CN104988459A - 带有镀膜的刀具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有镀膜的刀具及其制作方法。该带有镀膜的刀具包括基体，其中，基体的至少部分表面上设置有掺Ti的无氢非晶碳膜，且Ti的掺杂量为掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的6～25％。上述带有镀膜的刀具中，在刀具基体的至少部分表面上镀了一层掺杂有Ti元素的非晶碳膜。相比于单一的非晶碳膜或者掺有其他元素的非晶碳膜而言，本发明中掺杂质量分数6～25％的Ti元素能够有效提高镀层与合金基体之间的结合力，同时，还能够有效提高刀具的耐磨性，使刀具具有更长的耐磨寿命。同时，本发明中的非晶碳膜为无氢非晶碳膜，其中的氢元素的含量为0，这能够改善镀层的脆性问题，使其不易发生剥离、断裂，从而进一步提高刀具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及刀具镀膜技术领域，具体而言，涉及一种带有镀膜的刀具及其制作方法。
背景技术
现有的刀具普遍采用合金材料的淬火热处理来制作，都存在着母体基材硬度不高、耐磨性差、需经常研磨的问题。为了提高刀具的硬度和耐磨性，通常有以下两种做法：
方法一、采用高硬度的碳化物(WC、TiC等)合金粉末和陶瓷粉末(ZrO2)等直接烧结制作刀具，以改善刀具基体本身的硬度和耐磨性。然而，采用这种方法进行刀具的整体加工较为困难，加工成本很高，且刀具的韧性不足，发生断裂的几率较高。
方法二、在刀具的表面上设置一层高硬度、高耐磨的镀层，形成带有镀膜的刀具。然而，现有的带有镀膜的刀具中镀层与基体的结合力较弱，使用时容易引起镀膜脱落。同时，现有的带有镀膜的刀具制作时间较长。如中国专利CN2481292Y中公开了一种纳米金刚石薄膜手术刀，其是利用等离子体化学气相沉积工艺在手术刀表面镀了一层类金刚石膜。然而，该专利公开的类金刚石膜中含有氢，膜层的脆性较大。此外，镀层与基体之间的结合力较差，容易出现脱落。
基于上述原因，有必要提供一种耐磨性好、镀层与基体结合力较好的带有镀膜的刀具。
发明内容
本发明旨在提供一种带有镀膜的刀具及其制备方法，以解决现有技术中刀具耐磨性差、镀层与基体结合力差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种带有镀膜的刀具，包括基体，其中，基体的至少部分表面上设置有掺Ti的无氢非晶碳膜，且Ti的掺杂量为掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的6～25％。
进一步地，Ti的掺杂量为掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的11～20％。
进一步地，掺Ti的无氢非晶碳膜中，形成SP3键合结构的碳原子占碳原子总数的90％或以上。
进一步地，掺Ti的无氢非晶碳膜中还掺杂有附加元素，附加元素选自元素W、元素Ta、元素Fe、元素Ni、元素Cr、元素Cu、元素Ru、元素Au及元素Mo中的一种或多种。
进一步地，掺Ti的无氢非晶碳膜的厚度为0.1～3μm。
进一步地，基体的材料为不锈钢或碳素工具钢。
进一步地，刀具具有第一端和与第一端相对的第二端，其中第一端设置有刀刃，掺Ti的无氢非晶碳膜设置在刀刃至少一侧的部分或全部表面上。
进一步地，所述掺Ti的无氢非晶碳膜为附着在基体上的单层膜层。
根据本发明的另一方面，还提供了一种带有镀膜的刀具的制作方法，该制作方法包括以下步骤：在刀具的基体的至少部分表面上沉积掺Ti的无氢非晶碳膜，掺Ti的无氢非晶碳膜中可选地掺杂有附加元素。
进一步地，利用FCVA法、磁控溅射镀膜法或离子束镀膜法在基体的至少部分表面上沉积掺Ti的无氢非晶碳膜。
进一步地，制作方法包括以下步骤：提供基体；去除基体表面的油污和氧化物杂质，得到待镀膜基体；以及将待镀膜基体置于真空环境中，利用石墨靶材和钛靶材以及可选的附加元素的靶材，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜，形成带有镀膜的刀具。
