CN111188035A - 一种表面具有仿生熔覆层的犁刀及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，犁壁的基体的外表面上设置有仿生熔覆层，仿生熔覆层的外形根据土壤动物的体表的非光滑表面分别制备了凹坑型、凸包型、鳞片型或棱条型；还包括犁铧，犁铧的基体的外表面上设置有铁基熔覆层；还提供了一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，采用激光3D打印方法制备仿生熔覆层，采用同步式激光熔覆方法制备铁基熔覆层；犁壁表面的仿生熔覆层具有良好的抗冲蚀磨粒磨损性能，犁铧表面的铁基熔覆层具有良好的抗冲击磨粒磨损性能，从而极大地提高了该犁刀在犁耕时的耐磨性与耐腐蚀性能，使得该犁刀具有使用寿命长、摩擦系数小、耕作阻力小等优点。

Description

一种表面具有仿生熔覆层的犁刀及其制备方法
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，尤其是涉及一种表面具有仿生熔覆层的犁刀及其制备方法。
背景技术
铧式犁中的犁铧、犁壁在工作中与土壤直接接触，发生磨粒磨损，出现磨损失效与断裂失效。另外耕作田地里的土壤是一种由固、液、气态物质构成的复杂多相环境，其含有的水分、化肥残留、农药残留、溶盐、氧气、微生物、杂草等农作物残茬会对犁铧、犁壁等触土部件表面造成腐蚀，在腐蚀的同时伴随着犁铧、犁壁等触土部件表面与土壤相互作用而发生腐蚀磨损，腐蚀的存在会加快犁铧磨损的速度，影响犁的使用寿命。这也就要求犁铧、犁壁等触土部件表面有良好的耐磨性、耐冲击，耐蚀性。而如果采用整体材料来制造，既浪费贵重金属，又无法兼顾工件对表面耐磨、耐蚀性与心部强韧性的不同要求。
激光熔覆作为表面改性技术的一种，其单位面积热输入高，冷却速度快，对基体热影响小，可实现目标位置的定向增材，熔覆材料浪费少，熔覆层与基体之间为冶金结合，结合性能好，可大幅提升工件材料表面的耐磨性与耐腐蚀性能。
近年来，仿生学原理的机械减阻抗磨技术已经得到了迅速发展，大量学者通过研究一些生物体的结构或表面对传统机械进行了一系列的优化设计，仿生结构也已经被应用到农机触土部件的生产设计中。通过对一些土壤动物的长期观察，引发了科学家对仿生触土部件的设计构想。在土壤中生存的动物体，体表普遍都会表现出几何非光滑特征，即以一定几何形状的结构单元随机或规律地分布于体表的某些部位(结构单元有鳞片形、凸包形、凹坑形、波纹形等)，当这些非光滑体表在与土壤进行接触时会相互作用产生微振效应或水膜不连续效应或界面空气膜效应等，这些效应会使粘附面产生一定频率振幅的微动，从而减少与土壤的接触面积和时间，从而能减小土壤与动物非光滑体表的粘附力和摩擦力。作为一种新兴学科，仿生学原理在农业机械中的实际应用上还处在初级研究阶段。现有的仿生熔覆层制备主要是通过模具锻压或不停的改变各种加工参数采用激光烧结的方法，现有的这些方法加工复杂、效率低，且加工精度难以保证。
现有的翻转犁、铧式犁在进行犁耕时，对犁刀磨损大，导致犁刀的使用寿命大大缩短。
因此，如何提高犁刀中的犁壁的包括摩擦系数、硬度、耐冲蚀磨粒磨损性能以及耐腐蚀性能在内的综合性能，且提高犁铧的包括摩擦系数、硬度、耐冲击磨粒磨损性能以及耐腐蚀性能在内的综合性能，提高犁刀的使用寿命，以满足农耕作业环境下的使用要求，满足社会经济发展以及科技进步的要求，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面具有仿生熔覆层的犁刀。本发明的另外一个目的是提供一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，包括犁壁，所述犁壁的基体的外表面上设置有仿生熔覆层，所述仿生熔覆层为凹坑型仿生熔覆层、凸包型仿生熔覆层、鳞片型仿生熔覆层或棱条型仿生熔覆层；
所述凹坑型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个凹坑；
所述凸包型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个凸包；
所述鳞片型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个鳞片形凸起；
所述棱条型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个棱条形凸起。
优选的，所述仿生熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.0％～4.5％、B：1.5％～2.5％、Si：2.0％～3.0％、Cr：24.0％～30.0％、Ni：4.0％～6.0％、W：2.0％～3.0％、Co：1.5％～2.5％、Mo：3.5％～4.5％、Fe：余量。
优选的，还包括犁铧，所述犁铧的基体的外表面上设置有铁基熔覆层。
优选的，所述铁基熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.0％～4.5％、B：1.5％～2.5％、Si：2.0％～3.0％、Cr：24.0％～30.0％、Ni：4.0％～6.0％、W：2.0％～3.0％、Co：1.5％～2.5％、Mo：3.5％～4.5％、Fe：余量；
所述铁基熔覆层的厚度为0.3-0.5mm。
一种上述中的任意一项所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁壁的制备方法包括以下依次进行的步骤：
