CN103741093A - 一种氮氧化铬和类金刚石膜复合涂层挂面刀辊的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮氧化铬+类金刚石膜（DLC）复合涂层挂面刀辊或棒的工艺，包括如下步骤：清洗干燥、预处理、涂层NO₂Cr膜层作为过渡层（打底层）、涂层DLC外膜层。利用本发明工艺在挂面刀辊或棒涂层类金刚石膜，可以提高挂面刀杆的硬度、韧性、耐磨性能、耐腐蚀性能、抗菌性能、润滑性能从而提高使用寿命8-10倍。本发明也可以广泛应用于其它食品机械。

Description

一种氮氧化铬和类金刚石膜复合涂层挂面刀辊的制备工艺

技术领域

本发明涉及食品加工机械，具体的是涉及一种用高科技的NO₂Cr-DLC复合涂层技术在45﹟钢制作的挂面刀杆（又名：刀辊、刀棒）表面沉积NO₂Cr-DLC（氮氧化铬+类金刚石膜）复合涂层的工艺。

背景技术

中国是世界上最大的面制品生产国，挂面是老百姓日常生活不可缺少的主要食品。目前挂面品种和制作方式正在趋向于机械化、专业化、标准化。单刀切面机、多刀切面机、挂面生产线等食品机械已经实现专业化生产。

所有的面条加工机械都离不了刀杆（又名：刀辊、刀棒），刀杆是将压面机擀制好的面皮切成各种形状、各种规格的“条”的主要工具。刀杆（又名：刀辊、刀棒）的加工是用45﹟钢管调质至HB200-220°然后车外圆、切槽的工艺制作的。这种刀杆使用寿命短，其原因如下：45﹟钢管虽然经过调质，仍然经受不了长期刀辊表面大凹槽和小凹槽两两对应连续的切割挤压产生的摩擦力和挤压力，很难避免槽齿磨损、崩裂报废；面皮参有盐和碱，这些盐和碱对刀辊起腐蚀作用，使用不久就因锈蚀而报废；45﹟钢管制造的刀辊表面密布大凹槽和小凹槽，因为45﹟钢管的摩擦系数＞1，在使用中要经常用食用油润滑，不然就粘刀；此外，之前的刀杆（又名：刀辊、刀棒）很容易滋生细菌，产生霉变，因为其刀杆不具备抑制霉菌生长的功能。如果外表面镀锌、镀镍其脱落的金属颗粒对人体有害，因为其镀层不具备与人体的亲和性。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的是提供一种附着力强、硬度高、摩擦系数小，耐酸、耐碱、耐高温，能抑制霉菌生长，无菌、耐腐蚀、不锈蚀的类金刚石膜涂层刀杆（又名：刀辊、刀棒），本发明也可以广泛应用于其它食品机械。本发明完全可以消除以上存在的各种弊端。因为本发明的NO₂Cr -DLC复合涂层具有涂层附着力强、硬度高、摩擦系数小，耐酸、耐碱、耐高温，能抑制霉菌生长等特性。

类金刚石膜（DLC）----种非晶碳的亚稳定形态.碳是一种独特的元素，它提供所有植物和动物组织的基本框架。碳生物已经被使用了几十年。热解碳仍然是常用的瓣膜假体以及医疗假肢和手术器械最广泛使用的生物工程材料，因为其具有优异的机械性能和良好的生物相容性。

DLC共享了石墨和金刚石的性能，如：高硬度和弹性模量、化学惰性、良好的电阻率、红外透明、高析射率和卓越的平滑性。这些性能在没有晶界的各向异性无序的薄膜中获得，因此使得DLC与金刚石相比更适用于食品机械刀具。

本发明就是利用类金刚石膜（DLC）的高硬度和弹性模量提高面刀（刀辊、刀棒）的使用寿命和耐摩擦性能；利用其化学惰性承受耐酸、耐碱、耐高温的环境适应性；以及抑制细菌生长等特性和涂层类金刚石膜的工艺技术，制备了本发明产品。

上述目的通过以下技术方案实现：

本发明使用DLC复合涂层设备，该设备是近年来发展起来的一种较先进的设备，在有关论文和杂志上有介绍。DLC复合涂层设备设置有多个弧靶位，本发明工艺中采用10个多弧靶位，其中8个布置磁过滤弧源用于沉积DLC涂层，另外2个布置多弧靶用于沉积氮化铬过渡层；该10个靶位分5列均布于真空室侧壁及大门，各靶位具有互换性，方便功能扩展及沉积工艺调整；本设备真空***配置分子泵为主抽泵，避免真空泵油在镀膜过程中的污染现象；采用PLC+工控机手、自动一体的控制方式，人机界面触摸屏操作模式。

