本發(fā)明涉及刀具材料領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種帶有合金涂層的冰鞋用冰刀。
背景技術(shù)：
滑冰是以帶有冰刀的冰鞋為工具，結(jié)合個(gè)人力量和技術(shù)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。滑冰運(yùn)動(dòng)作為冬季奧運(yùn)會(huì)的主要項(xiàng)目之一，其競(jìng)技水平的影響因素除了滑冰運(yùn)動(dòng)員的個(gè)人技巧以外，最重要的就是冰鞋上冰刀的性能。例如，對(duì)蹬冰力的傳遞能力、抗塑性變形能力、抗脆性斷裂能力和長(zhǎng)時(shí)間耐磨性能等。在冰刀的機(jī)械構(gòu)造中刀片的物理特性和力學(xué)性能是決定冰刀質(zhì)量水平的主要因素之一，這涉及到刀片的整體強(qiáng)度、刀刃的硬度和觸冰面的表面粗糙度等。而我國(guó)對(duì)于高性能冰刀的研究較為欠缺，無(wú)論是普通滑冰愛好者還是運(yùn)動(dòng)員所使用的優(yōu)質(zhì)冰刀絕大部分依靠進(jìn)口。因此，研制新型冰鞋用冰刀，對(duì)于實(shí)現(xiàn)冰刀的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)自主化、促進(jìn)相關(guān)冰上項(xiàng)目的競(jìng)技水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。
在滑冰蹬冰時(shí)，冰刀刀片承受較大的應(yīng)力，滑行中冰鞋的刀刃與冰面高速摩擦，使用過程中需要經(jīng)常承受較大的摩擦力，冰刀使用一段時(shí)間后，其刃口會(huì)變鈍，這時(shí)通常需要對(duì)其重新研磨，使其恢復(fù)原來的形狀。所以，冰刀的磨損是冰鞋損耗的主要原因，并且會(huì)對(duì)滑冰產(chǎn)生很大影響，反復(fù)磨刀雖然可以短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)使用，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要解決的技術(shù)問題是讓冰刀具有一定剛度和韌性的同時(shí)，具有相當(dāng)?shù)哪湍バ阅芎洼^小的表面粗糙度。而熱熔覆技術(shù)為提高冰刀的耐磨性能提供了簡(jiǎn)便可行的方法，其特點(diǎn)利用合金涂層材料與基體之間的冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)承載應(yīng)力和沖擊力的較高耐磨損性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶有合金涂層的冰鞋用冰刀，所述冰刀能夠具有較高的耐磨性能和抗沖擊性能。
一種帶有合金涂層的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基體刀片，以及在基體刀片上覆蓋的合金涂層；所述合金涂層的原料為合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度為100~150μm；所述帶有合金涂層的冰鞋用冰刀的拉伸強(qiáng)度達(dá)到240~250mpa，硬度達(dá)60~65hrc，耐磨性能比基體刀片提高3~5倍。
所述冰刀的制備方法包括以下步驟：
(1)基體刀片熱處理：對(duì)所述基體刀片進(jìn)行淬火處理和回火處理，使靠近刀刃的部分的硬度高于遠(yuǎn)離刀刃的部分的硬度；
(2)涂覆前處理：將所述熱處理后的基體刀片放入有機(jī)溶劑中，用超聲波攪拌清洗，再放入由金剛石研磨粉及丙酮所組成的混合液中超聲振動(dòng)，再把刀片放入所述有機(jī)溶劑中清洗，最后取出用氮?dú)獯蹈桑?/p>
(3)熱熔覆合金涂層：采用預(yù)置粉的方式，預(yù)置所述合金熔覆粉末厚度為0.8~1mm，通過高功率半導(dǎo)體激光器，激光掃描速度為8~10mm/s，持續(xù)通氬氣保護(hù)，待涂層熔覆結(jié)束后，即得到帶有合金涂層的冰鞋用冰刀成品。
所述合金熔覆粉末包含以下元素組成：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%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，且滿足8.5≤zr+ni+al≤9.5，上述百分比為質(zhì)量百分比。