1)基体表面预处理：对所述犁壁的基体进行预处理，以去除所述犁壁的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
2)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁壁的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁壁的基体的外表面抛光至镜面状态；
3)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁壁的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁壁的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
4)烘干：将所述犁壁的基体用烘干机烘干；
5)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形，熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
6)采用激光3D打印方法制备仿生熔覆层：经过反复测试，控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％，完成后制得表面具有仿生熔覆层的犁壁。
优选的，其中所述犁铧的制备方法包括以下依次进行的步骤：
a)基体表面预处理：对所述犁铧的基体进行预处理，以去除所述犁铧的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
b)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁铧的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁铧的基体的外表面抛光至镜面状态；
c)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁铧的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁铧的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
d)烘干：将所述犁铧的基体用烘干机烘干；
e)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形，熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
f)采用同步式激光熔覆方法制备铁基熔覆层：经过反复测试，控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％，完成后制得表面具有铁基熔覆层的犁铧。
与现有技术相比，本申请取得了以下的有益技术效果：
(1)本申请中，犁壁表面的仿生熔覆层具有良好的抗冲蚀磨粒磨损性能，犁铧表面的铁基熔覆层具有良好的抗冲击磨粒磨损性能，从而提高了犁刀中的犁壁的包括摩擦系数、硬度、耐冲蚀磨粒磨损性能以及耐腐蚀性能在内的综合性能，且提高了犁铧的包括摩擦系数、硬度、耐冲击磨粒磨损性能以及耐腐蚀性能在内的综合性能，极大地提高了该犁刀在犁耕时的耐磨性与耐腐蚀性能，使得该犁刀具有使用寿命长、摩擦系数小、耕作阻力小等优点。
(2)本申请中，犁铧表面的铁基熔覆层的厚度为0.3-0.5mm，犁壁表面的仿生熔覆层根据土壤动物的体表的非光滑表面分别制备了四种不同的外形，分别为凹坑形、凸包形、鳞片形或棱条形，其中凹坑形为仿生蜣螂的背部的凹坑，凸包形为仿生蜣螂的头部的凸起，鳞片形为仿生穿山甲的鳞片，棱条形为穿山甲的鳞片表面的棱条，犁铧表面的铁基熔覆层与犁壁表面的仿生熔覆层共同作用，形成协同效应，使得本申请提供的犁刀较现有技术中的犁刀的使用寿命延长2～3倍以上。
(3)本申请中，根据刀具工作时的实际磨损机理的不同，仿生熔覆层所具有的良好的抗冲蚀磨粒磨损性能，铁基熔覆层所具有的良好的抗冲击磨粒磨损性能，可以应用于铧式犁，也可以推广应用到推土机推土板、旋耕刀等触土工作工具，应用范围广，易于推广。
(4)本申请中，铁基熔覆层采用与犁铧的基体成分相近的铁基材料，铁基熔覆层的结合力好，不易脱落，铁基熔覆层结构简单，制备时调制周期短，制备工艺简单，成本低。
(5)本申请中，对于仿生熔覆层的制备方法，首先采用UG进行仿生熔覆层三维模型的建立，然后将三维模型导入LATECAM 2.0软件进行模型切片，然后将切片后的模型导出再次导入CIMCOEdit软件自动生成仿生熔覆层的加工程序，利用激光3D打印方法进行仿生熔覆层的制备，该制备方法与现有的制备方法相比更简单、更高效、加工精度更高。
附图说明
图1a为蜣螂的体表非光滑表面，图1b为蜣螂的背部的凹坑，图1c为蜣螂的头部的凸包；
图2a为穿山甲的体表非光滑表面，图2b为穿山甲的鳞片，图2c为穿山甲的鳞片表面的棱条；
图3为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有凹坑型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；
图4为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有凸包型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；
