1.本发明涉及一种农具涂层的制备方法。
背景技术：2.农具，指农业生产使用的工具，也称农用工具、农业生产工具。农具是农民在从事农业生产过程中用来改变劳动对象的器具。
3.田间触土部件主要包括犁铧、耙片、圆盘刀、旋耕刀、锄铲等，是农机耕作作业过程中的核心部件，触土耐磨部件的工作可靠性已成为提升我国大、中型田间耕整地机械作业质量，缩小与国外进口机具差距的关键因素之一。
4.磨损是农业耕作部件主要的失效形式，造成经济损失巨大。材料及其部件因磨损和摩擦造成了能源和原料的大量消耗。
5.我国是农业大国，农机耕作部件如圆盘耙、犁铧、深松铲尖、旋耕刀片等消耗量极大。而农机耕作部件直接与土壤接触，属于典型的磨粒磨损，土壤环境影响着耕作部件的工作表现与使用寿命。土壤环境要求耕作部件具有硬度和耐磨性。目前，大部分农具上述性能不高。
技术实现要素：6.本发明的目的是要解决现有大部分农具的硬度和耐磨性差的问题，而提供一种高强耐磨农具涂层的制备方法。
7.一种高强耐磨农具涂层的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
8.一、制备金属有机框架：
9.将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液与硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液在温度为100℃下反应1h～2h，最后去除n,n-二甲基甲酰胺，得到金属有机框架；
10.二、制备熔覆粉末：
11.将金属有机框架、石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉混合，球磨，得到熔覆粉末；
12.三、对农具进行预处理：
13.使用砂纸对农具进行打磨至表面光亮，再使用无水乙醇清洗，干燥，得到预处理的农具；
14.四、激光熔覆：
15.①
、将预处理的农具加热至450℃～550℃，再在450℃～550℃下加热1h～2h；
16.②
、采用激光熔覆装置将熔覆粉末熔覆于预处理的农具表面，在农具表面形成高强耐磨农具涂层。
17.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
18.一、本发明使用5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉和硝酸钴制备了金属有机框架，5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉为大分子杂环化合物，与硝酸钴反应生成的金属有机框架具
有高的比表面积和硬度，提高了涂层的机械性能；
19.二、本发明将金属有机框架、石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉混合，制备了熔覆粉末，再利用激光熔覆技术在农具的表面制备了改性陶瓷增强熔覆层，提高了农具的硬度和耐磨性；
20.三、本发明制备的涂层可以延长农具的使用寿命；
21.四、本发明制备的涂层可用于现有所有农具，适用范围广。
22.本发明可获得一种高强耐磨农具涂层。
具体实施方式
23.以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
24.具体实施方式一：本实施方式一种高强耐磨农具涂层的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
25.一、制备金属有机框架：
26.将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液与硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液在温度为100℃下反应1h～2h，最后去除n,n-二甲基甲酰胺，得到金属有机框架；
27.二、制备熔覆粉末：
28.将金属有机框架、石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉混合，球磨，得到熔覆粉末；
29.三、对农具进行预处理：
30.使用砂纸对农具进行打磨至表面光亮，再使用无水乙醇清洗，干燥，得到预处理的农具；
31.四、激光熔覆：
32.①
、将预处理的农具加热至450℃～550℃，再在450℃～550℃下加热1h～2h；
33.②
、采用激光熔覆装置将熔覆粉末熔覆于预处理的农具表面，在农具表面形成高强耐磨农具涂层。
34.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液的制备方法为：将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉分散到n,n-二甲基甲酰胺中，得到5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液。其它步骤与具体实施方式一相同。
35.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液的浓度为0.01mg/ml～0.03mg/ml。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
36.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液的浓度为0.01mg/ml～0.03mg/ml。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
37.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述的混合溶液中5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉与硝酸钴的摩尔比为1:4；步骤二中所述的球磨的时间为2h～3h，球磨的速度为200r/min～500r/min。其它步骤与具体实施方式一至
四相同。
38.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的熔覆粉末中金属有机框架的质量分数为2％～3％，石墨烯的质量分数为0.6％～1.2％，zro2粉的质量分数为5％～10％，氮化硼的质量分数为5～12％，余量为铜粉。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
39.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四
②
中所述的激光熔覆装置包括光纤激光器、可移动装置和送粉器。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
40.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的光纤激光器的功率为1500w～2200w，扫描速度为100mm/min～120mm/min，搭接率为30％～50％。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
41.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述的可移动装置用于固定预处理的农具，移动速度为2mm/s～4mm/s；所述送粉器的送粉量为2g/min～3g/min，载粉气体为氩气。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
42.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四
②
中所述的高强耐磨农具涂层的厚度为2mm～2.5mm。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
43.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
44.实施例1：一种高强耐磨农具涂层的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
45.一、制备金属有机框架：
46.①
、所述的5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液的制备方法为：将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉分散到n,n-二甲基甲酰胺中，得到5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液；