優(yōu)選地，所述步驟(1)基體刀片熱處理，淬火溫度為400~500℃，回火溫度為200~300℃；在所述基體刀片上以其中間線為分界，使靠近基體刀片的刀刃的部分和遠(yuǎn)離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進(jìn)行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠(yuǎn)離刀刃的部分的硬度。
優(yōu)選地，所述步驟(2)涂覆前處理：將所述熱處理后的基體刀片放入有機(jī)溶劑中，用超聲波攪拌清洗10-15分鐘，再放入由金剛石研磨粉及丙酮所組成的混合液中超聲振動(dòng)10~20分鐘，其中金剛石研磨粉的重量與丙酮的體積比為：金剛石研磨粉：丙酮=1.5~2mg:1ml，再把刀片放入所述有機(jī)溶劑中清洗10~15分鐘，最后取出用氮?dú)獯蹈伞?/p>
優(yōu)選地，所述步驟(2)中的有機(jī)溶劑為丙酮、異丙酮、無(wú)水乙醇中的一種或兩種混合。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本申請(qǐng)通過對(duì)冰刀基體刀片進(jìn)行熱處理，使冰刀不同部分獲得了所需要的不同硬度，從而保證了涂覆涂層后，冰刀刀體具有抵抗和傳遞蹬冰力量的剛度和強(qiáng)韌性，同時(shí)刀刃能夠足夠耐磨并具有盡可能小的表面粗糙度。本申請(qǐng)冰刀的合金涂層的原料涂覆粉末，采用了特定的合金元素成分配比，從而顯著提高了合金涂層的硬度，具有極高的耐磨性、良好的堅(jiān)硬性和抗氧化性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1：
一種帶有合金涂層的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基體刀片，以及在基體刀片上覆蓋的合金涂層；所述合金涂層的原料為合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度為100μm；所述合金熔覆粉末包含以下元素組成：c:2.50%，si:0.50%，zr:3.30%，cu:2.50%，hf:0.05%，ni:4.50%，al:1.50%，b:0.20%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，上述百分比為質(zhì)量百分比；所述帶有合金涂層的冰鞋用冰刀的拉伸強(qiáng)度達(dá)到240mpa，硬度達(dá)60hrc，耐磨性能比基體刀片提高3倍。
所述冰刀的制備方法包括以下步驟：
(1)基體刀片熱處理：對(duì)所述基體刀片進(jìn)行淬火處理和回火處理，淬火溫度為400℃，回火溫度為300℃；在所述基體刀片上以其中間線為分界，使靠近基體刀片的刀刃的部分和遠(yuǎn)離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進(jìn)行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠(yuǎn)離刀刃的部分的硬度。
(2)涂覆前處理：將所述熱處理后的基體刀片放入丙酮中，用超聲波攪拌清洗10分鐘，再放入由金剛石研磨粉及丙酮所組成的混合液中超聲振動(dòng)10分鐘，其中金剛石研磨粉的重量與丙酮的體積比為：金剛石研磨粉：丙酮=1.5mg:1ml，再把刀片放入丙酮中清洗10分鐘，最后取出用氮?dú)獯蹈伞?/p>
(3)熱熔覆合金涂層：采用預(yù)置粉的方式，預(yù)置所述合金熔覆粉末厚度為1mm，通過高功率半導(dǎo)體激光器，激光掃描速度為8mm/s，持續(xù)通氬氣保護(hù)，待涂層熔覆結(jié)束后，即得到帶有合金涂層的冰鞋用冰刀成品。
實(shí)施例2：
一種帶有合金涂層的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基體刀片，以及在基體刀片上覆蓋的合金涂層；所述合金涂層的原料為合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度為120μm；所述合金熔覆粉末包含以下元素組成：c:2.80%，si:0.70%，zr:3.00%，cu:1.70%，hf:0.07%，ni:5.20%，al:1.00%，b:0.15%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，上述百分比為質(zhì)量百分比；所述帶有合金涂層的冰鞋用冰刀的拉伸強(qiáng)度達(dá)到245mpa，硬度達(dá)63hrc，耐磨性能比基體刀片提高5倍。
所述冰刀的制備方法包括以下步驟：
