CN109663922A - 一种旋耕刀具用耐磨涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋耕刀具用高耐磨涂层，耐磨涂层包括以下质量百分比的组分：10%金刚石微粉、0.5%~2.0%微纳SiC粉、3%~5%TiH2粉、其余为钎料BNi82CrSiBFe，其制备方法为：将粉末按比例称取，充分混合，采用粘结剂调制成膏状，预置在旋耕刀刃口处，110~130℃烘干30~60min；采用真空钎焊炉，真空度6×10‑3Pa环境下，1050℃~1080℃钎涂30min，随炉冷却，使耐磨涂层钎涂在旋耕刀基体表面，同时原位合成韧性陶瓷相Ti3SiC2，使刀具耐磨性提高，且缓解脆性陶瓷相对刀具耐冲击性差的不利影响；出炉后对旋耕刀具进行真空热处理，提高旋耕刀具的耐磨性，消除刀具内部的热应力，延长刀具的有效使用寿命。

Description

一种旋耕刀具用耐磨涂层
技术领域
本发明涉及农机装备技术领域，具体的说是一种旋耕刀具用高耐磨涂层。
背景技术
旋耕机械是我国主要耕作机具之一，旋耕机是一种工作部件主动旋转以铣刀原理加工土壤的耕整机械，可以一次完成耕耙作业，其工作特点是作业质量好、效率高、减少机器下地次数、土肥混合均匀，较广泛地应用在旱地播种前整地作业，旋耕机可大大缩短耕整地时间，有利于抢工时和提高生产率；
旋耕机主要有机架、传动系统、旋转刀轴、刀片（旋耕刀）、罩壳等组成，影响旋耕机寿命的主要因素是旋耕刀耐磨性，目前我国旋耕刀的质量很难达到国际先进水平，作为旋耕机的主要磨损部件，旋耕刀磨损及更换每年造成很大的损失，据统计，一般情况下，普通旋耕刀在粘性土壤中作业寿命为 20~35 hm2/片，而在沙土中作业寿命仅为 3.3~5.5 hm2/片，同时磨钝后的耕作部件会导致牵引阻力增大、油耗增加、降低农机的工作效率和工作质量，增加工作成本；且更换旋耕刀耗时费力，很不利于抢农时，因此延长旋耕刀的使用寿命，提高农机工作效率，提升我国农机装备的产品质量和工艺水平，满足国内长期对长寿命耐磨旋耕刀的迫切需求，具有重要的意义；
旋耕刀工作时主要的失效形式为断裂和磨损，其中又以磨损为主，提高旋耕刀使用寿命的方法目前主要集中在提高刀具耐磨性的研究，在刀具钢基体不变的情况下，对钢基体进行表面改性是提高耐磨性的优选方法，旋耕机工作时，旋耕刀与土壤相对运动速度极高，旋耕刀处于高磨损与高冲击的工作环境，因此，要求旋耕刀表面具有高耐磨性，涂层与基体结合强度高，整体工艺成本低且易于实现自动化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种旋耕刀具用耐磨涂层，本发明制得的旋耕刀具具有硬度高、耐腐蚀、抗冲击、磨耗少、附着力高、寿命长等优势，且制备方法简单，提高旋耕刀具的耐磨性和韧性，延长刀具的有效使用寿命，生产成本低，适合推广应用。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种旋耕刀具用高耐磨涂层，制备所述高耐磨涂层包括以下质量百分比的组分：10%金刚石微粉、0.5%~2.0%微纳SiC粉、3%~5%TiH2粉、其余为钎料BNi82CrSiBFe。
进一步的，所述金刚石微粉、微纳SiC粉、TiH2粉、BNi82CrSiBFe钎料均为粉末状，其粒度分别为45~58μm、0.6~3μm、80~100μm和48~58μm，氧含量均小于800ppm，杂质含量均低于0.6wt.%。
一种旋耕刀具用高耐磨涂层的制备方法，具体步骤为：
步骤一、将旋耕刀表面喷丸、喷砂处理，将刃口处打磨光亮；
步骤二、将金刚石微粉、BNi82CrSiBFe钎料按上述质量比称取，装入混料机混合2h后取出，得到混合物料，备用；
步骤三、将TiH2粉和微纳SiC粉按上述质量比称取，放入行星球磨机中，添加无水乙醇、ZrO2研磨球，充分混合后取出，得到混合粉末，备用；