47.步骤一
①
中所述的5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液的浓度为0.03mg/ml；
48.②
、将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液与硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液在温度为100℃下反应2h，最后去除n,n-二甲基甲酰胺，得到金属有机框架；
49.步骤一
②
中所述的硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液的浓度为0.03mg/ml；
50.步骤一
②
中所述的混合溶液中5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉与硝酸钴的摩尔比为1:4；
51.二、制备熔覆粉末：
52.将金属有机框架、石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉混合，球磨，得到熔覆粉末；
53.步骤二中所述的球磨的时间为2h，球磨的速度为500r/min；
54.步骤二中所述的熔覆粉末中金属有机框架的质量分数为3％，石墨烯的质量分数为1％，zro2粉的质量分数为8％，氮化硼的质量分数为10％，余量为铜粉；
55.三、对农具进行预处理：
56.使用砂纸对农具进行打磨至表面光亮，再使用无水乙醇清洗，干燥，得到预处理的农具；
57.四、激光熔覆：
58.①
、将预处理的农具加热至500℃，再在500℃下加热1.5h；
59.②
、采用激光熔覆装置将熔覆粉末熔覆于预处理的农具表面，在农具表面形成高
强耐磨农具涂层；
60.步骤四
②
中所述的激光熔覆装置包括光纤激光器、可移动装置和送粉器；
61.所述的光纤激光器的功率为1800w，扫描速度为120mm/min，搭接率为50％；所述的可移动装置用于固定预处理的农具，移动速度为3mm/s；所述送粉器的送粉量为2.5g/min，载粉气体为氩气；
62.步骤四
②
中所述的高强耐磨农具涂层的厚度为2.5mm。
63.对比实施例1：农具涂层的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
64.一、制备熔覆粉末：
65.将石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉混合，球磨，得到熔覆粉末；
66.步骤一中所述的球磨的时间为2h，球磨的速度为500r/min；
67.步骤一中所述的熔覆粉末中石墨烯的质量分数为1％，zro2粉的质量分数为8％，氮化硼的质量分数为10％，余量为铜粉；
68.二、对农具进行预处理：
69.使用砂纸对农具进行打磨至表面光亮，再使用无水乙醇清洗，干燥，得到预处理的农具；
70.三、激光熔覆：
71.①
、将预处理的农具加热至500℃，再在500℃下加热1.5h；
72.②
、采用激光熔覆装置将熔覆粉末熔覆于预处理的农具表面，农具表面形成农具涂层；
73.步骤三
②
中所述的激光熔覆装置包括光纤激光器、可移动装置和送粉器；所述的光纤激光器的功率为1800w，扫描速度为120mm/min，搭接率为50％；所述的可移动装置用于固定预处理的农具，移动速度为3mm/s；所述送粉器的送粉量为2.5g/min，载粉气体为氩气；
74.步骤三
②
中所述的高强耐磨农具涂层的厚度为2.5mm。
75.对实施例1制备的表面含有高强耐磨农具涂层的农具、对比实施例1制备的表面含有农具涂层的农具及预处理的农具进行力学性能测试；测试结果列于表1；
76.表1
[0077] 硬度/gpa摩擦系数实施例148.280.09对比实施例139.360.22预处理的农具23.730.68
[0078]
从表1可知：金属有机框架、石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉协同作用，提高了农具的硬度和耐磨性，提高了农具的使用寿命。
技术特征：1.一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：一、制备金属有机框架：将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液与硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液在温度为100℃下反应1h～2h，最后去除n,n-二甲基甲酰胺，得到金属有机框架；二、制备熔覆粉末：将金属有机框架、石墨烯、zro2粉、氮化硼和铜粉混合，球磨，得到熔覆粉末；三、对农具进行预处理：使用砂纸对农具进行打磨至表面光亮，再使用无水乙醇清洗，干燥，得到预处理的农具；四、激光熔覆：
①
、将预处理的农具加热至450℃～550℃，再在450℃～550℃下加热1h～2h；
②
、采用激光熔覆装置将熔覆粉末熔覆于预处理的农具表面，在农具表面形成高强耐磨农具涂层。2.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于所述的5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液的制备方法为：将5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉分散到n,n-二甲基甲酰胺中，得到5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液。3.根据权利要求1或2所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于所述的5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉溶液的浓度为0.01mg/ml～0.03mg/ml。4.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的硝酸钴/n,n-二甲基甲酰胺溶液的浓度为0.01mg/ml～0.03mg/ml。5.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的混合溶液中5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉与硝酸钴的摩尔比为1:4；步骤二中所述的球磨的时间为2h～3h，球磨的速度为200r/min～500r/min。6.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于步骤二中所述的熔覆粉末中金属有机框架的质量分数为2％～3％，石墨烯的质量分数为0.6％～1.2％，zro2粉的质量分数为5％～10％，氮化硼的质量分数为5～12％，余量为铜粉。7.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于步骤四
②
中所述的激光熔覆装置包括光纤激光器、可移动装置和送粉器。8.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于所述的光纤激光器的功率为1500w～2200w，扫描速度为100mm/min～120mm/min，搭接率为30％～50％。9.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于所述的可移动装置用于固定预处理的农具，移动速度为2mm/s～4mm/s；所述送粉器的送粉量为2g/min～3g/min，载粉气体为氩气。10.根据权利要求1所述一种高强耐磨农具涂层的制备方法，其特征在于步骤四
②
中所述的高强耐磨农具涂层的厚度为2mm～2.5mm。
技术总结一种高强耐磨农具涂层的制备方法，它涉及一种农具涂层的制备方法。本发明的目的是要解决现有大部分农具的硬度和耐磨性差的问题。方法：一、制备金属有机框架；二、制备熔覆粉末；三、对农具进行预处理；四、激光熔覆，在农具表面形成高强耐磨农具涂层。本发明将金属有机框架、石墨烯、ZrO2粉、氮化硼和铜粉混合，制备了熔覆粉末，再利用激光熔覆技术在农具的表面制备了改性陶瓷增强熔覆层，提高了农具的硬度和耐磨性；本发明制备的涂层可以延长农具的使用寿命；本发明制备的涂层可用于现有所有农具，适用范围广。本发明可获得一种高强耐磨农具涂层。层。
技术研发人员：赵化启 李国晶 姚潍 何丽丽 张立军
受保护的技术使用者：佳木斯大学
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
