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)合個人力量和技術(shù)的運動項目。滑冰運動作為冬季奧運會的主要項目之一，其競技水平的影響因素除了滑冰運動員的個人技巧以外，最重要的就是冰鞋上冰刀的性能。例如，對蹬冰力的傳遞能力、抗塑性變形能力、抗脆性斷裂能力和長時間耐磨性能等。在冰刀的機械構(gòu)造中刀片的物理特性和力學性能是決定冰刀質(zhì)量水平的主要因素之一，這涉及到刀片的整體強度、刀刃的硬度和觸冰面的表面粗糙度等。而我國對于高性能冰刀的研究較為欠缺，無論是普通滑冰愛好者還是運動員所使用的優(yōu)質(zhì)冰刀絕大部分依靠進口。因此，研制新型冰鞋用冰刀，對于實現(xiàn)冰刀的設(shè)計和生產(chǎn)自主化、促進相關(guān)冰上項目的競技水平，具有重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。

在滑冰蹬冰時，冰刀刀片承受較大的應力，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，冰刀使用一段時間后，其刃口會變鈍，這時通常需要對其重新研磨，使其恢復原來的形狀。所以，冰刀的磨損是冰鞋損耗的主要原因，并且會對滑冰產(chǎn)生很大影響，反復磨刀雖然可以短時間內(nèi)繼續(xù)使用，但費時費力。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，具有相當?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便可行的方法，其特點利用合金涂層材料與基體之間的冶金結(jié)合，實現(xiàn)承載應力和沖擊力的較高耐磨損性能。

技術(shù)實現(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度達到240~250mpa，硬度達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：對所述基體刀片進行淬火處理和回火處理，使靠近刀刃的部分的硬度高于遠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，再把刀片放入所述有機溶劑中清洗，最后取出用氮氣吹干；

(3)熱熔覆合金涂層：采用預置粉的方式，預置所述合金熔覆粉末厚度為0.8~1mm，通過高功率半導體激光器，激光掃描速度為8~10mm/s，持續(xù)通氬氣保護，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離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠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溶劑中清洗10~15分鐘，最后取出用氮氣吹干。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的有機溶劑為丙酮、異丙酮、無水乙醇中的一種或兩種混合。

本發(fā)明的優(yōu)點是：本申請通過對冰刀基體刀片進行熱處理，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韌性，同時刀刃能夠足夠耐磨并具有盡可能小的表面粗糙度。本申請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、良好的堅硬性和抗氧化性。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和對比例對本發(fā)明進一步詳細說明。

實施例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度達到240mpa，硬度達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：對所述基體刀片進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離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠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，最后取出用氮氣吹干。

(3)熱熔覆合金涂層：采用預置粉的方式，預置所述合金熔覆粉末厚度為1mm，通過高功率半導體激光器，激光掃描速度為8mm/s，持續(xù)通氬氣保護，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度達到245mpa，硬度達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：對所述基體刀片進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離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠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水乙醇的混合溶液中清洗10分鐘，最后取出用氮氣吹干。

(3)熱熔覆合金涂層：采用預置粉的方式，預置所述合金熔覆粉末厚度為1mm，通過高功率半導體激光器，激光掃描速度為10mm/s，持續(xù)通氬氣保護，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度達到250mpa，硬度達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：對所述基體刀片進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離刀刃的部分在淬火處理之后為不同的溫度，然后進行回火處理，從而使靠近刀刃的部分的硬度高于遠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，最后取出用氮氣吹干。

(3)熱熔覆合金涂層：采用預置粉的方式，預置所述合金熔覆粉末厚度為0.8mm，通過高功率半導體激光器，激光掃描速度為8mm/s，持續(xù)通氬氣保護，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，采用同樣的工藝步驟制備后，所得到的冰刀的拉伸強度僅為150mpa，硬度為45hrc，耐磨性能沒有明顯改善。

對比例2：

將元素成分和含量與實施例1相同的合金粉末原料，不進行對基體刀片的熱處理時，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度僅為180mpa，硬度為50hrc，耐磨性能沒有明顯改善。

由實施例1-3和對比例1和2可以看出，本申請冰刀合金涂層的原料涂覆粉末，是申請人經(jīng)過反復多次試驗驗證的特定的合金元素成分配比，不僅對元素種類進行的作用、性能和成品上的綜合考慮，還對各元素之間的協(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、良好的堅硬性和抗氧化性。

并且，本申請對冰刀基體刀片進行的熱處理是由申請人首次提出的，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韌性，同時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這些實施例進行多種變化、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。