步骤四、将步骤三中得到的混合粉末放入添加有粘结剂的悬浊液中，加入适量分散剂，得到混合液，将步骤二中得到的混合物料添加到混合液中，调制成混料膏；
步骤五、将步骤四调制好的混料膏均匀涂覆在旋耕刀刃口处的两面和侧面，控制厚度为0.7~0.9mm、宽度为14~16mm、长度为144~146mm；冷却晾干后，得到涂覆有耐磨层的旋耕刀具，备用；
步骤六、将涂覆有耐磨层的旋耕刀具放入干燥箱，110~130℃下保温30~60min，烘干涂层内部的水分，将干燥后的旋耕刀具放入真空钎焊炉加热，进行耐磨涂层的钎涂；
步骤七、对钎涂好的旋耕刀具进行真空热处理，使处理后的旋耕刀具的硬度在43~47HRC。
进一步的，步骤五中冷却晾干后，在涂覆有一层混料膏的旋耕刀上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.4~0.6mm，冷却晾干后，在前两层上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.2~0.4mm，冷却晾干后，得到涂覆有耐磨层的旋耕刀具。
进一步的，步骤六中真空钎涂的工艺参数为：在真空度6×10-3Pa环境下，1050℃~1080℃钎涂30min，随炉冷却。
进一步的，步骤七中真空热处理的工艺为：800±10℃淬火，保温10~15min，油冷；320±10℃回火，保温30~35min。
本发明的有益效果在于：
在普通旋耕刀的基础上，钎涂金刚石耐磨层，同时原位合成韧性陶瓷相Ti3SiC2，使刀具耐磨性提高，且缓解脆性陶瓷相对刀具耐冲击性差的不利影响，旋耕刀工作时，耐磨涂层和土壤直接接触摩擦磨损，使基体材料得以保护，从而延长了使用寿命；附加少量的成本投入，即可大幅度提高旋耕刀的使用寿命，不仅提高旋耕刀的工作效率、减少更换刀具和旋耕机维修时间和费用，还充分利用了旋耕刀基体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
一种旋耕刀具用高耐磨涂层，制备所述高耐磨涂层包括以下质量百分比的组分：10%金刚石微粉、0.5%~2.0%微纳SiC粉、3%~5%TiH2粉、其余为BNi82CrSiBFe钎料。
进一步的，所述金刚石微粉、微纳SiC粉、TiH2粉、BNi82CrSiBFe钎料均为粉末状，其粒度分别为45~58μm、0.6~3μm、80~100μm和48~58μm，氧含量均小于800ppm，杂质含量均低于0.6wt.%。
一种旋耕刀具用高耐磨涂层的制备方法，具体步骤为：
步骤一、将旋耕刀表面喷丸、喷砂处理，去除油污和氧化皮，将刃口处打磨光亮；
步骤二、将金刚石微粉、BNi82CrSiBFe钎料按上述质量比称取，装入混料机混合2h后取出，得到混合物料，备用；
步骤三、将TiH2粉和微纳SiC粉按上述质量比称取，放入行星球磨机中，添加无水乙醇、ZrO2研磨球，充分混合后取出，得到混合粉末，备用；
步骤四、将步骤三中得到的混合粉末放入添加有粘结剂的悬浊液中，加入适量分散剂，得到混合液，将步骤二中得到的混合物料添加到混合液中，调制成混料膏；
步骤五、将步骤四调制好的混料膏均匀涂覆在旋耕刀刃口处的两面和侧面，控制厚度为0.7~0.9mm、宽度为14~16mm、长度为144~146mm；冷却晾干后，再进行多次薄涂，优选为，再薄涂两次，具体为在涂覆有一层混料膏的旋耕刀上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.4~0.6mm，冷却晾干后，在前两层上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.2~0.4mm，冷却晾干后，得到涂覆有耐磨层的旋耕刀具，将混料膏多次薄涂在旋耕刀刃口的两面和侧面处，防止单次涂覆厚度太大时，与基体的结合强度不高；
