CN107349595A

CN107349595A - 一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀

Info

Publication number: CN107349595A
Application number: CN201710663104.4A
Authority: CN
Inventors: 周君
Original assignee: Individual
Current assignee: Huainan Baibang Pneumatic Technology Co ltd
Priority date: 2017-08-05
Filing date: 2017-08-05
Publication date: 2017-11-17
Anticipated expiration: 2037-08-05
Also published as: CN107349595B

Abstract

本发明提供了一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，通过对冰刀基体刀片进行热处理，使冰刀不同部分获得了所需要的不同硬度，从而保证了涂覆涂层后，冰刀刀体具有抵抗和传递蹬冰力量的刚度和强韧性，同时刀刃能够足够耐磨并具有尽可能小的表面粗糙度。并且，冰刀合金涂层的合金涂覆粉末，采用了特定的合金元素成分配比，从而显著提高了合金涂层的硬度，具有极高的耐磨性、良好的坚硬性和抗氧化性。

Description

一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀

技术领域

本发明涉及刀具材料领域，具体的说，是涉及一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀。

背景技术

滑冰是以带有冰刀的冰鞋为工具，结合个人力量和技术的运动项目。滑冰运动作为冬季奥运会的主要项目之一，其竞技水平的影响因素除了滑冰运动员的个人技巧以外，最重要的就是冰鞋上冰刀的性能。例如，对蹬冰力的传递能力、抗塑性变形能力、抗脆性断裂能力和长时间耐磨性能等。在冰刀的机械构造中刀片的物理特性和力学性能是决定冰刀质量水平的主要因素之一，这涉及到刀片的整体强度、刀刃的硬度和触冰面的表面粗糙度等。而我国对于高性能冰刀的研究较为欠缺，无论是普通滑冰爱好者还是运动员所使用的优质冰刀绝大部分依靠进口。因此，研制新型冰鞋用冰刀，对于实现冰刀的设计和生产自主化、促进相关冰上项目的竞技水平，具有重要的现实意义和战略意义。

在滑冰蹬冰时，冰刀刀片承受较大的应力，滑行中冰鞋的刀刃与冰面高速摩擦，使用过程中需要经常承受较大的摩擦力，冰刀使用一段时间后，其刃口会变钝，这时通常需要对其重新研磨，使其恢复原来的形状。所以，冰刀的磨损是冰鞋损耗的主要原因，并且会对滑冰产生很大影响，反复磨刀虽然可以短时间内继续使用，但费时费力。因此，现有技术中需要解决的技术问题是让冰刀具有一定刚度和韧性的同时，具有相当的耐磨性能和较小的表面粗糙度。而热熔覆技术为提高冰刀的耐磨性能提供了简便可行的方法，其特点利用合金涂层材料与基体之间的冶金结合，实现承载应力和冲击力的较高耐磨损性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，所述冰刀能够具有较高的耐磨性能和抗冲击性能。

一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基体刀片，以及在基体刀片上覆盖的合金涂层；所述合金涂层的原料为合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度为100~150μm；所述带有合金涂层的冰鞋用冰刀的拉伸强度达到240~250MPa，硬度达60 ~65HRC，耐磨性能比基体刀片提高3~5倍。

所述冰刀的制备方法包括以下步骤：

(1)基体刀片热处理：对所述基体刀片进行淬火处理和回火处理，使靠近刀刃的部分的硬度高于远离刀刃的部分的硬度；

(2)涂覆前处理：将所述热处理后的基体刀片放入有机溶剂中，用超声波搅拌清洗，再放入由金刚石研磨粉及丙酮所组成的混合液中超声振动，再把刀片放入所述有机溶剂中清洗，最后取出用氮气吹干；

(3)热熔覆合金涂层：采用预置粉的方式，预置所述合金熔覆粉末厚度为0.8~1mm，通过高功率半导体激光器，激光扫描速度为8~10mm/s，持续通氩气保护，待涂层熔覆结束后，即得到带有合金涂层的冰鞋用冰刀成品。

所述合金熔覆粉末包含以下元素组成：C:2.50-3.50%，Si:0.50-0.80%，Zr:2.80-3.30%，Cu:1.50-2.50%，Hf:0.05-0.10%，Ni:4.50-5.50%，Al:0.50-1.50%，B:0.10-0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质，且满足8.5≤Zr+Ni+Al≤9.5，上述百分比为质量百分比。

优选地，所述步骤(1)基体刀片热处理，淬火温度为400~500℃，回火温度为200~300℃；在所述基体刀片上以其中间线为分界，使靠近基体刀片的刀刃的部分和远离刀刃的部分在淬火处理之后为不同的温度，然后进行回火处理，从而使靠近刀刃的部分的硬度高于远离刀刃的部分的硬度。

