[發明專利]一種表面具有仿生熔覆層的犁刀及其制備方法

在審

• 申請號: 202010051710.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111188035A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 夏國峰;楊學鋒;李丹;劉文波;萬壯;王守仁;段德榮;喬陽;王高琦;溫道勝;劉文濤;李發家;王勇
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C38/56;C22C38/54;C22C38/34;C22C38/44;C22C38/52;A01B15/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 楊先凱

本申請提供了一種表面具有仿生熔覆層的犁刀，犁壁的基體的外表面上設置有仿生熔覆層，仿生熔覆層的外形根據土壤動物的體表的非光滑表面分別制備了凹坑型、凸包型、鱗片型或棱條型；還包括犁鏵，犁鏵的基體的外表面上設置有鐵基熔覆層；還提供了一種表面具有仿生熔覆層的犁刀的制備方法，采用激光3D打印方法制備仿生熔覆層，采用同步式激光熔覆方法制備鐵基熔覆層；犁壁表面的仿生熔覆層具有良好的抗沖蝕磨粒磨損性能，犁鏵表面的鐵基熔覆層具有良好的抗沖擊磨粒磨損性能，從而極大地提高了該犁刀在犁耕時的耐磨性與耐腐蝕性能，使得該犁刀具有使用壽命長、摩擦系數小、耕作阻力小等優點。

技術領域

本發明涉及表面處理技術領域，尤其是涉及一種表面具有仿生熔覆層的犁刀及其制備方法。

背景技術

鏵式犁中的犁鏵、犁壁在工作中與土壤直接接觸，發生磨粒磨損，出現磨損失效與斷裂失效。另外耕作田地里的土壤是一種由固、液、氣態物質構成的復雜多相環境，其含有的水分、化肥殘留、農藥殘留、溶鹽、氧氣、微生物、雜草等農作物殘茬會對犁鏵、犁壁等觸土部件表面造成腐蝕，在腐蝕的同時伴隨著犁鏵、犁壁等觸土部件表面與土壤相互作用而發生腐蝕磨損，腐蝕的存在會加快犁鏵磨損的速度，影響犁的使用壽命。這也就要求犁鏵、犁壁等觸土部件表面有良好的耐磨性、耐沖擊，耐蝕性。而如果采用整體材料來制造，既浪費貴重金屬，又無法兼顧工件對表面耐磨、耐蝕性與心部強韌性的不同要求。

激光熔覆作為表面改性技術的一種，其單位面積熱輸入高，冷卻速度快，對基體熱影響小，可實現目標位置的定向增材，熔覆材料浪費少，熔覆層與基體之間為冶金結合，結合性能好，可大幅提升工件材料表面的耐磨性與耐腐蝕性能。

近年來，仿生學原理的機械減阻抗磨技術已經得到了迅速發展，大量學者通過研究一些生物體的結構或表面對傳統機械進行了一系列的優化設計，仿生結構也已經被應用到農機觸土部件的生產設計中。通過對一些土壤動物的長期觀察，引發了科學家對仿生觸土部件的設計構想。在土壤中生存的動物體，體表普遍都會表現出幾何非光滑特征，即以一定幾何形狀的結構單元隨機或規律地分布于體表的某些部位(結構單元有鱗片形、凸包形、凹坑形、波紋形等)，當這些非光滑體表在與土壤進行接觸時會相互作用產生微振效應或水膜不連續效應或界面空氣膜效應等，這些效應會使粘附面產生一定頻率振幅的微動，從而減少與土壤的接觸面積和時間，從而能減小土壤與動物非光滑體表的粘附力和摩擦力。作為一種新興學科，仿生學原理在農業機械中的實際應用上還處在初級研究階段。現有的仿生熔覆層制備主要是通過模具鍛壓或不停的改變各種加工參數采用激光燒結的方法，現有的這些方法加工復雜、效率低，且加工精度難以保證。

現有的翻轉犁、鏵式犁在進行犁耕時，對犁刀磨損大，導致犁刀的使用壽命大大縮短。

因此，如何提高犁刀中的犁壁的包括摩擦系數、硬度、耐沖蝕磨粒磨損性能以及耐腐蝕性能在內的綜合性能，且提高犁鏵的包括摩擦系數、硬度、耐沖擊磨粒磨損性能以及耐腐蝕性能在內的綜合性能，提高犁刀的使用壽命，以滿足農耕作業環境下的使用要求，滿足社會經濟發展以及科技進步的要求，是目前本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種表面具有仿生熔覆層的犁刀。本發明的另外一個目的是提供一種表面具有仿生熔覆層的犁刀的制備方法。

為解決上述的技術問題，本發明提供的技術方案為：

一種表面具有仿生熔覆層的犁刀，包括犁壁，所述犁壁的基體的外表面上設置有仿生熔覆層，所述仿生熔覆層為凹坑型仿生熔覆層、凸包型仿生熔覆層、鱗片型仿生熔覆層或棱條型仿生熔覆層；

所述凹坑型仿生熔覆層的觸土外表面上設置有多個凹坑；

所述凸包型仿生熔覆層的觸土外表面上設置有多個凸包；

所述鱗片型仿生熔覆層的觸土外表面上設置有多個鱗片形凸起；

所述棱條型仿生熔覆層的觸土外表面上設置有多個棱條形凸起。