进一步地，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜的步骤中，工艺温度为35～90℃。
进一步地，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜的步骤中，待镀膜基体的镀膜表面与离子源之间的角度为43～45°，离子束能为600～750eV，束流为2.0～2.5mA/cm2，弯管电流为8～10A，沉积偏压为-95～-110V，沉积时间控制在40min～20h。
进一步地，去除基体表面的油污和氧化物杂质的步骤包括：使用有机溶剂对基体进行振洗，然后烘干，得到一次处理基体；使用氮气***直吹一次处理基体，得到二次处理基体；以及用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀，得到待镀膜基体。
进一步地，用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀的步骤中，刻蚀时间为90～100s，氩气流量为10～11sccm，二次处理基体的表面与Ar离子束之间的角度为60～65°。
本发明所提供的带有镀膜的刀具，在刀具基体的至少部分表面上镀了一层掺杂有Ti元素的非晶碳膜。相比于单一的非晶碳膜或者掺有其他元素的非晶碳膜而言，掺杂质量分数6～25％的Ti元素能够有效提高镀层与合金基体之间的结合力，同时，还能够有效提高刀具的耐磨性，使刀具具有更长的耐磨寿命。同时，本发明中的非晶碳膜为无氢非晶碳膜，其中的氢元素含量为0，这能够有效改善镀层的脆性问题，使其不易发生剥离、断裂，从而进一步提高刀具的使用寿命。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种实施方式中的带有镀膜的刀具。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有的刀具存在耐磨性差、镀层与基体结合力差的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种带有镀膜的刀具，包括基体，其中，基体的至少部分表面上设置有掺Ti的无氢非晶碳膜，且Ti的掺杂量为掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的6～25％。
本发明中的术语“无氢非晶碳膜”是指氢元素含量为0的非晶碳膜。
本发明所提供的上述带有镀膜的刀具，其在基体外表面上镀了一层掺杂有Ti元素的非晶碳膜。相比于单一的非晶碳膜或者掺有其他元素的非晶碳膜而言，本发明中掺杂质量分数6～25％的Ti元素能够有效提高镀层与合金基体之间的结合力，同时，还能够有效提高基体的耐磨性，使刀具具有更长的耐磨寿命。同时，本发明中的非晶碳膜为无氢非晶碳膜，其中的氢元素含量为0，这能够有效改善镀层的脆性问题，使其不易发生剥离、断裂，从而进一步提高刀具的使用寿命。总而言之，本发明所提供的这种带有镀膜的刀具具有较高的硬度，镀层与基体之间具有极佳的结合稳定性，同时，摩擦系数较低、耐磨性较好，且耐腐蚀，具有稳定的化学性质。
本发明所提供的上述带有镀膜的刀具中，只要在无氢非晶碳膜中掺杂6～25％的Ti元素，就能够改善镀层与基体之间的结合力，同时使刀具具有较高的耐磨性能。在一种优选的实施方式中，上述掺Ti的无氢非晶碳膜中掺杂有质量分数11～20％的Ti元素。将掺Ti的质量分数控制在11～20％，能够进一步改善镀层与基体之间的结合力。同时，带有镀膜的刀具具有更高的耐磨性和硬度，非晶碳膜膜层硬度大于45GPa，摩擦系数小于0.1，磨耗率小于1.0×10-8mm3/Nm，耐磨性能提升至少1倍。
在一种优选的实施方式中，上述掺Ti的无氢非晶碳膜中，形成SP3键合结构的碳原子占碳原子总数的90％或以上。将SP3键合结构的碳原子比例控制在上述范围内，能够使非晶碳膜具有更加稳定的钻石结构。SP3键合结构的碳原子占比越高，膜层硬度越高，化学性质稳定性越高，耐磨性能越好。