(1)基體刀片熱處理：對(duì)所述基體刀片進(jìn)行淬火處理和回火處理，淬火溫度為500℃，回火溫度為200℃；在所述基體刀片上以其中間線為分界，使靠近基體刀片的刀刃的部分和遠(yuǎn)離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進(jìn)行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠(yuǎn)離刀刃的部分的硬度。
(2)涂覆前處理：將所述熱處理后的基體刀片放入丙酮和無(wú)水乙醇的混合溶液中，用超聲波攪拌清洗12分鐘，再放入由金剛石研磨粉及丙酮所組成的混合液中超聲振動(dòng)15分鐘，其中金剛石研磨粉的重量與丙酮的體積比為：金剛石研磨粉：丙酮=2mg:1ml，再把刀片放入丙酮和無(wú)水乙醇的混合溶液中清洗10分鐘，最后取出用氮?dú)獯蹈伞?/p>
(3)熱熔覆合金涂層：采用預(yù)置粉的方式，預(yù)置所述合金熔覆粉末厚度為1mm，通過高功率半導(dǎo)體激光器，激光掃描速度為10mm/s，持續(xù)通氬氣保護(hù)，待涂層熔覆結(jié)束后，即得到帶有合金涂層的冰鞋用冰刀成品。
實(shí)施例3：
一種帶有合金涂層的冰鞋用冰刀，其特征在于：所述冰刀包括基體刀片，以及在基體刀片上覆蓋的合金涂層；所述合金涂層的原料為合金熔覆粉末，所述合金熔覆粉末的粒度為150μm；所述合金熔覆粉末包含以下元素組成：c:3.50%，si:0.80%，zr:2.80%，cu:1.50%，hf:0.10%，ni:5.50%，al:1.00%，b:0.10%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，上述百分比為質(zhì)量百分比；所述帶有合金涂層的冰鞋用冰刀的拉伸強(qiáng)度達(dá)到250mpa，硬度達(dá)65hrc，耐磨性能比基體刀片提高3~5倍。
所述冰刀的制備方法包括以下步驟：
(1)基體刀片熱處理：對(duì)所述基體刀片進(jìn)行淬火處理和回火處理，淬火溫度為500℃，回火溫度為300℃；在所述基體刀片上以其中間線為分界，使靠近基體刀片的刀刃的部分和遠(yuǎn)離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進(jìn)行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠(yuǎn)離刀刃的部分的硬度。
(2)涂覆前處理：將所述熱處理后的基體刀片放入異丙酮中，用超聲波攪拌清洗15分鐘，再放入由金剛石研磨粉及丙酮所組成的混合液中超聲振動(dòng)20分鐘，其中金剛石研磨粉的重量與丙酮的體積比為：金剛石研磨粉：丙酮=2mg:1ml，再把刀片放入異丙酮中清洗15分鐘，最后取出用氮?dú)獯蹈伞?/p>
(3)熱熔覆合金涂層：采用預(yù)置粉的方式，預(yù)置所述合金熔覆粉末厚度為0.8mm，通過高功率半導(dǎo)體激光器，激光掃描速度為8mm/s，持續(xù)通氬氣保護(hù)，待涂層熔覆結(jié)束后，即得到帶有合金涂層的冰鞋用冰刀成品。
對(duì)比例1：
將不同于本發(fā)明元素成分及含量的合金熔覆粉末，特別是zr+ni+al含量大于9.5或小于8.5時(shí)，采用同樣的工藝步驟制備后，所得到的冰刀的拉伸強(qiáng)度僅為150mpa，硬度為45hrc，耐磨性能沒有明顯改善。
對(duì)比例2：
將元素成分和含量與實(shí)施例1相同的合金粉末原料，不進(jìn)行對(duì)基體刀片的熱處理時(shí)，僅采用涂覆前處理和熱熔覆步驟，其所得到的冰刀的拉伸強(qiáng)度僅為180mpa，硬度為50hrc，耐磨性能沒有明顯改善。
由實(shí)施例1-3和對(duì)比例1和2可以看出，本申請(qǐng)冰刀合金涂層的原料涂覆粉末，是申請(qǐng)人經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)驗(yàn)證的特定的合金元素成分配比，不僅對(duì)元素種類進(jìn)行的作用、性能和成品上的綜合考慮，還對(duì)各元素之間的協(xié)同作用做了一定研究，從而顯著提高了合金涂層的硬度，具有極高的耐磨性、良好的堅(jiān)硬性和抗氧化性。
并且，本申請(qǐng)對(duì)冰刀基體刀片進(jìn)行的熱處理是由申請(qǐng)人首次提出的，該處理步驟使冰刀不同部分獲得了所需要的不同硬度，并且根據(jù)冰鞋使用特點(diǎn)和滑冰技巧綜合考慮，保證了涂覆涂層后，冰刀刀體具有抵抗和傳遞蹬冰力量的剛度和強(qiáng)韌性，同時(shí)刀刃能夠足夠耐磨并具有盡可能小的表面粗糙度。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。