CN109706445A - 一种双层旋耕刀具耐磨涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双层旋耕刀具耐磨涂层，包括内层耐磨层A以及外层耐磨层B，所述内层耐磨层A包括以下质量百分比的组分：10%~25%WC粉、其余为BNi82CrSiBFe钎料，所述外层耐磨层B包括以下质量百分比的组分：5%~9%金刚石微粉、其余为BNi82CrSiBFe钎料。其制备方法为：分别制得内层耐磨层A和外层耐磨层B的膏体，将内层耐磨层A膏体与外层耐磨层B膏体分层预置在旋耕刀刃口处，110~150℃烘干30~60min，采用真空钎焊炉，真空度1×10‑2Pa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；出炉后对旋耕刀具进行真空热处理，消除刀体和涂层内部残余热应力。本发明通过在旋耕刀表面钎涂复合耐磨涂层解决了普通旋耕刀耐磨性差的问题，极大提高旋耕刀的使用寿命。

Description

一种双层旋耕刀具耐磨涂层
技术领域
本发明涉及农机装备技术领域，具体的说是一种双层旋耕刀具耐磨涂层。
背景技术
随着我国经济的高速发展，农作物耕、种、收综合机械化水平越来越高。刃具是农业机械的关键部件，直接影响到农机作业质量与效率，资料显示，我国仅耕作部件因磨损失效导致的损失就达数十亿元/年。农机刃具的作业对象特殊，工作过程中要求具有较强耐磨性、锋利性及耐腐蚀性。但是由于受到沙土磨料磨损、植物汁液腐蚀等，刃口变钝，切割能力变差能耗增加，作业效率及经济性能大幅下降；
旋耕机械是我国主要耕作机具之一，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。影响旋耕机寿命的主要因素是旋耕刀耐磨性，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，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；
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，近年来，越来越多的科研工作者开展旋耕刀耐磨性的研究。但工业化推广过程中仍存在工艺复杂、涂层易脱落、环境污染等弊端。近年来，随着我国农业机械产业的高速发展，旋耕机耕地速度的大力提升，对旋耕刀片的耐磨性又提出了更严格的要求，提高旋耕刀片的使用寿命是目前亟待需要解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种双层旋耕刀具耐磨涂层及其制备方法，本发明制得的耐磨涂层具有硬度高、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，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：
一种双层旋耕刀具耐磨涂层，包括内层耐磨层A以及外层耐磨层B，制备所述耐磨涂层的内层耐磨层A包括以下质量百分比的组分：10%~25%WC粉、其余为镍基钎料，制备所述耐磨涂层的外层耐磨层B包括以下质量百分比的组分：5%~9%金刚石微粉、其余为镍基钎料。
进一步的，所述金刚石微粉、WC粉、镍基钎料均为粉末状，其粒度分别为45μm~58μm、45μm~58μm和45~58μm，氧含量均小于800ppm，杂质含量均低于0.6wt.%。
进一步的，所述镍基钎料为BNi82CrSiBFe。
一种双层旋耕刀具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、将质量比20%~50%WC粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得内层耐磨层A膏体，备用；
步骤三、将质量比10%~18%金刚石微粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得外层耐磨层B膏体，备用；
步骤四、将步骤二调制好的内层耐磨层A膏体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，冷却晾干后，得到负载有内层耐磨层A的旋耕刀具，备用；
步骤五、在负载有内层耐磨层A的旋耕刀具上涂覆外层耐磨层B膏体，所述厚度为0.4~0.6mm，得到涂覆好耐磨层的旋耕刀具；
步骤六、将涂覆好耐磨层的旋耕刀具放入干燥箱，110~150℃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，步骤六中真空钎涂的工艺参数为：在真空度1×10-2Pa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：820±10℃淬火，保温10~15min，油冷；340±10℃回火，保温25~30min。
本发明的有益效果在于：
在普通旋耕刀的基础上，钎涂双层耐磨层。碳化钨和金属混合制成的材料具有高硬度和高耐磨性，作为第一层耐磨材料涂覆在旋耕刀上，金刚石本身具有较高的硬度和耐磨度，将含有金刚石部分的材料作为旋耕刀的第二层耐磨材料，双层耐磨材料的使用使得旋耕刀刀刃的耐磨度大大提高。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，一定意义上改变产品的使用性质，该涂层制备简单，易于推广使用。
综上所述，本发明通过旋耕刀表面钎涂双层耐磨涂层解决了普通旋耕刀耐磨性差的问题，极大提高旋耕刀的使用寿命。
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：
一种双层旋耕刀具耐磨涂层，包括内层耐磨层A以及外层耐磨层B，所述内层耐磨层A包括以下质量百分比的组分：10%~25%WC粉、其余为镍基钎料，所述外层耐磨层B包括以下质量百分比的组分：5%~9%金刚石微粉、其余为镍基钎料。
进一步的，所述金刚石微粉、WC粉、镍基钎料均为粉末状，其粒度分别为45μm~58μm、45μm~58μm和45~58μm，氧含量均小于800ppm，杂质含量均低于0.6wt.%，所述镍基钎料为BNi82CrSiBFe。
一种双层旋耕刀具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、将质量比20%~50%WC粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得内层耐磨层A膏体，备用；
步骤三、将质量比10%~18%金刚石微粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得外层耐磨层B膏体，备用；
步骤四、将步骤二调制好的内层耐磨层A膏体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，冷却晾干后，得到负载有内层耐磨层A的旋耕刀具，备用；
步骤五、在负载有内层耐磨层A的旋耕刀具上涂覆外层耐磨层B膏体，所述厚度为0.4~0.6mm，得到涂覆好耐磨层的旋耕刀具，外层为添加有金刚石微粉的膏体，可以进一步增加旋耕刀具的耐磨性，同时提高金刚石和钢基体及钎料之间的结合强度；
步骤六、将涂覆好耐磨层的旋耕刀具放入干燥箱，110~150℃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，真空钎焊炉加热的工艺参数为：在真空度1×10-2Pa环境下，1050℃~1080℃钎涂30min，随炉冷却，真空钎焊前，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：820±10℃淬火，保温10~15min，油冷；340±10℃回火，保温25~30min。
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，将质量比20%~50%WC粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得内层耐磨层A膏体，备用；将质量比10%~18%金刚石微粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得外层耐磨层B膏体，备用；将调制好的内层耐磨层A膏体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，在第一层上涂覆外层耐磨层B膏体，厚度控制在0.5mm，对涂覆好的试样进行烘干、真空高温钎焊、焊后真空热处理等操作，得到最终涂覆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；
根据金刚石与BNi82CrSiBFe比例，计算出耐磨涂层的密度如下，金刚石：WC:BNi82CrSiBFe=10:90，密度为7.78g/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：0.008×1000/7.78=h×3.14×32，h=0.036mm。
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；
将钎涂有双层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；钎涂有复合耐磨层的旋耕刀具的使用寿命为1469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4.42~4.48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)

