随着世界各国轨道交通、矿石开采等行业的飞速发展,盾构机作为暗挖隧道用的一种重要设备,因其高效的施工效率而得到广泛使用。作为盾构机掘进系统的“牙齿”—盾构刀具,直接作用于开挖面,其工作环境恶劣,载荷不稳定,受载荷冲击大,是掘进过程中最易损坏的零部件之一,尤其是在硬岩地层掘进的滚刀,需要其具有更好的磨损性能。目前,盾构滚刀的加工制造技术及性能评价标准主要被德、日和美等国家的企业所垄断,致使盾构刀具的价格昂贵,盾构施工成本高。而国内盾构滚刀研发起步晚、技术储备不足,致使滚刀研发周期长、使用寿命短、性价比低。因此,打破国外企业的技术封锁,获得耐磨性好、服役寿命长和性价比高的盾构滚刀显得极为迫切。同时与盾构滚刀直接接触的开挖面地质工况复杂,引起的滚刀的磨损形式也较复杂,因而对滚刀的磨损性能进行科学合理的评价较为困难。作为目前主流的表面处理技术,涂层技术在刀具耐磨损、耐热、抗氧化和耐化学腐蚀等领域应用较多。因此制备出耐磨性高、使用寿命长的涂层滚刀,并对其性能进行有效合理评价,对提升滚刀磨损性能,延长刀具使用寿命和提高施工效率有着非常重要的科研意义和工程应用价值。本文首先根据工程现场调研,对不同磨损阶段的盾构滚刀的损伤形式及机理进行深入分析,为进一步评价滚刀的磨损性能和研制新型滚刀等奠定基础。其次利用涂层技术（等离子堆焊）在盾构滚刀表面制备镍基碳化钨（Ni-WC）涂层,与性能较为稳定的陶瓷材料（Si₃N₄）形成对磨副,对Ni-WC涂层分别在往复滑动、冲滑复合两种相对运动模式条件下进行摩擦磨损试验研究,并与未经涂层处理的滚刀基材（H13钢）的磨损情形进行对比,分析有无Ni-WC涂层的滚刀材料表面损伤形式及磨损差异。获得的主要结论如下:1.盾构滚刀掘进时与岩石的相对运动形式复杂,其中冲滑复合磨损最为常见,加剧滚刀刀圈的磨损。磨损初期,滚刀刃尖承受的接触应力较大,易发生崩刃。随着滚刀的进一步磨损,崩刃现象减少,滚刀主要承受磨粒磨损,在磨损后期,还出现疲劳磨损。2.Ni-WC涂层在往复滑动磨损过程中的稳定性较好,主要受到二体磨粒磨损,主要损伤形式为剥落。与Ni-WC涂层相比,H13钢在较低法向载荷（5 N）条件下的磨损稳定性较好,但在高法向载荷（10 N和20 N）条件下表现出较大的不稳定性,其在滑动磨损过程中主要受到二体磨粒磨损、三体磨粒磨损,损伤形式主要为犁削和剥落。3.在冲滑磨损过程中,结构刚度的增加会改变Ni-WC涂层的磨损机理和损伤特性,低结构刚度条件下涂层主要承受冲击载荷,随结构刚度的增加,压载荷逐渐主导冲滑磨损过程。Ni-WC涂层在磨损过程中主要发生疲劳磨损和磨粒磨损,表现为WC颗粒外凸部分的脆性脱落和镍基合金区的疲劳剥落。结构刚度同样对H13钢的冲滑磨损行为有明显影响,随着结构刚度的增加,冲滑磨损的主要损伤形式从犁削转化为剥落,主要损伤区域从冲击区向滑动区移动。4.对比两种试验材料,Ni-WC涂层耐磨性和抗冲击性能均优于未经涂层处理的基材。Ni-WC涂层耐磨性和抗冲击性提高的原因主要是其表面的高硬度WC颗粒可阻止磨粒对较软镍基合金区的切削与碰撞,并打断磨粒对Ni-WC涂层的连续磨损。