步骤六、将涂覆有耐磨层的旋耕刀具放入干燥箱，110~130℃下保温30~60min，烘干涂层内部的水分，将干燥后的旋耕刀具放入真空钎焊炉加热，进行耐磨涂层的钎涂；真空钎涂的工艺参数为：在真空度6×10-3Pa环境下，1050℃~1080℃保温30min，随炉冷却，真空钎涂前，对涂覆好耐磨层的刀具进行烘干处理，防止制得的耐磨层内部有气孔等缺陷；
步骤七、对钎涂好的旋耕刀具进行真空热处理，去除材料内部应力，提高旋耕刀的耐磨性及韧性，使处理后的钢基体的硬度在43~47HRC，真空热处理的工艺为：800±10℃淬火，保温10~15min，油冷；320±10℃回火，保温30~35min。
实施例1：
选取淬火态65Mn钢作为基体材料，对所选取试样进行喷丸、喷砂等表面处理，去除油污和氧化皮，将预涂耐磨层处打磨光亮。按质量百分比称取10%金刚石微粉、83.5%BNi82CrSiBFe粉末装入混料机混合2h后取出；将5%TiH2粉、1.5%的微纳SiC粉球磨后放入添加有粘结剂的悬浊液中，加入适量分散剂，得到混合液，将混合物料添加到混合液中，将混合物料调制成膏状的混料膏，将微纳SiC粉分散在悬浊液中，防止微纳SiC粉团聚。
将调制好的混料膏均匀涂覆在表面处理后的规格ϕ6mm×25mm、25mm×5mm×100mm的试样和旋耕刀上，厚度控制在0.8mm，冷却晾干后，在涂覆有一层混料膏的试样和旋耕刀上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.5mm，冷却晾干后，在前两层上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.3mm，冷却晾干后，得到涂覆有耐磨层的试样和旋耕刀，对涂覆好的试样和旋耕刀进行烘干、真空高温钎涂、焊后真空热处理等操作，得到最终钎涂有耐磨涂层的试样和旋耕刀。
对比例1：
采用市面上的基体钢材：焊态Q235钢、淬火态65Mn钢与实施例1制得的涂覆有耐磨涂层的试样分别进行耐磨性试验1对比：
对基体钢材：焊态Q235钢、淬火态65Mn钢分别进行耐磨性试验1，采用ZX50C钻铣床，将规格ϕ6mm×25mm的试样固定到主轴上，80#SiC砂纸黏贴到工作台，在固定载荷下，通过主轴旋转，进给轴往复运动1h完成耐磨测试，通过理论计算得到耐磨层的相对减小厚度，实现对耐磨层耐磨性能的定量分析；
根据密度和重量减少量计算出钢材基体相对减小厚度如下：焊态Q235钢相对减小厚度h：0.378×1000/7.85=h×3.14×32，h=1.704mm；65Mn钢相对减小厚度h：0.241×1000/7.85=h×3.14×32，h=1.086mm；
对实施例1制得的涂覆有耐磨涂层的试样进行耐磨性试验1，采用ZX50C钻铣床，将规格ϕ6mm×25mm的试样固定到主轴上，80#SiC砂纸黏贴到工作台。在固定载荷下，通过主轴旋转，进给轴往复运动1h完成耐磨测试，通过理论计算得到耐磨层的相对减小厚度，实现对耐磨层耐磨性能的定量分析；
根据金刚石、微纳SiC、TiH2与BNi82CrSiBFe比例，计算出耐磨涂层的密度如下，金刚石：TiH2：SiC：BNi82CrSiBFe=10:5:1.5:83.5，密度为7.54g/cm3；根据密度和重量减少量计算出耐磨层相对减小厚度如下：金刚石复合耐磨层相对减小厚度h：0.007×1000/7.54= h×3.14×32，h=0.033mm。
ϕ6mm×25mm试样与焊态Q235钢、淬火态65Mn钢尺寸重量变化如表1所示：
表1 耐磨试验重量尺寸变化
对比例2：
采用市面上的基体钢材：焊态Q235钢、淬火态65Mn钢与实施例1制得的涂覆有耐磨涂层的试样进行耐磨性试验2对比：
对基体钢材：焊态Q235钢、淬火态65Mn钢进行摩擦磨损试验2，采用自制试验平台，将25mm×5mm×100mm钢材试样一端打孔固定在可旋转的轴上，放入沙子和水混合环境中，200r/min转速下旋转8h后，称取前后质量变化；