图5为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有鳞片型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；
图6为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有棱条型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；
图7为鳞片型仿生熔覆层的触土外表面上的鳞片形凸起的纵向中心截面的放大结构示意图；
图8为图7中的鳞片形凸起的俯视结构示意图；
图9为棱条型仿生熔覆层的触土外表面上的棱条形凸起的横截面的放大结构示意图。
图中：101凹坑型仿生熔覆层，1011凹坑，102凸包型仿生熔覆层，1021凸包，103鳞片型仿生熔覆层，1031鳞片形凸起，104棱条型仿生熔覆层，1041棱条形凸起；
201铁基熔覆层。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
如图1-9所示，图1a为蜣螂的体表非光滑表面，图1b为蜣螂的背部的凹坑，图1c为蜣螂的头部的凸包；图2a为穿山甲的体表非光滑表面，图2b为穿山甲的鳞片，图2c为穿山甲的鳞片表面的棱条；图3为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有凹坑型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；图4为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有凸包型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；图5为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有鳞片型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；图6为犁铧表面设有铁基熔覆层且犁壁表面设有棱条型仿生熔覆层的犁刀的立体结构示意图；图7为鳞片型仿生熔覆层的触土外表面上的鳞片形凸起的纵向中心截面的放大结构示意图；图8为图7中的鳞片形凸起的俯视结构示意图；图9为棱条型仿生熔覆层的触土外表面上的棱条形凸起的横截面的放大结构示意图。
本申请提供了一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，包括犁壁，所述犁壁的基体的外表面上设置有仿生熔覆层，所述仿生熔覆层为凹坑型仿生熔覆层101、凸包型仿生熔覆层102、鳞片型仿生熔覆层103或棱条型仿生熔覆层104；
所述凹坑型仿生熔覆层101的触土外表面上设置有多个凹坑1011；
所述凸包型仿生熔覆层102的触土外表面上设置有多个凸包1021；
所述鳞片型仿生熔覆层103的触土外表面上设置有多个鳞片形凸起1031；
所述棱条型仿生熔覆层104的触土外表面上设置有多个棱条形凸起1041。
在本申请的一个实施例中，所述仿生熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.0％～4.5％、B：1.5％～2.5％、Si：2.0％～3.0％、Cr：24.0％～30.0％、Ni：4.0％～6.0％、W：2.0％～3.0％、Co：1.5％～2.5％、Mo：3.5％～4.5％、Fe：余量。
在本申请的一个实施例中，上述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀还包括犁铧，所述犁铧的基体的外表面上设置有铁基熔覆层201。
在本申请的一个实施例中，所述铁基熔覆层201包括以下质量百分数的组分：C：4.0％～4.5％、B：1.5％～2.5％、Si：2.0％～3.0％、Cr：24.0％～30.0％、Ni：4.0％～6.0％、W：2.0％～3.0％、Co：1.5％～2.5％、Mo：3.5％～4.5％、Fe：余量；
所述铁基熔覆层201的厚度为0.3-0.5mm。
铁基合金粉末具有价格低廉，与钢铁类的基体材料性质接近、界面结合牢固，而且成本低，易于研究和推广应用，适用于要求局部耐磨的零件，近年来研究的铁基合金粉末主要有Fe60、Fe50、Fe45、Fe35、Fe30等，但由于材料配方的问题，上述几种粉末型号存在硬度低，耐腐蚀性能差，熔覆层易开裂等问题。通过对不同研究者的研究结果进行分析和各种元素的性质，根据犁壁实际的应用工况和实际需求配置了铁基合金粉末进行仿生熔覆层的制备，根据犁铧实际的应用工况和实际需求配置了铁基合金粉末进行铁基熔覆层201的制备。
仿生熔覆层的配方中以及铁基熔覆层201的配方中，配方中的Mo溶入Fe的体心立方晶格中，可以强化Cr的钝化膜，提高合金的耐腐蚀性能；Mo在Fe的体心立方结构中有一定的溶解度，其原子半径(0.140nm)比Fe的原子半径(0.127nm)大10.2％，Mo元素溶入Fe的体心立方晶格中，可引起晶格畸变，形成强烈的固溶强化效应，明显提高合金的强度。
仿生熔覆层的配方中以及铁基熔覆层201的配方中，配方中的Ni、Co能降低合金熔覆层的开裂敏感性，这主要是Ni、Co使熔覆层组织中韧性相γ的含量增加，同时熔覆层组织将由共晶组织向非共晶组织变化，而树枝状非共晶组织可以降低激光熔覆层开裂敏感性。