本发明提供的上述掺Ti的无氢非晶碳膜中，掺杂上述质量分数的Ti元素即可改善镀层与基体之间的结合力。在一种可选的实施方式中，上述掺Ti的无氢非晶碳膜中还掺杂有附加元素，附加元素选自元素W、元素Ta、元素Fe、元素Ni、元素Cr、元素Cu、元素Ru、元素Au及元素Mo中的一种或多种。除了Ti元素以外，在无氢非晶碳膜中可选地掺杂上述附加元素，其中W、Fe、Cu元素可以更好地增加耐磨性，Ni、Cr元素可以提高耐蚀性，Mo、Ta、Ru元素提高硬度。本领域技术人员可以根据不同的需要选择附加元素的种类和添加量，在此不再赘述。
根据本发明上述的教导，本领域技术人员可以选择无氢非晶碳膜的具体厚度。在一种优选的实施方式中，上述无氢非晶碳膜的厚度为0.1～3μm。将无氢非晶碳膜的厚度控制在上述范围内，有利于避免过薄的非晶碳膜在生产过程中易被打磨掉的问题，还有利于避免过厚的非晶碳膜引起的生产效率低、成本过高的问题。综合考虑性能与成本效率，将无氢非晶碳膜的厚度控制在上述范围内更为适宜。
本发明所提供的上述带有镀膜的刀具，其基体只要是本领域常用的刀具合金，无氢非晶碳膜与基体之间即可具有较强的结合力。在一种优选的实施方式中，基体的材质为包括但不限于不锈钢或碳素工具钢。这几类合金本身具有较高的硬度和耐磨性，且与掺Ti的无氢非晶碳膜之间具有更高的结合性能。以这几类材料作为刀具的基体能够进一步提高刀具的耐磨性和使用寿命。
本发明所提供的上述带有镀膜的刀具的类型可以是本领域任意的刀具类型。在一种优选的实施方式中，该带有镀膜的刀具包括但不限于餐刀、水果刀、剪刀、手术刀、钻头、铰刀、车刀、立铣刀等。
优选地，如图1所示，该刀具具有第一端和与第一端相对的第二端，第一端设置刀刃110，无氢非晶碳膜101设置在刀刃的至少一侧的部分或全部表面上。对刀刃110处进行单面镀膜或双面镀膜，能够在提高刀具硬度、耐磨性和使用寿命的同时，降低生产成本，提高生产效率，使其更适于工业户大规模生产。
根据本发明上述的教导，本领域技术人员可以选择无氢非晶碳膜101在刀刃110处的覆盖面积。在一种优选的实施方式中，无氢非晶碳膜在垂直于刀具厚度方向的平面内的正投影中，正投影在第一端向第二端的延伸方向的长度为1～10mm。为了更清楚地描述上述长度的概念，进一步说明如下：上述“垂直于刀具厚度方向的平面内”相当于刀具的上表面、下表面或任意平行于二者的平面，“长度1～10mm”指的是无氢非晶碳膜在该平面的正投影在第一端向第二端的延伸方向的长度。
优选地，掺Ti的无氢非晶碳膜为附着在基体上的单层膜层。这样的单层镀膜的刀具加工便捷，且有利于降低生产成本，提高生产效率，使其更适于工业户大规模生产。
另外，本发明还提供了一种上述带有镀膜的刀具的制作方法，该制作方法包括以下步骤：在刀具的基体的至少部分表面上沉积无氢非晶碳膜，该无氢非晶碳膜可以是掺Ti的无氢非晶碳膜，也可以是同时掺Ti和上述附加元素的无氢非晶碳膜。
本发明所提供的上述方法中，在硬质合金刀具基体的至少部分表面上镀了一层掺杂有Ti元素的非晶碳膜。相比于单一的非晶碳膜或者掺有其他元素的非晶碳膜而言，本发明中掺杂质量分数6～25％的Ti元素能够有效提高镀层与合金基体之间的结合力，同时，还能够有效提高硬质合金的耐磨性，使硬质合金刀具具有更长的耐磨寿命。同时，本发明中的非晶碳膜为无氢非晶碳膜，其中的氢元素的含量为0，这能够有效改善镀层的脆性问题，使其不易发生剥离、断裂，从而进一步提高硬质合金刀具的使用寿命。总而言之，采用本发明所提供的这种方法，所制备的带有镀膜的刀具具有较高的硬度，镀层与基体之间具有极佳的结合稳定性，同时，摩擦系数较低、耐磨性较好，且耐腐蚀，具有稳定的化学性质。
在一种优选的实施方式中，利用FCVA法、磁控溅射镀膜法或离子束镀膜法在基体的至少部分表面上沉积掺Ti的无氢非晶碳膜。更优选地，利用FCVA法(过滤阴极真空电弧沉积法)沉积无氢非晶碳膜。相比于其他沉积方法，利用FCVA法进行无氢非晶碳膜的沉积，能够进一步提高镀层与硬质和硬质合金基体之间的结合力。同时，形成的掺Ti的无氢非晶碳膜中SP3键合的碳原子比例更高，钻石结构更加完整。这就能够进一步提高无氢非晶碳膜的硬度、耐磨性能和抗腐蚀性能等综合性能。此外，相比于其他沉积法，尤其是相比于CVA法，采用FCVA法能够在较低的温度下进行无氢非晶碳膜的沉积。这样还能够有效防止基体的高温回火造成的硬度降低。