对钎涂有耐磨层的试样进行摩擦磨损试验2，采用自制试验平台，将25mm×5mm×100mm试样一端打孔固定在可旋转的轴上，放入沙子和水混合环境中，200r/min转速下旋转8h后，称取前后质量变化；
25mm×5mm×100mm试样与焊态Q235钢、淬火态65Mn钢重量变化如表2所示：
表2 磨损前后试样重量变化值
对比例3：
将未做耐磨处理的旋耕刀直接装在旋耕机上，在农田进行耕耙作业，测试旋耕刀的使用寿命；
将钎涂有耐磨层的旋耕刀整套装在旋耕机上，在农田进行耕耙作业，测试旋耕刀的使用寿命；
旋耕刀农田实际耕作结果：未做表面耐磨处理的焊态Q235钢和淬火态65Mn钢旋耕刀的使用寿命分别为328亩、332亩；钎涂有耐磨层的旋耕刀具的使用寿命为1357亩，钎涂耐磨层后旋耕刀的实际试车使用寿命是未做耐磨处理的旋耕刀的4.09~4.13倍。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种旋耕刀具用高耐磨涂层，其特征在于：制备所述高耐磨涂层包括以下质量百分比的组分：10%金刚石微粉、0.5%~2.0%微纳SiC粉、3%~5%TiH2粉、其余为BNi82CrSiBFe钎料。
2.根据权利要求1所述的一种旋耕刀具用高耐磨涂层，其特征在于：所述金刚石微粉、微纳SiC粉、TiH2粉、BNi82CrSiBFe钎料均为粉末状，其粒度分别为45~58μm、0.6~3μm、80~100μm和48~58μm，氧含量均小于800ppm，杂质含量均低于0.6wt.%。
3.根据权利要求1所述的一种旋耕刀具用高耐磨涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤一、将旋耕刀表面喷丸、喷砂处理，将刃口处打磨光亮；
步骤二、将金刚石微粉、BNi82CrSiBFe钎料按上述质量比称取，装入混料机混合2h后取出，得到混合物料，备用；
步骤三、将TiH2粉和微纳SiC粉按上述质量比称取，放入行星球磨机中，添加无水乙醇、ZrO2研磨球，充分混合后取出，得到混合粉末，备用；
步骤四、将步骤三中得到的混合粉末放入添加有粘结剂的悬浊液中，加入分散剂，得到混合液，将步骤二中得到的混合物料添加到混合液中，调制成混料膏；
步骤五、将步骤四调制好的混料膏均匀涂覆在旋耕刀刃口处的两面和侧面，控制厚度为0.7~0.9mm、宽度为14~16mm、长度为144~146mm，冷却晾干后，得到涂覆有耐磨层的旋耕刀具，备用；
步骤六、将涂覆有耐磨层的旋耕刀具放入干燥箱，110~130℃下保温30~60min，烘干涂层内部的水分，将干燥后的旋耕刀具放入真空钎焊炉加热，进行耐磨涂层的钎涂；
步骤七、对钎涂好的旋耕刀具进行真空热处理，使处理后的旋耕刀具的硬度在43~47HRC。
4.根据权利要求3所述的一种旋耕刀具用高耐磨涂层的制备方法，其特征在于：步骤四中冷却晾干后，在涂覆有一层混料膏的旋耕刀上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.4~0.6mm，冷却晾干后，在前两层上再次均匀涂覆混料膏，厚度控制在0.2~0.4mm，冷却晾干后，得到负载有耐磨层的旋耕刀具。
5.根据权利要求3所述的一种旋耕刀具用高耐磨涂层的制备方法，其特征在于：步骤六中真空钎焊炉加热的工艺参数为：在真空度6×10-3Pa环境下，1050℃~1080℃保温30min，随炉冷却。
6.根据权利要求3所述的一种旋耕刀具用高耐磨涂层的制备方法，其特征在于：步骤七中真空热处理的工艺为：800±10℃淬火，保温10~15min，油冷；320±10℃回火，保温30~35min。
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