农业机械的工作环境较恶劣，不仅需要承受较大的扭矩和交变载荷，还需要应对各种土壤和气候条件的挑战，许多关键零部件往往因磨损而快速失效，造成巨大的经济损失。据不完全统计，80%以上的农机触土部件因磨粒引起的磨损失效而报废。旋耕刀是常见的土壤工作部件，是制约农耕作业质量和效率的关键零部件之一。据统计，在正常工作条件下，旋耕刀在黏性土壤中作业的寿命为20~35 hm2/片，而在沙土中作业的寿命仅有3.3~5.5 hm2/片，同时磨损后的部件会出现牵引阻力大、油耗增多等现象，使得农机的整体工作效率降低、作业质量降低、成本提高。“表硬芯韧”是制造高性能旋耕刀的重要指标。传统技术常常采用热处理加工工艺，但热处理工艺往往在获得硬质表面的同时，带来工件整体力学性能下降或产生微观裂纹等缺陷，制约了旋耕刀的使用寿命。近年来，如何提高旋耕刀等土壤工作部件的使用寿命和力学性能正引起越来越多的关注。
为了改善旋耕刀表面涂层的力学性能，实现“表硬芯韧”制造，南京林业大学陈吉朋副教授团队提出采用电弧喷涂技术在65Mn钢基体表面制备含WC的合金涂层。通过设计电弧喷涂析因实验，研究涂层的表面质量、微观组织和结构特征，获得优化工艺参数，并尝试加工旋耕刀样件。
硬度是考察旋耕刀表面耐磨性能的重要指标。测试硬度时，在工件表面随机选出10个点进行测量，结果取其平均值。由于洛氏硬度计采用压痕表征硬度，涂层过薄易导致压痕测试失败，因此对硬度测试的样件通过增加喷涂次数提高涂层厚度（大于500 μm）。在喷涂后，样件（E1—E9）的硬度分布如图1所示，所有样件的硬度均较基体材料的硬度（HRC21.5）有了显著提高。样件E1（喷涂电压30 V，送丝速度40 mm/s，扫描速度30 mm/s）、E8（喷涂电压20 V，送丝速度50 mm/s，扫描速度20 mm/s）的涂层显示出较高的平均硬度，分别达HRC51、HRC51.4，约为基体材料硬度的2倍。可见，采用硬质WC合金丝材有助于在65Mn基材表面获得高硬度的涂层。根据GB/T 5669—2017，旋耕机械的刀柄部分硬度推荐为HRC38~HRC45，刀身部分热处理硬度推荐为HRC48~HRC54。利用电弧喷涂WC合金涂层方法，可满足国家标准推荐硬度要求，有望代替传统热处理工艺。
利用电弧喷涂技术，提出在旋耕刀表面制备耐磨涂层的新方法，主要结论如下。
1）以65Mn为基体，以含WC成分的合金丝材为涂层材料，利用电弧喷涂在基体表面制备的硬质涂层表面平整，无宏观裂纹或明显缺陷。
2）在喷涂电压30 V、送丝速度40 mm/s、扫描速度30 mm/s时，涂层的综合性能最佳。在该参数下，涂层的沉积速率为174.7 g/min；粗糙度为2.366 μm；孔隙率为3.8%；硬度超过HRC50，约为65Mn基体的2.4倍。
3）SEM观察和EDS分析结果表明，所制备的WC合金涂层均匀致密，与基材结合良好，WC硬质相弥散分布于涂层的不同位置。
4）在优选工艺参数下，结合机器人喷涂路径规划，成功制备出含WC合金涂层的旋耕刀样件。样件表面完整，涂层均匀致密，验证了新方法的可行性。
该文章发表在《表面技术》第53卷第15期。
引文格式：陈吉朋, 王计安, 周宏平. 旋耕刀表面硬质 WC 合金涂层的电弧热喷涂工艺研究[J]. 表面技术, 2024, 53(15): 234-241.
CHEN Jipeng, WANG Ji'an, ZHOU Hongping. Preparation of Hard WC Alloy Coatings on Rotary Tiller Blade Surface Using Arc Spraying Technology[J]. Surface Technology, 2024, 53(15): 234-241.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.15.022
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编辑| 邓李旸
审核| 汪 潇