本领域技术人员根据本发明上述的教导可以选择具体的镀膜流程。在一种优选的实施方式中，上述制作方法包括以下步骤：提供基体；去除基体表面的油污和氧化物杂质，得到待镀膜基体；以及将待镀膜基体置于真空环境中，利用石墨靶材和钛靶材以及可选的附加元素的靶材，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜，形成带有镀膜的刀具。
在FCVA法镀膜之前，先去除基体表面的油污和氧化物杂质，有利于防止这些油污和氧化物杂质的存在降低无氢非晶碳膜与基体之间的结合力。在一种更为优选的实施方式中，去除基体表面的油污和氧化物杂质的步骤包括：使用有机溶剂对基体进行振洗，然后烘干，得到一次处理基体；使用氮气***直吹一次处理基体，得到二次处理基体；以及用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀，得到待镀膜基体。
使用有机溶剂进行振洗的过程中，可以采用多次振洗。采用的有机溶剂可以是乙醇、丙酮、***等挥发性有机溶剂。使用氮气***直吹一次处理基体，可以避免空气中的悬浮颗粒粘附在基体表面，防止其影响镀层和基体之间的结合性能。用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀，能够去除基体表面的氧化物杂质。
在实际操作时，用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀的步骤中，优选刻蚀时间为90～100s，氩气流量为10～11sccm，二次处理基体的表面与Ar离子束之间的角度为60～65°。更优选将刻蚀掉的基体厚度控制在16nm左右。
采用FCVA法在待镀膜基体表面沉积无氢非晶碳膜时，工艺温度本身较其他沉积方法较低。如前文所述，这有利于防止引起基体的回火。在一种优选的实施方式中，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积无氢非晶碳膜的步骤中，工艺温度为35～90℃，优选为45～70℃。将工艺温度控制在上述范围内，C与Ti在沉积过程中更易形成化合物结构(碳化物结构)，形成的无氢非晶碳膜的硬度更高、耐磨性更佳、附着力更强。同时，能够进一步防止基体的回火引起基体硬度降低的问题。
本领域技术人员可以选择FCVA沉积过程的具体工艺参数。在一种优选的实施方式中，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积无氢非晶碳膜的步骤中，待镀膜基体的镀膜表面与离子源之间的角度为43～45°，离子束能为600～750eV，束流为2.0～2.5mA/cm2，弯管电流为8～10A，沉积偏压为-95～-110V。采用以上工艺参数能够进一步改善无氢非晶碳膜的综合性能。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺如下：
步骤一、提供基体
1、刀片冲压，基体材质为3Cr13马氏体不锈钢；
2、刀片进行常规热处理：淬火温度1050℃，加热50分钟，冷却70分钟；回火温度150-230℃，保温2-3小时；
3、刀片斜磨，开刃，齐口；
步骤二、去除基体表面的油污和氧化物杂质
1、刀片进行预清洗，清洗方法为超声振洗。用乙醇进行多次振洗，以去除刀片表面的污物，多次振洗后进行烘干。
2、用高压N2***直吹刀片，避免空气中的悬浮颗粒粘附在刀片表面。
3、为了去除刀片表面的氧化物杂质：用Ar离子对基体表面溅射刻蚀，刻蚀时间90-100s，氩气流量为10-11sccm，基体与Ar离子束保持角度60-65°，刻蚀掉基体约16nm。
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
将刀片放入真空室，利用石墨靶材和钛靶材，以FCVA法进行非晶碳膜和Ti离子沉积。基体与离子源成43°，离子束能750eV、束流2.0mA/cm2，弯管电流10A，沉积偏压-95V，沉积速度为300s沉积厚度12.36nm，沿无氢非晶碳膜远离刀刃一侧的边缘取厚度方向的截面，其刀刃尖部与该截面的距离为10mm。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
实施例2