仿生熔覆层的配方中以及铁基熔覆层201的配方中，配方中的Cr元素的添加可以提高熔覆层的强度、硬度和耐磨性，同时可以提高熔覆层的抗氧化性和耐腐蚀性。
仿生熔覆层的配方中以及铁基熔覆层201的配方中，配方中的Si和B元素一方面作为脱氧剂和自熔剂增加润湿性，另一方面通过固熔强化和弥散强化提高熔覆层的硬度和耐磨性。但Si和B由于在熔覆层中易与Fe、Ni等金属元素形成低熔点共晶，致使熔覆层易产生裂纹。
仿生熔覆层的配方中以及铁基熔覆层201的配方中，配方中的C元素的加入可获得高硬度的碳化物，形成弥散强化相，进一步提高熔覆层的耐磨性。
本申请还提供了一种上述中的任意一项所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁壁的制备方法包括以下依次进行的步骤：
1)基体表面预处理：对所述犁壁的基体进行预处理，以去除所述犁壁的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
2)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁壁的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁壁的基体的外表面抛光至镜面状态；
3)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁壁的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁壁的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
4)烘干：将所述犁壁的基体用烘干机烘干；
5)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形，熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
6)采用激光3D打印方法制备仿生熔覆层：经过反复测试，控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％，完成后制得表面具有仿生熔覆层的犁壁。
在本申请的一个实施例中，上述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁铧的制备方法包括以下依次进行的步骤：
a)基体表面预处理：对所述犁铧的基体进行预处理，以去除所述犁铧的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
b)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁铧的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁铧的基体的外表面抛光至镜面状态；
c)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁铧的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁铧的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
d)烘干：将所述犁铧的基体用烘干机烘干；
e)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形，熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
f)采用同步式激光熔覆方法制备铁基熔覆层201：经过反复测试，控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％，完成后制得表面具有铁基熔覆层201的犁铧。
在本申请中，步骤2)中，依次选用120目、400目、800目、1500目的砂纸对所述犁壁的基体的外表面进行逐级打磨；步骤b)中，依次选用120目、400目、800目、1500目的砂纸对所述犁铧的基体的外表面进行逐级打磨。
步骤3)与步骤c)中，为了防止材料在激光熔覆过程中发生氧化，在激光熔覆之前，用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm。
步骤6)与步骤f)中，激光功率越大，熔覆深度越大，当达到熔覆层深度后，随着功率提高，熔覆粉末易出现过烧现象，对基体热影响大；激光功率过小，仅表面熔覆层熔化，基体未熔，不能形成冶金结合，此时熔覆层表面会出现局部脱落现象。
步骤6)与步骤f)中，熔覆速度与激光功率有相似的影响，熔覆速度过高，合金粉末不能完全熔化，不能起到优质的熔覆效果；熔覆速度太低，熔池存在时间过长，粉末过烧，合金元素损失，同时基体的热量输入过大，会增加变形量。
步骤6)与步骤f)中，在小尺寸光斑下，熔覆层质量较好；随着光斑尺寸增大，熔覆层质量下降；但光斑直径过小，不利于获得大面积的熔覆层。
步骤6)与步骤f)中，采用不同的搭接率会直接影响熔覆层的冶金质量和表面平整度。
步骤6)中，制备时首先将试样放置于试样台，确保试样上表面水平，将配置好的熔覆粉末倒入送粉器，设置好参数和3D打印加工程序，启动激光器，完成仿生熔覆层的制备。
步骤f)中，制备时首先将试样放置于试样台，确保试样上表面水平，将配置好的熔覆粉末倒入送粉器，设置好参数和加工程序，启动激光器，完成铁基熔覆层的制备。