DLC复合涂层设备采用高真空磁过滤多弧离子沉积法，是近年来发展起来的一种新型离子束薄膜制备方法。弧源中的触发电极和石墨阴极之间产生真空电弧放电，激发出高离化率的碳等离子体，采用磁过滤线圈过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子，可使到达衬底的几乎全部是碳离子，可以用较高的沉积速率制备出无氢膜，有文献结果表明采用此技术可以获得sp3键含量高达90%、硬度高达～9000HV0.025的无氢碳膜，其性质与多晶金刚石膜（CVD）相近。

一种氮氧化铬和类金刚石膜复合涂层挂面刀辊的制备工艺，包括如下步骤：

第一步：清洗干燥：在恒温干燥室内清洗去除面刀杆表面密布的大凹槽和小凹槽防锈油和污渍，通过清洗干燥联动装置将清洗的工件进入干燥箱，温度控制在60-70℃，烘干工件装入专用夹具备用进入下一步，所述清洗干燥联动装置是：高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由输送带自动送出；

所述清洗液：金属洗涤剂与除油剂按1:1重量比配制；

第二步：工件预处理喷砂：用金刚石W10微粉喷射外圆，使用物理方法刻蚀工件表面，使涂层类金刚石膜形成框架基础；

第三步：工件预处理抛研，用金刚石W5微粉抛研工件外圆，进一步刻蚀工件表面；

第四步：超声波清洗机中使用帕卡濑津脱脂剂FC-4360进行脱脂清洗干燥；

第五步：超声波清洗机中使用丙酮与无水乙醇按照3:7的配比，再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；

第六步：将再次清洗干燥后的工件装入DLC复合涂层设备；

第七步：通入Ar至0.5-1.5Pa，对工件加偏压600-800V；

第八步：通入N和C、H至1-2Pa,对工件涂层面形核，即：为涂层致密的打底层和工作层编织构架；

第九步：通入N和O₂，开启2个铬靶沉积氮化铬过渡层（打底层）NO₂Cr,厚度20-30μm；

第十步：涂层过渡层NO₂Cr之后，间歇35min，通入N和CH₄、H，开启8个石墨磁过滤弧靶，在打底层上沉积DLC外膜层，沉积7h，DLC类金刚石薄膜厚度10-15μm。

所述第一步的清洗，清洗前砂除凹槽的毛刺，否则沉积的DLC膜不可能全方位覆盖，防止留有缝隙和死角又会腐蚀和锈蚀；

所述第一步的清洗和干燥在在1-2min内干燥，以防止外表面氧化会严重影响DLC膜的附着力；

所述第二、三步预处理的目的是用物理方法对工件起到刻蚀作用。

所述第五步涂层打底层及第六步涂层DLC外膜层的双层膜可以得到与基体附着力很高而且耐磨性能良好的DLC膜层。

本发明的积极效果在于：1、无霉菌生长；2、涂层表面形貌及成分质量优良 ：样品表面沉积了一层致密的薄膜，其结构为典型的非晶结构。薄膜表面平整，无缺陷；3、涂层摩擦系数可达到0.13；4、涂层附着力达到37N； 5、涂层厚度达到8-10μm，且涂层在不同位置上厚度均匀；6、本发明参杂N、Cr和O2是引入NO₂Cr纳米微粒增加DLC薄膜中的氢的含量，降低了薄膜压应力和水接触角。纳米微粒含量增加了DLC膜的杀菌活性，因此对大肠杆菌和各种霉菌有很强的抗菌功能。利用本发明工艺在挂面刀辊或棒涂层类金刚石膜，可以提高挂面刀杆的硬度、韧性、耐磨性能、耐腐蚀性能、抗菌性能、润滑性能从而提高使用寿命8-10倍。

附图说明

图1为本发明工艺的流程图。

图2为挂面刀复合涂层的表面形貌图。

图3为挂面刀复合涂层的截面形貌图。

图4为挂面刀复合涂层的摩擦系数检测图。

具体实施方式

为进一步描述本发明，以下以具体的实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1，以550×1.5mm圆刀加粗型挂面刀（简称“工件”）为例：

第一步：清洗干燥：在恒温干燥室内清洗去除面刀杆表面密布的大凹槽和小凹槽防锈油和污渍，通过用金属洗涤剂与除油剂按1:1重量比配制的清洗液清洗干燥联动装置将清洗的工件进入干燥箱，温度控制在60℃，烘干工件装入专用夹具备用进入下一步。所述清洗干燥联动装置采用高压喷淋清洗机；

第二步：工件预处理喷砂：用金刚石W10微粉喷射外圆，使用物理方法刻蚀工件表面，使涂层类金刚石膜形成框架基础；

第三步：工件预处理抛研，用金刚石W5微粉抛研工件外圆，进一步刻蚀工件表面；

第四步：超声波清洗机中使用帕卡濑津脱脂剂FC-4360进行脱脂清洗干燥；

第五步：超声波清洗机中使用丙酮+无水乙醇（3:7配比）再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；