本实施例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同实施例1，不同之处如下：
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
将刀片放入真空室，利用石墨靶材和钛靶材，以FCVA法进行非晶碳膜和Ti离子沉积。基体与离子源成45°，离子束能600eV、束流2.5mA/cm2，弯管电流8A，沉积偏压-110V，沉积速度为300s沉积厚度12.36nm，沿无氢非晶碳膜远离刀刃一侧的边缘取厚度方向的截面，其刀刃尖部与该截面的距离为10mm。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
实施例3
本实施例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同实施例1，不同之处如下：
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
将刀片放入真空室，利用石墨靶材和钛靶材，以FCVA法进行非晶碳膜和Ti离子沉积。基体与离子源成41°，离子束能580eV、束流2.6mA/cm2，弯管电流8A，沉积偏压-100V，沉积速度为300s沉积厚度12.36nm，沿无氢非晶碳膜远离刀刃一侧的边缘取厚度方向的截面，其刀刃尖部与该截面的距离为10mm。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
实施例4至6
本实施例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同实施例1，不同之处如下：
最后形成的无氢非晶碳膜的参数不同，如表1所示。
实施例7
本实施例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同实施例1，不同之处如下：
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
将刀片放入真空室，利用石墨靶材、钛靶材和W靶材，以FCVA法进行非晶碳膜和Ti离子沉积。基体与离子源成45°，离子束能600eV、束流2.5mA/cm2，弯管电流9A，沉积偏压-100V，沉积速度为300s沉积厚度12.36nm，沿无氢非晶碳膜远离刀刃一侧的边缘取厚度方向的截面，其刀刃尖部与该截面的距离为10mm。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
实施例8
本实施例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同实施例1，不同之处如下：
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
将刀片放入真空室，利用石墨靶材、钛靶材、W靶材和Ni靶材，以FCVA法进行非晶碳膜和Ti离子沉积。基体与离子源成45°，离子束能600eV、束流2.5mA/cm2，弯管电流9A，沉积偏压-100V，沉积速度为300s沉积厚度12.36nm，沿无氢非晶碳膜远离刀刃一侧的边缘取厚度方向的截面，其刀刃尖部与该截面的距离为10mm。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
对比例1
本对比例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺如下：
步骤一、提供基体
1、刀片冲压，基体材质为3Cr13马氏体不锈钢；
2、刀片进行常规热处理：淬火温度1050℃，加热50分钟，冷却70分钟；回火温度150-230℃，保温2-3小时；
3、刀片斜磨，开刃，齐口；
步骤二、去除基体表面的油污和氧化物杂质
1、刀片进行预清洗，清洗方法为超声振洗。用乙醇进行多次振洗，以去除刀片表面的污物，多次振洗后进行烘干。
2、用高压N2***直吹刀片，避免空气中的悬浮颗粒粘附在刀片表面。
3、为了去除刀片表面的氧化物杂质：用Ar离子对基体表面溅射刻蚀，刻蚀时间90-100s，氩气流量为10-11sccm，基体与Ar离子束保持角度60-65°，刻蚀掉基体约16nm。