犁刀在耕作过程中，犁铧和犁壁的表面磨损性质有所不同，其中犁铧表面主要以冲击磨粒磨损为主，犁壁表面主要以冲蚀磨粒磨损为主；所述铁基熔覆层201的化学稳定性好，具有优秀的耐冲击磨粒磨损性能，所述铁基熔覆层201仍采用铁基合金粉末；该仿生熔覆层在与土壤进行接触时会相互作用产生微振效应或水膜不连续效应或界面空气膜效应等，这些效应会使粘附面产生一定频率振幅的微动，从而减少了与土壤的接触面积和时间，从而减小了土壤与动物非光滑体表的粘附力和摩擦力，从而减小了犁壁表面的冲蚀磨粒磨损。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，包括犁壁，所述犁壁的基体的外表面上设置有仿生熔覆层，所述仿生熔覆层为凸包型仿生熔覆层102；所述凸包型仿生熔覆层102的触土外表面(与土壤接触的外表面)上设置有多个凸包1021；
所述仿生熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.2％、B：1.8％、Si：2.2％、Cr：26.5％、Ni：4.5％、W：2.6％、Co：1.8％、Mo：4.2％、Fe：余量；
实施例1所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀还包括犁铧，所述犁铧的基体的外表面上设置有铁基熔覆层201；
所述铁基熔覆层201包括以下质量百分数的组分：C：4.2％、B：1.6％、Si：2.6％、Cr：28.2％、Ni：5.2％、W：2.6％、Co：1.9％、Mo：3.8％、Fe：余量；
所述铁基熔覆层201的厚度为0.4mm。
实施例1中的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁壁的制备方法包括以下依次进行的步骤：
1)基体表面预处理：对所述犁壁的基体进行预处理，以去除所述犁壁的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
2)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁壁的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁壁的基体的外表面抛光至镜面状态；
3)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁壁的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁壁的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
4)烘干：将所述犁壁的基体用烘干机烘干；
5)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形；熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
6)采用激光3D打印方法制备仿生熔覆层：控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％；制备时将试样放置于试样台，确保试样上表面水平，将配置好的熔覆粉末倒入送粉器，设置好参数和凸包型仿生熔覆层102的3D打印加工程序，启动激光器，完成后制得表面具有仿生熔覆层的犁壁。
实施例1中的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁铧的制备方法包括以下依次进行的步骤：
a)基体表面预处理：对所述犁铧的基体进行预处理，以去除所述犁铧的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
b)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁铧的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁铧的基体的外表面抛光至镜面状态；
c)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁铧的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁铧的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
d)烘干：将所述犁铧的基体用烘干机烘干；
e)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形；熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
f)采用同步式激光熔覆制备铁基熔覆层201：控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％；制备时将试样放置于试样台，确保试样上表面水平，将配置好的熔覆粉末倒入送粉器，设置好参数和加工程序，启动激光器，完成后制得表面具有铁基熔覆层201的犁铧。
表1a实施例1制备的凸包型仿生熔覆层102的性能检测数据
Figure BDA0002371408110000121
表1b实施例1制备的凸包型仿生熔覆层102的性能检测数据
硬度(HV) 腐蚀率(g/dm<sup>2</sup>·d)
实施例1 710 0.003