优选地，所述步骤(2)涂覆前处理：将所述热处理后的基体刀片放入有机溶剂中，用超声波搅拌清洗10-15分钟，再放入由金刚石研磨粉及丙酮所组成的混合液中超声振动10~20分钟，其中金刚石研磨粉的重量与丙酮的体积比为：金刚石研磨粉：丙酮=1.5~2mg:1ml，再把刀片放入所述有机溶剂中清洗10~15分钟，最后取出用氮气吹干。

优选地，所述步骤(2)中的有机溶剂为丙酮、异丙酮、无水乙醇中的一种或两种混合。

本发明的优点是：本申请通过对冰刀基体刀片进行热处理，使冰刀不同部分获得了所需要的不同硬度，从而保证了涂覆涂层后，冰刀刀体具有抵抗和传递蹬冰力量的刚度和强韧性，同时刀刃能够足够耐磨并具有尽可能小的表面粗糙度。本申请冰刀的合金涂层的原料涂覆粉末，采用了特定的合金元素成分配比，从而显著提高了合金涂层的硬度，具有极高的耐磨性、良好的坚硬性和抗氧化性。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基体刀片，以及在基体刀片上覆盖的合金涂层；所述合金涂层的原料为合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度为100μm；所述合金熔覆粉末包含以下元素组成：C:2.50%，Si:0.50%，Zr:3.30%，Cu: 2.50%，Hf:0.05%，Ni:4.50%，Al:1.50%，B:0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比；所述带有合金涂层的冰鞋用冰刀的拉伸强度达到240MPa，硬度达60HRC，耐磨性能比基体刀片提高3倍。

所述冰刀的制备方法包括以下步骤：

(1)基体刀片热处理：对所述基体刀片进行淬火处理和回火处理，淬火温度为400℃，回火温度为300℃；在所述基体刀片上以其中间线为分界，使靠近基体刀片的刀刃的部分和远离刀刃的部分在淬火处理之后为不同的温度，然后进行回火处理，从而使靠近刀刃的部分的硬度高于远离刀刃的部分的硬度。

(2)涂覆前处理：将所述热处理后的基体刀片放入丙酮中，用超声波搅拌清洗10分钟，再放入由金刚石研磨粉及丙酮所组成的混合液中超声振动10分钟，其中金刚石研磨粉的重量与丙酮的体积比为：金刚石研磨粉：丙酮=1.5mg:1ml，再把刀片放入丙酮中清洗10分钟，最后取出用氮气吹干。

(3)热熔覆合金涂层：采用预置粉的方式，预置所述合金熔覆粉末厚度为1mm，通过高功率半导体激光器，激光扫描速度为8mm/s，持续通氩气保护，待涂层熔覆结束后，即得到带有合金涂层的冰鞋用冰刀成品。

实施例2：

一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基体刀片，以及在基体刀片上覆盖的合金涂层；所述合金涂层的原料为合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度为120μm；所述合金熔覆粉末包含以下元素组成：C:2.80%，Si:0.70%，Zr:3.00%，Cu:1.70%，Hf:0.07%，Ni:5.20%，Al:1.00%，B:0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比；所述带有合金涂层的冰鞋用冰刀的拉伸强度达到245MPa，硬度达63HRC，耐磨性能比基体刀片提高5倍。

所述冰刀的制备方法包括以下步骤：

(1)基体刀片热处理：对所述基体刀片进行淬火处理和回火处理，淬火温度为500℃，回火温度为200℃；在所述基体刀片上以其中间线为分界，使靠近基体刀片的刀刃的部分和远离刀刃的部分在淬火处理之后为不同的温度，然后进行回火处理，从而使靠近刀刃的部分的硬度高于远离刀刃的部分的硬度。

(2)涂覆前处理：将所述热处理后的基体刀片放入丙酮和无水乙醇的混合溶液中，用超声波搅拌清洗12分钟，再放入由金刚石研磨粉及丙酮所组成的混合液中超声振动15分钟，其中金刚石研磨粉的重量与丙酮的体积比为：金刚石研磨粉：丙酮=2mg:1ml，再把刀片放入丙酮和无水乙醇的混合溶液中清洗10分钟，最后取出用氮气吹干。

(3)热熔覆合金涂层：采用预置粉的方式，预置所述合金熔覆粉末厚度为1mm，通过高功率半导体激光器，激光扫描速度为10mm/s，持续通氩气保护，待涂层熔覆结束后，即得到带有合金涂层的冰鞋用冰刀成品。

