[发明专利]一种镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖-桥-泥”仿生结构的高速犁犁铧

说明书

本发明公开了一种镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖‑桥‑泥”仿生结构的高速犁犁铧，用于延长高速犁犁铧耕作寿命，其特征在于：所述的高速犁犁铧易损部位镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖‑桥‑泥”仿生结构，包括以下步骤：(1)确定高速犁犁铧易损部位，(2)仿贝壳珍珠层结构设计及制备，(3)镶嵌仿贝壳珍珠层“砖‑桥‑泥”仿生结构至犁铧本体。本发明的一种镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖‑桥‑泥”仿生结构的高速犁犁铧，解决了高速犁犁铧耕作部位由于传统技术制造的均质材料强度和韧性不能同时提高，抗冲击性能低，易磨损的问题，提升了犁铧耕作部位的机械性能，使犁铧耕作部位机械性能适应高速整地作业需求，延长了犁铧耕作寿命。

技术领域

本发明涉及一种高速犁犁铧，具体涉及一种镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖-桥-泥”仿生结构的高速犁犁铧，属于农业装备技术领域。

背景技术

犁的主要功能是翻土和碎土，水平摆动式双向犁(简称摆式犁)是一种新型高速铧式犁耕地工具，采用梭式作业方式，可以连续、交替地进行高速整地作业，由于工作环境差，经常与土壤、砂石、作物秸秆、根块等接触，常受到摩擦力、土垡变形力和剧烈凿削阻力的作用，高速耕作条件下的土壤/工具间的相互作用使犁铧的耕作部位发生严重磨损，出现“表层剥落”、“热裂”、“耕犁”损伤等现象，大大降低了犁铧的工作效率，致使其提前报废。其中，犁铧的铧尖区的主要作用是入土、切土，是最为关键的耕作部位，研究表明，犁铧的铧尖区磨损最为严重。

“摆式犁”作为一种典型的农业机械，通常希望其关键部位的工程结构材料既坚固又坚韧，然而不幸的是，受传统设计、制造等方法的限制，传统工程结构材料经常面临强度和韧性之间的权衡。高速犁犁铧易损问题的本质原因是耕犁作业速度的提高与耕作部位由于传统技术制造的均质材料机械性能两者之间产生了不匹配，耕作部位由于传统技术制造的均质材料机械性能已不适应高速整地作业需求，耕犁作业速度的提高与均质材料机械性能提升已达瓶颈之间的矛盾阻碍了高速犁犁铧使用性能的正常发挥。

自然界中存在的大量天然生物结构(如骨、贝壳珍珠层、牙齿等)，经过长期进化，其结构与功能适应自然的程度近乎完美，是高性能结构材料的典范，特别是贝壳珍珠层，由大量结晶文石片层(硬相)和少量生物聚合物层(软相)相互堆积而成，形成了软硬交织、高度有序的“砖-泥”或“砖-桥-泥”复杂层级结构，表现出了高强高韧等优异机械性能。国内外研究人员大量的研究结果表明仿贝壳珍珠层材料的强度、韧性等机械性能均获得了大幅度的提升，这意味着仿贝壳珍珠层结构在提高材料机械性能方面具有极大的优势。然而，由于仿珍珠层材料结构复杂、材料异质等特点，传统制造技术无法制备。

增材制造逐点、逐线、逐面、逐域的成形方法给制造技术从传统的宏观外形制造向宏微结构一体化制造提供了新契机，特别是激光粉末床增材制造是一种兼顾精确成形和高性能成性一体化需求的先进制造技术，可通过一定的工艺策略与方法调控局部区域的显微组织，制造出复杂结构和特定性能的制品，激光粉末床基于“增量制造”原理，理论上可制造任意复杂结构的制品，特别适合于定制化、个性化制造，已有文献表明，激光粉末床熔融多材料复杂结构的平台可以实现多材料复杂结构制品的制备，但如何利用激光粉末床熔融多材料复杂结构平台解决高速犁犁铧耕作部位严重磨损问题尚无解决方案。现有仿珍珠层的研究大多为聚合物类或其他非金属材料，少量金属仿珍珠层研究，不能形成“砖-桥-泥”仿生结构，因而现有这些研究不适用于解决高速犁犁铧易损问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的这些问题，提供一种镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖-桥-泥”仿生结构的高速犁犁铧，解决高速犁犁铧耕作部位由于传统技术制造的均质材料强度和韧性不能同时提高，抗冲击性能低，易磨损的问题，为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖-桥-泥”仿生结构的高速犁犁铧，用于延长高速犁犁铧耕作寿命，其特征在于：所述的高速犁犁铧易损部位镶嵌了仿贝壳珍珠层“砖-桥-泥”仿生结构，包括以下步骤：

(1)确定高速犁犁铧易损部位