表1c实施例1制备的铁基熔覆层201的性能检测数据
Figure BDA0002371408110000122
表1d实施例1制备的铁基熔覆层201的性能检测数据
硬度(HV) 腐蚀率(g/dm<sup>2</sup>·d)
实施例1 698 0.0029
实施例2
一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，包括犁壁，所述犁壁的基体的外表面上设置有仿生熔覆层，所述仿生熔覆层为凹坑型仿生熔覆层101；所述凹坑型仿生熔覆层101的触土外表面(与土壤接触的外表面)上设置有多个凹坑1011；
所述仿生熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.3％、B：2.1％、Si：2.6％、Cr：26.5％、Ni：4.5％、W：2.6％、Co：2.2％、Mo：3.9％、Fe：余量；
实施例2所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀还包括犁铧，所述犁铧的基体的外表面上设置有铁基熔覆层201；
所述铁基熔覆层201包括以下质量百分数的组分：C：4.2％、B：2.3％、Si：2.7％、Cr：28.2％、Ni：5.2％、W：2.6％、Co：2.1％、Mo：4.1％、Fe：余量；
所述铁基熔覆层201的厚度为0.4mm。
实施例2中的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁壁的制备方法包括以下依次进行的步骤：
1)基体表面预处理：对所述犁壁的基体进行预处理，以去除所述犁壁的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
2)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁壁的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁壁的基体的外表面抛光至镜面状态；
3)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁壁的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁壁的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
4)烘干：将所述犁壁的基体用烘干机烘干；
5)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形；熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
6)采用激光3D打印方法制备仿生熔覆层：控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％；制备时将试样放置于试样台，确保试样上表面水平，将配置好的熔覆粉末倒入送粉器，设置好参数和鳞片型仿生熔覆层103的3D加工程序，启动激光器，完成后制得表面具有仿生熔覆层的犁壁。
实施例2中的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其中所述犁铧的制备方法包括以下依次进行的步骤：
a)基体表面预处理：对所述犁铧的基体进行预处理，以去除所述犁铧的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
b)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁铧的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁铧的基体的外表面抛光至镜面状态；
c)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁铧的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁铧的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
d)烘干：将所述犁铧的基体用烘干机烘干；
e)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形；熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
f)采用同步式激光熔覆制备铁基熔覆层201：控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％；制备时将试样放置于试样台，确保试样上表面水平，将配置好的熔覆粉末倒入送粉器，设置好参数和加工程序，启动激光器，完成后制得表面具有铁基熔覆层201的犁铧。
表2a实施例2制备的凹坑型仿生熔覆层101的性能检测数据
Figure BDA0002371408110000141
表2b实施例2制备的凹坑型仿生熔覆层101的性能检测数据
Figure BDA0002371408110000142
Figure BDA0002371408110000151
表2c实施例2制备的铁基熔覆层201的性能检测数据
Figure BDA0002371408110000152
表2d实施例2制备的铁基熔覆层201的性能检测数据
硬度(HV) 腐蚀率(g/dm<sup>2</sup>·d)
