[发明专利]一种新型冰刀减阻技术及其实现方法

说明书

针对滑冰运动器材的动力学特性和技术现状，本发明提供一种新型冰刀减阻技术及其实现方法，其通过对冰刀基体进行表面改性处理，显著降低冰刀的导热系数以及摩擦热量向冰刀基体传导引起的热量损失，提高摩擦热量向冰面传导的热流分配系数，使更多的摩擦热量用于融化冰面以增加水润滑膜的厚度，实现水基润滑减阻，大幅度降低冰面摩擦系数，改善冰刀的摩擦学性能。本发明具有技术原理新颖、减阻效果显著、易于工程化实现等突出特点。

技术领域

本发明属表面工程与摩擦学技术领域，涉及一种新型冰刀减阻技术及其实现方法，可用于冰鞋和俯式冰橇等滑冰运动器材的冰刀上。

背景技术

滑冰运动是运动员借助冰刀通过蹬冰获得驱动力并克服摩擦阻力在冰面上快速滑行的运动项目。冰刀作为滑冰运动的主要器械，其服役过程是涉及摩擦、磨损以及承压等多因素综合作用的复杂过程。一旦冰刀出现表面摩擦学性能不良、变形或者磨损等状况，就会影响运动员竞技水平的发挥，甚至对运动员自身造成损伤。改善冰刀的减摩耐磨性能，对于提高冰刀服役特性以及运动员的竞技水平和比赛成绩等，均具有重要的意义。

目前，国内外主要采用优选冰刀材质、结构优化、刃磨、热处理以及表面改性等手段，通过改善冰刀材料的机械性能或表面特性来实现减摩耐磨。其中，表面改性处理的典型工艺路线和技术原理是采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等方式，在冰刀表面制备超硬耐磨的金属陶瓷涂层，通过提高冰刀的硬度、刚度等机械性能或耐磨损性能来增加蹬冰力；通过降低冰刀的表面粗糙度来减小摩擦阻力，最终达到减摩耐磨的目的。代表性的技术或专利包括“碳化钨涂层冰刀(ZL201120220143.5)”、“一种冰鞋用冰刀的制备方法(ZL201710663149.1)”、“一种新型陶瓷冰刀(ZL201020678220.7)”、“一种雪橇合金滑板用型钢(ZL201710663102.5)”等。

但是上述技术存在以下问题：

通过镀覆超硬耐磨涂层以提高冰刀的硬度、刚度等机械性能或耐磨损性能，虽然对于提高冰刀的蹬冰力具有一定效果，但无法降低冰刀在滑动过程中的摩擦阻力，无法实现减阻。

通过降低表面粗糙度以减小摩擦阻力的方法，是基于“常规水力学光滑的表面摩擦阻力最小”的前提假设，即认为“表面越光滑，阻力越小”，该假设早在20世纪70年代就已经被摩擦学领域的研究成果所推翻。事实上，合理构型的非光滑表面比常规水力学光滑表面具有更小的摩擦阻力。

此外，目前的机械加工及刃磨技术已经使冰刀刃口具有了极为光滑的表面，其表面粗糙度Ra<1.6μm，采用已有的表面改性处理方法能够降低表面粗糙度的幅度很小，实际减阻效果非常有限。

基于上述原因，目前还没有一项减阻效果显著、可工程化实现的减阻技术真正应用于冰刀以有效降低其摩擦阻力。

发明内容

本发明的目的是针对滑冰运动器材的动力学特性和技术现状，提供一种新型冰刀减阻技术及其实现方法，其能有效降低滑冰过程中冰刀与冰面之间的摩擦阻力，改善冰刀摩擦学性能，具有技术原理新颖、减阻效果显著、易于工程化实现的优势。

本发明的一种新型冰刀减阻技术，其通过在冰刀与冰面之间构建水润滑膜实现冰刀减阻。

进一步的，本发明的新型冰刀减阻技术通过对冰刀基体进行表面改性处理，显著降低冰刀的导热系数以及摩擦热量向冰刀基体传导引起的热量损失，提高摩擦热量向冰面传导的热流分配系数，使更多的摩擦热量用于融化冰面以增加水润滑膜的厚度，实现水基润滑减阻，大幅度降低冰面摩擦系数，改善冰刀的摩擦学性能。

本发明还提供了一种新型冰刀减阻技术的实现方法，其通过在冰刀基体上镀覆纳米陶瓷热障涂层对冰刀进行表面改性处理以降低冰刀导热系数，最终实现冰刀减阻。

进一步的，所述的纳米陶瓷热障涂层的厚度为80～400μm，由金属粘结底层和陶瓷热障面层构成，两层间的层厚比为1：(1～3)。