1.一种双层旋耕刀具耐磨涂层，其特征在于：包括内层耐磨层A以及外层耐磨层B，制备所述耐磨涂层的内层耐磨层A包括以下质量百分比的组分：10%~25%WC粉、其余为镍基钎料；制备所述耐磨涂层的外层耐磨层B包括以下质量百分比的组分：5%~9%金刚石微粉、其余为镍基钎料。
2.根据权利要求1所述的一种双层旋耕刀具耐磨涂层，其特征在于：所述WC粉、金刚石微粉、镍基钎料均为粉末状，其粒度分别为80~100μm、45μm~58μm和45~58μm，氧含量均小于800ppm，杂质含量均低于0.6wt.%。
3.根据权利要求1或2所述的一种双层旋耕刀具耐磨涂层，其特征在于：所述镍基钎料为BNi82CrSiBFe。
4.根据权利要求1所述的一种双层旋耕刀具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、将质量比20%~50%WC粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得内层耐磨层A膏体，备用；
步骤三、将质量比10%~18%金刚石微粉和镍基钎料装入混料机混合2h后取出，用粘结剂将两种混合粉调制成膏状，制得外层耐磨层B膏体，备用；
步骤四、将步骤二调制好的内层耐磨层A膏体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，冷却晾干后，得到负载有内层耐磨层A的旋耕刀具，备用；
步骤五、在负载有内层耐磨层A的旋耕刀具上涂覆外层耐磨层B膏体，所述厚度为0.4~0.6mm，得到涂覆好耐磨层的旋耕刀具；
步骤六、将涂覆好耐磨层的旋耕刀具放入干燥箱，110~150℃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。
5.根据权利要求4所述的一种双层旋耕刀具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1×10-2Pa环境下，1050℃~1080℃钎涂30min，随炉冷却。
6.根据权利要求4所述的一种双层旋耕刀具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：820±10℃淬火，保温10~15min，油冷；340±10℃回火，保温25~30min。
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