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
将刀片放入真空室，利用石墨靶材和Fe靶材，以FCVA法进行非晶碳膜和Ti离子沉积。基体与离子源成43°，离子束能750eV、束流2.0mA/cm2，弯管电流9A，沉积偏压-100V，沉积速度为300s沉积厚度12.36nm，沿无氢非晶碳膜远离刀刃一侧的边缘取厚度方向的截面，其刀刃尖部与该截面的距离为10mm。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
对比例2
本对比例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同对比例1，不同之处在于将Fe靶材替换为W靶材。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
对比例3
本对比例中制作了一种镀膜厨房用刀，制作工艺同对比例1，不同之处在于将Fe靶材替换为Cr靶材。
最后形成的无氢非晶碳膜的参数如表1所示。
对比例4
本对比例中制作了一种厨房用刀，制作工艺如下：
步骤一、提供基体
1、刀片冲压，基体材质为3Cr13马氏体不锈钢；
2、刀片进行常规热处理：淬火温度1050℃，加热50分钟，冷却70分钟；回火温度150-230℃，保温2-3小时；
3、刀片斜磨，开刃，齐口；
步骤二、去除基体表面的油污和氧化物杂质
1、刀片进行预清洗，清洗方法为超声振洗。用乙醇进行多次振洗，以去除刀片表面的污物，多次振洗后进行烘干。
2、用高压N2***直吹刀片，避免空气中的悬浮颗粒粘附在刀片表面。
3、为了去除刀片表面的氧化物杂质：用Ar离子对基体表面溅射刻蚀，刻蚀时间90-100s，氩气流量为10-11sccm，基体与Ar离子束保持角度60-65°，刻蚀掉基体约16nm。
步骤三、在刀片的刀刃处进行双侧镀膜
利用真空蒸发镀在刀片的刀刃处镀TiC的厨房用刀，工艺温度600℃，膜层厚2μm。
对比例5
本对比例中制作了一种厨房用刀，制作工艺同对比例4，不同之处在于镀膜为TiAlN膜。
对比例6
本对比例中制作了一种复合钢厨房用刀，复合钢为三层复合结构，依次为1Cr13-9Cr18MoV-1Cr13夹心结构。
对比例7
本对比例中制作了一种厨房用刀，其制作方法同对比例1，不同之处在于无步骤二的去污程序和步骤三的镀膜程序，仅采用了常规的热处理。
测试方法：通过实际消费者使用过程中，刀具刃口容易破坏的机理，增加机械模拟强化测试，对刀具持久锋利度进行评价，使用测试的测试循环次数作为评价标准。持久锋利度测试方法、锋利度等级评价方法如下：
1、持久锋利度测试方法
采用持久锋利度试验机，在15N压力作用下，使实验刀对试验纸张进行往复切割，切割长度5㎝，实验纸张规格为120g黄色牛皮纸，循环切割一次以及一次锋利度等级评价，标志一个循环结束。
2、锋利度等级评价方法
每做完一个循环模拟测试后，将样品进行切割单层A4纸张以及肉皮测试，若持刀手在不施加额外作用力的情况下，无法切断评价物，则即为不合格，停止实验。记录循环模拟测试的循环次数，循环次数多表示持久锋利度好，即膜层硬度高、耐磨性好、与基材结合力高。
各实施例和对比例的测试结果如表1所示：
表1
从以上的数据中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：在刀具的刃口处镀掺Ti的无氢非晶碳膜，能够显著提高刀具的硬度、耐磨性及其与基体之间的结合力，从而能够显著延长刀具的使用寿命。更为特别地，将掺Ti量控制在11～20％，能够进一步提高刀具的综合性能。此外，在掺Ti的同时进一步掺杂其他附加元素，也有利于进一步改善刀具的使用性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种带有镀膜的刀具，包括基体，其特征在于，所述基体的至少部分表面上设置有掺Ti的无氢非晶碳膜，且所述Ti的掺杂量为所述掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的6～25％。
