洗除去镀面部分外围的浮砂，再放入金刚石粉末，不断搅拌的电镀液，在电镀层外进一步加厚镀层，电镀的电流密度为1.6～2.0A/dm2，加厚镀层厚度为金刚石磨料平均粒度的65%；
f、去应力处理 ：对加厚电镀后的刀圈基体和电镀层进行150～250℃低温处理 1 ～ 2h即可去除应力。
所述电镀液中硫酸钴的质量浓度为22～25g/L、硫酸镍的质量浓度为180～198g/L、氯化钠的质量浓度为16～20g/L。
采用刀圈基体作为电镀阴极，金属板作为电镀阳极，所述金属板为金属镍板。
电镀阳极材料镀前处理 ：用质量分数为20%的硫酸溶液浸泡金属镍板以除去表面氧化组织。
采用上述技术方案，由于在刀圈基体的外圆周面上预制安装槽，在安装槽内镶嵌并钎焊齿尖，本发明采用电镀的工艺，把金刚石粉末电镀到刀圈基体圆周外表面和齿尖凸出于刀圈基体表面的部分，采用独特的制造工艺使刀圈基体和齿尖具有极高的韧性，金刚石耐磨层具有很高的抗压强度、硬度和耐磨性高，故能轻易破碎岩石的同时具有极高的寿命，也大大提高了施工掘进效率。
本发明的加工工艺方法简单，可操作性强，效率高，本发明加工成的电镀金刚石耐磨层带齿尖的滚刀刀圈不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命。
附图说明
图1是本发明产品的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种电镀金刚石耐磨层带齿尖的滚刀刀圈，包括刀圈基体1和均匀凸出设置在刀圈基体1外圆周表面的齿尖2，齿尖2凸出于刀圈基体1圆周表面的部分呈半圆球形结构，刀圈基体1圆周外表面电镀有金刚石耐磨层4，齿尖2外表面电镀有金刚石耐磨层3；其中刀圈基体1的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.38～0.48%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为1.20 ～1.55%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%、Fe余量；
齿尖2采用硬质合金制成，其中WC的重量含量为85%-94%，Co的重量含量为6%-15%。
刀圈基体1的整体硬度为刀圈基体1硬度HRC为53～57，冲击韧性为25～32J/cm2。
一种电镀金刚石耐磨层带齿尖2的滚刀刀圈的制造工艺，包括以下步骤：（1）对刀圈基体1进行制作，在刀圈基体1圆周表面均匀设置安装槽；
（2）对齿尖2进行制作；
（3）将齿尖2镶嵌到安装槽内并与刀圈基体1焊接为一体；
（4）将装有齿尖2的刀圈基体1放置到电镀液中进行电镀作业，电镀的金刚石粒度为10/20～30/40目，在刀圈基体1和齿尖2表面电镀上金刚石耐磨层4和金刚石耐磨层3的厚度为1 .0～1.6mm。
步骤（1）的具体制作过程为：所述的刀圈基体1的各原料依次经过电炉冶炼、精炼、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工获得盘形刀圈基体1粗坯；刀圈基体1粗坯再依次经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工、获得整体硬度HRC53～57、冲击韧性为25～32J/cm2的刀圈基体1。
刀圈基体1粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1040℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。
步骤（3）具体过程为：齿尖2镶嵌到安装槽内采用过盈配合的镶嵌方式，过盈量控制在0.05mm，焊接通过钎焊将齿尖2与刀圈基体1焊接为一体，焊接温度为620℃-680℃，采用高强度的银焊料和粉状的银钎焊剂。
步骤（4）具体包括以下步骤：
a、电镀液配制：调整电镀液的 pH 值为 3.8～4.2，控制电镀液温度为 40～50℃ ；
b、金刚石清洗：金刚石粉末为镀镍金刚石块研磨而成，将金刚石粉末依次用丙酮、盐酸和NaOH溶液浸泡后过滤；然后用碱性清洗液对待镀的刀圈基体1表面的油污和氧化层进行清洗处理；
c、预镀 ：将刀圈基体1放入电镀液中，在刀圈基体1适镀面部分先电镀一层预镀层，预镀电流密度为1.2～1.8A/dm2，预镀层厚度为 15～20μm ；
d、上砂：将金刚石粉末加入电镀液中，将待镀的刀圈基体1的预镀层埋入电镀液中，不断搅拌电镀混合液，对刀圈基体1镀面部分施加400～1000mT 的磁感应强度，使金刚石粉末吸附到刀圈基体1镀面部分，使金刚石粉末全面覆盖到刀圈基体1的预镀层表面并与刀圈基体1紧密结合；
e、加厚：上砂后用电镀液冲洗除去镀面部分外围的浮砂，再放入金刚石粉末，不断搅拌的电镀液，在电镀层外进一步加厚镀层，电镀的电流密度为1.6～2.0A/dm2，加厚镀层厚度为金刚石磨料平均粒度的65%；
f、去应力处理 ：对加厚电镀后的刀圈基体1和电镀层进行150～250℃低温处理 1 ～ 2h即可去除应力。
所述电镀液中硫酸钴的质量浓度为22～25g/L、硫酸镍的质量浓度为180～198g/L、氯化钠的质量浓度为16～20g/L。
采用刀圈基体1作为电镀阴极，金属板作为电镀阳极，所述金属板为金属镍板。
电镀阳极材料镀前处理 ：用质量分数为20%的硫酸溶液浸泡金属镍板以除去表面氧化组织。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。