实施例3：

一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基体刀片，以及在基体刀片上覆盖的合金涂层；所述合金涂层的原料为合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度为150μm；所述合金熔覆粉末包含以下元素组成：C:3.50%，Si:0.80%，Zr:2.80%，Cu:1.50%，Hf:0.10%，Ni:5.50%，Al:1.00%，B:0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质，上述百分比为质量百分比；所述带有合金涂层的冰鞋用冰刀的拉伸强度达到250MPa，硬度达65HRC，耐磨性能比基体刀片提高3~5倍。

所述冰刀的制备方法包括以下步骤：

(1)基体刀片热处理：对所述基体刀片进行淬火处理和回火处理，淬火温度为500℃，回火温度为300℃；在所述基体刀片上以其中间线为分界，使靠近基体刀片的刀刃的部分和远离刀刃的部分在淬火处理之后为不同的温度，然后进行回火处理，从而使靠近刀刃的部分的硬度高于远离刀刃的部分的硬度。

(2)涂覆前处理：将所述热处理后的基体刀片放入异丙酮中，用超声波搅拌清洗15分钟，再放入由金刚石研磨粉及丙酮所组成的混合液中超声振动20分钟，其中金刚石研磨粉的重量与丙酮的体积比为：金刚石研磨粉：丙酮=2mg:1ml，再把刀片放入异丙酮中清洗15分钟，最后取出用氮气吹干。

(3)热熔覆合金涂层：采用预置粉的方式，预置所述合金熔覆粉末厚度为0.8mm，通过高功率半导体激光器，激光扫描速度为8mm/s，持续通氩气保护，待涂层熔覆结束后，即得到带有合金涂层的冰鞋用冰刀成品。

对比例1：

将不同于本发明元素成分及含量的合金熔覆粉末，特别是Zr+Ni+Al含量大于9.5或小于8.5时，采用同样的工艺步骤制备后，所得到的冰刀的拉伸强度仅为150MPa，硬度为45HRC，耐磨性能没有明显改善。

对比例2：

将元素成分和含量与实施例1相同的合金粉末原料，不进行对基体刀片的热处理时，仅采用涂覆前处理和热熔覆步骤，其所得到的冰刀的拉伸强度仅为180MPa，硬度为50HRC，耐磨性能没有明显改善。

由实施例1-3和对比例1和2可以看出，本申请冰刀合金涂层的原料涂覆粉末，是申请人经过反复多次试验验证的特定的合金元素成分配比，不仅对元素种类进行的作用、性能和成品上的综合考虑，还对各元素之间的协同作用做了一定研究，从而显著提高了合金涂层的硬度，具有极高的耐磨性、良好的坚硬性和抗氧化性。

并且，本申请对冰刀基体刀片进行的热处理是由申请人首次提出的，该处理步骤使冰刀不同部分获得了所需要的不同硬度，并且根据冰鞋使用特点和滑冰技巧综合考虑，保证了涂覆涂层后，冰刀刀体具有抵抗和传递蹬冰力量的刚度和强韧性，同时刀刃能够足够耐磨并具有尽可能小的表面粗糙度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基体刀片，以及在基体刀片上覆盖的合金涂层；所述合金涂层的原料为合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度为100~150μm；所述带有合金涂层的冰鞋用冰刀的拉伸强度达到240~250MPa，硬度达60 ~65HRC，耐磨性能比基体刀片提高3~5倍；

所述冰刀的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述合金熔覆粉末包含以下元素组成：C:2.50-3.50%，Si:0.50-0.80%，Zr:2.80-3.30%，Cu:1.50-2.50%，Hf:0.05-0.10%，Ni:4.50-5.50%，Al:0.50-1.50%，B:0.10-0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质，且满足8.5≤Zr+Ni+Al≤9.5，上述百分比为质量百分比。

3.根据权利要求1所述的带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述步骤(1)基体刀片热处理，淬火温度为400~500℃，回火温度为200~300℃；在所述基体刀片上以其中间线为分界，使靠近基体刀片的刀刃的部分和远离刀刃的部分在淬火处理之后为不同的温度，然后进行回火处理，从而使靠近刀刃的部分的硬度高于远离刀刃的部分的硬度。

4.根据权利要求1所述的带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述步骤(2)涂覆前处理：将所述热处理后的基体刀片放入有机溶剂中，用超声波搅拌清洗10-15分钟，再放入由金刚石研磨粉及丙酮所组成的混合液中超声振动10~20分钟，其中金刚石研磨粉的重量与丙酮的体积比为：金刚石研磨粉：丙酮=1.5~2mg:1ml，再把刀片放入所述有机溶剂中清洗10~15分钟，最后取出用氮气吹干。

5.根据权利要求1至4所述的带有合金涂层的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述步骤(2)中的有机溶剂为丙酮、异丙酮、无水乙醇中的一种或两种混合。