实施例1 700 0.0031
表3a作为对比组未设置熔覆层的犁壁的基体以及犁铧的基体(二者均为普通65Mn材质)的性能检测数据
Figure BDA0002371408110000153
表3b作为对比组未设置熔覆层的犁壁的基体以及犁铧的基体(二者均为普通65Mn材质)的性能检测数据
硬度(HV) 腐蚀率(g/dm<sup>2</sup>·d)
实施例1 340 0.0181
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，其特征在于，包括犁壁，所述犁壁的基体的外表面上设置有仿生熔覆层，所述仿生熔覆层为凹坑型仿生熔覆层、凸包型仿生熔覆层、鳞片型仿生熔覆层或棱条型仿生熔覆层；
所述凹坑型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个凹坑；
所述凸包型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个凸包；
所述鳞片型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个鳞片形凸起；
所述棱条型仿生熔覆层的触土外表面上设置有多个棱条形凸起。
2.根据权利要求1所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，其特征在于，所述仿生熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.0％～4.5％、B：1.5％～2.5％、Si：2.0％～3.0％、Cr：24.0％～30.0％、Ni：4.0％～6.0％、W：2.0％～3.0％、Co：1.5％～2.5％、Mo：3.5％～4.5％、Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，其特征在于，还包括犁铧，所述犁铧的基体的外表面上设置有铁基熔覆层。
4.根据权利要求3所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀，其特征在于，所述铁基熔覆层包括以下质量百分数的组分：C：4.0％～4.5％、B：1.5％～2.5％、Si：2.0％～3.0％、Cr：24.0％～30.0％、Ni：4.0％～6.0％、W：2.0％～3.0％、Co：1.5％～2.5％、Mo：3.5％～4.5％、Fe：余量；
所述铁基熔覆层的厚度为0.3-0.5mm。
5.一种权利要求1～4中的任意一项所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其特征在于，其中所述犁壁的制备方法包括以下依次进行的步骤：
1)基体表面预处理：对所述犁壁的基体进行预处理，以去除所述犁壁的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
2)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁壁的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁壁的基体的外表面抛光至镜面状态；
3)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁壁的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁壁的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
4)烘干：将所述犁壁的基体用烘干机烘干；
5)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形，熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
6)采用激光3D打印方法制备仿生熔覆层：经过反复测试，控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％，完成后制得表面具有仿生熔覆层的犁壁。
6.根据权利要求5所述的一种表面具有仿生熔覆层的犁刀的制备方法，其特征在于，其中所述犁铧的制备方法包括以下依次进行的步骤：
a)基体表面预处理：对所述犁铧的基体进行预处理，以去除所述犁铧的基体的外表面上粘附的粉尘、油脂以及氧化膜；
b)打磨与抛光：先使用砂纸对所述犁铧的基体的外表面进行打磨，然后用粒度为1.0μm的金刚石研磨膏将所述犁铧的基体的外表面抛光至镜面状态；
c)清洗：包括基体清洗和真空室清洗，首先将所述犁铧的基体进行超声波清洗，以洗掉所述犁铧的基体的外表面上的残留污物；
用氩气对真空室进行清洗，清洗直至真空室内的气体中氧含量低于40ppm；
d)烘干：将所述犁铧的基体用烘干机烘干；
e)准备熔覆材料：控制熔覆材料粉末的粒度为20-200μm，熔覆材料粉末的形状为球形或者近球形，熔覆材料粉末的霍尔流量小于45s/50g，且用球磨机进行球磨混合；
f)采用同步式激光熔覆方法制备铁基熔覆层：经过反复测试，控制激光功率为1000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为1mm，搭接率为80％，完成后制得表面具有铁基熔覆层的犁铧。
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