2.根据权利要求1所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述Ti的掺杂量为所述掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的11～20％。
3.根据权利要求1或2所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述掺Ti的无氢非晶碳膜中，形成SP3键合结构的碳原子占碳原子总数的90％或以上。
4.根据权利要求3所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述掺Ti的无氢非晶碳膜中还掺杂有附加元素，所述附加元素选自元素W、元素Ta、元素Fe、元素Ni、元素Cr、元素Cu、元素Ru、元素Au及元素Mo中的一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述掺Ti的无氢非晶碳膜的厚度为0.1～3μm。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述基体的材料为不锈钢或碳素工具钢。
7.根据权利要求6所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述刀具具有第一端和与所述第一端相对的第二端，其中所述第一端设置有刀刃，所述掺Ti的无氢非晶碳膜设置在所述刀刃至少一侧的部分或全部表面上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的带有镀膜的刀具，其特征在于，所述掺Ti的无氢非晶碳膜为附着在所述基体上的单层膜层。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的带有镀膜的刀具的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：在所述刀具的基体的至少部分表面上沉积掺Ti的无氢非晶碳膜，所述掺Ti的无氢非晶碳膜中可选地掺杂有附加元素。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，利用FCVA法、磁控溅射镀膜法或离子束镀膜法在所述基体的至少部分表面上沉积所述掺Ti的无氢非晶碳膜。
11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
提供所述基体；
去除所述基体表面的油污和氧化物杂质，得到待镀膜基体；以及
将所述待镀膜基体置于真空环境中，利用石墨靶材和钛靶材以及可选的附加元素的靶材，以所述FCVA法在所述待镀膜基体表面沉积所述掺Ti的无氢非晶碳膜，形成所述带有镀膜的刀具。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，以所述FCVA法在所述待镀膜基体表面沉积所述掺Ti的无氢非晶碳膜的步骤中，工艺温度为35～90℃。
13.根据权利要求11或12所述的制作方法，其特征在于，以所述FCVA法在所述待镀膜基体表面沉积所述掺Ti的无氢非晶碳膜的步骤中，所述待镀膜基体的镀膜表面与离子源之间的角度为43～45°，离子束能为600～750eV，束流为2.0～2.5mA/cm2，弯管电流为8～10A，沉积偏压为-95～-110V，沉积时间控制在40min～20h。
14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，去除所述基体表面的油污和氧化物杂质的步骤包括：
使用有机溶剂对所述基体进行振洗，然后烘干，得到一次处理基体；
使用氮气***直吹所述一次处理基体，得到二次处理基体；以及
用Ar离子对所述二次处理基体的表面进行溅射刻蚀，得到所述待镀膜基体。
15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，用Ar离子对所述二次处理基体的表面进行溅射刻蚀的步骤中，刻蚀时间为90～100s，氩气流量为10～11sccm，所述二次处理基体的表面与Ar离子束之间的角度为60～65°。
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