第六步：将再次清洗干燥后的工件装入DLC复合涂层设备的行星旋转插架（10根）；

第七步：通入Ar至1Pa，对工件加偏压600-800V；

第八步：通入N和C、H至1.5Pa,对工件涂层面形核，即：为涂层致密的打底层和工作层编织构架；

第九步：通入N和O₂，开启2个铬靶沉积氮化铬过渡层（打底层）NO₂Cr,厚度20-30μm；

第十步：涂层过渡层NO₂Cr之后，间歇35min，通入N和CH₄、H，开启8个石墨磁过滤弧靶，在打底层上沉积DLC外膜层，沉积7h，DLC类金刚石薄膜厚度10μm。

对上述挂面刀的NO₂Cr-DLC复合涂层进行检测，其结果如下：

图2为检测样品表面在场发射电子扫描电镜下放大5000倍的形貌图。从检测结果可以看出，样品表面沉积了一层致密的薄膜。

如图3所示，从检测结果可以看出，涂层与基底之间有明显的分界线，所检测的两个位置的涂层厚度均约为10微米，传统的镀膜装置和设备是很难达到这个厚度的，同时也显示出涂层在不同位置上厚度较为均匀。

图4为复合涂层在无润滑条件下与氮化硅陶瓷球对磨时的摩擦曲线图，由图可看出其平均摩擦系数约为0.13。

实施例2：以330×1.5mm加厚挂面刀为例：

第一步：清洗干燥：在恒温干燥室内清洗去除面刀杆表面密布的大凹槽和小凹槽防锈油和污渍，通过用金属洗涤剂与除油剂按1:1重量比配制的清洗液清洗干燥联动装置将清洗的工件进入干燥箱，温度控制在60-70℃，烘干工件装入专用夹具备用进入下一步，

所述清洗干燥联动装置是：高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由输送带自动送出；

第二步：工件预处理喷砂：用金刚石W10微粉喷射外圆，使用物理方法刻蚀工件表面，使涂层类金刚石膜形成框架基础；

第三步：工件预处理抛研，用金刚石W5微粉抛研工件外圆，进一步刻蚀工件表面；

第四步：超声波清洗机中使用帕卡濑津 脱脂剂FC-4360进行脱脂清洗干燥；

第五步：超声波清洗机中使用丙酮+无水乙醇（3:7配比）再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；

第六步：将再次清洗干燥后的工件装入DLC复合涂层设备的行星旋转插架（10根）；

第七步：通入Ar至1.5Pa，对工件加偏压600-800V；

第八步：通入N和C、H至2Pa,对工件涂层面形核，即：为涂层致密的打底层和工作层编织构架；

第九步：通入N和O₂，开启2个铬靶沉积氮化铬过渡层（打底层）NO₂Cr,厚度20-30μm；

第十步：涂层过渡层NO₂Cr之后，间歇35min，通入N和CH₄、H，开启8个石墨磁过滤弧靶，在打底层上沉积DLC外膜层，沉积7h，DLC类金刚石薄膜厚度15μm。

Claims (1)

1.一种氮氧化铬和类金刚石膜复合涂层挂面刀辊的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：

第一步：清洗干燥：在恒温干燥室内清洗去除面刀杆表面密布的大凹槽和小凹槽防锈油和污渍，通过清洗干燥联动装置将清洗的工件进入干燥箱，温度控制在60-70℃，烘干工件装入专用夹具备用进入下一步;

所述清洗干燥联动装置是：高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由输送带自动送出；

所述清洗液：金属洗涤剂与除油剂按1:1重量比配制；

第二步：工件预处理喷砂：用金刚石W10微粉喷射外圆，使用物理方法刻蚀工件表面，使涂层类金刚石膜形成框架基础；

第三步：工件预处理抛研，用金刚石W5微粉抛研工件外圆，进一步刻蚀工件表面；

第四步：超声波清洗机中使用帕卡濑津脱脂剂FC-4360进行脱脂清洗干燥；

第五步：超声波清洗机中使用丙酮与无水乙醇按照重量比3:7的配比，再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；

第六步：将再次清洗干燥后的工件装入DLC复合涂层设备；

第七步：通入Ar至0.5-1.5Pa，对工件加偏压600-800V；

第八步：通入N和C、H至1-2Pa,对工件涂层面形核，即：为涂层致密的打底层和工作层编织构架；

第九步：通入N和O₂，开启2个铬靶沉积氮化铬过渡层NO₂Cr,厚度20-30μm；

第十步：涂层过渡层NO₂Cr之后，间歇35min，通入N和CH₄、H，开启8个石墨磁过滤弧靶，在打底层上沉积DLC外膜层，沉积7h，DLC类金刚石薄膜厚度10-15μm。

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