CN117127142A - 一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢刀具技术领域，具体为一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺。方案以SUS不锈钢作为刀具材质，加工形成不锈钢刀具基体，先将其置于丙酮中超声清洗除油，再通过无水乙醇、去离子水清洗，氮气吹干后在不锈钢刀具基体的表面离子渗氮、溅射沉积硬质层，以制得具有高硬度、耐磨性能优异的不锈钢刀具，且保证不锈钢刀具的抗菌性能较为优异，实用性更高。本申请公开了一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺，整体工艺步骤简便，制备得到的不锈钢刀具不仅具有较高的表面硬度，而且耐磨性能优异，还具有较好的抗菌性能，实用性较高。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢刀具技术领域，具体为一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺。
背景技术
奥氏体不锈钢由于其优异的性能广泛应用在厨卫用具、食品包装、医疗器械等领域，SUS304不锈钢是现有常用的不锈钢刀具材质，其具有较高的强度和表面硬度，但其抗菌性能较差，实际使用时存在细菌污染的风险，因此，对于不锈钢刀具的抗菌性能研发成为我们的热门项目。
与此同时，对于不锈钢的表面硬度和耐磨性能，实际使用时同样具备较高的要求，基于该情况，本申请公开了一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺，以解决该技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗20～30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗20～30min，去离子水冲洗，氮气吹干；
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；
再以铜银合金为源极靶材，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8～1.0Pa，沉积温度为350～400℃，偏压为150V，通入氮气，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，得到成品不锈钢刀具。
较优化的方案，步骤(1)中，不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢；步骤(2)中，不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.4～0.5mm，孔径为5～6mm。
较优化的方案，步骤(2)中，渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为500～520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180～200Pa，氨气流量为180～200mL/min，离子渗氮保温时间为5～6h。
较优化的方案，步骤(2)中，复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为100～120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300～350Pa，渗氮温度为370～380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为5～6h，工作偏压为250～300V。
较优化的方案，步骤(2)中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为10～30mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为(2～3)：1；铜银合金为Cu-3Ag或Cu-4Ag。
较优化的方案，步骤(3)中，氮气流量为50sccm，过渡层溅射沉积时间为10～15min；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.5～0.6kw，硬质层溅射沉积时间为3～4h。
较优化的方案，步骤(4)中，若干个纵向排列的菱形结构的中心位于一条直线上，若干个横向排列的菱形结构的中心位于一条直线上，且每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层；所述菱形结构的边长为200～300μm，相邻两个菱形结构的间距为200～300μm。
较优化的方案，根据以上任意一项所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺加工得到的不锈钢刀具。
较优化的方案，步骤(4)中，激光加工采用飞秒激光，功率为3～5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为3～4mm/s。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明公开了一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺，方案以SUS不锈钢作为刀具材质，加工形成不锈钢刀具基体，先将其置于丙酮中超声清洗除油，再通过无水乙醇、去离子水清洗，氮气吹干后在不锈钢刀具基体的表面离子渗氮、溅射沉积硬质层，以制得具有高硬度、耐磨性能优异的不锈钢刀具，且保证不锈钢刀具的抗菌性能较为优异，实用性更高。
在本方案中，本申请先在不锈钢刀具表面离子渗氮，并通过稀土辅助催渗，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为(2～3)：1，通过稀土促进渗氮，在不锈钢刀具基体表面形成渗氮层，从而提高产品的硬度和耐磨性能；但本申请与常规渗氮工艺不同，方案将常规稀土离子渗氮分割为两阶段工艺，第一阶段先在稀土催渗下离子渗氮5～6h形成渗氮层，再在第二阶段中采用活性屏离子渗氮，活性屏采用均匀开孔的SUS304不锈钢片，源级靶材为铜银合金，从而在渗氮层表面形成Ag-Cu-N复合渗层，该步骤能够保证不锈钢刀具具有优异的抗菌性能。
在此方案基础上，本申请以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层，从而提高产品的耐磨性能和表面硬度；同时，为进一步提高刀具的表面耐磨损性能，方案还在硬质层表面激光加工形成图案，方案采用若干个菱形结构凹坑，若干个菱形结构横向排列，且每行菱形结构的中心位于一条直线上，若个个菱形结构纵向排列，且每列的菱形结构的中心位于一条直线上，所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm；通过该菱形结构的设计能够有效提高不锈钢刀具的表面耐磨性能。
同时，本申请还限定了“每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层”，其原因在于：由于本申请在复合渗层中引入铜银合金，以保证抗菌性能，但该渗层的引入会降低不锈钢刀具的表面硬度和耐磨性能，为改善该性能，本申请溅射沉积形成硬质层，但硬质层的存在同样会对抗菌性能造成影响，因此，本方案在激光加工时限定其加工厚度，菱形结构的上半部分深度雕刻至暴露出复合渗层，即厚度为过渡层、硬质层总和；下半部分为雕刻至暴露出过渡层，即厚度为硬质层厚度，这样不仅能够提高产品耐磨性，而且保证了抗菌性能。
另一较优化的方案，为简化加工工艺，本申请在实际加工时，还可以考虑不对同一个菱形结构进行限定，而是对相邻两个菱形结构的厚度进行限定，设计为暴露出复合渗层的菱形结构A、暴露出过渡层的菱形结构B；每行每列通过A-B-A-B交错设置，该方案同样能够保证产品的抗菌性能。
本申请公开了一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺，整体工艺步骤简便，制备得到的不锈钢刀具不仅具有较高的表面硬度，而且耐磨性能优异，还具有较好的抗菌性能，实用性较高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中，AlCrTiSi靶材中Al：Cr：Ti：Si的原子比为50：20：20：10；CrMo靶材中Cr：Mo原子比为80：20。
实施例1：一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗20min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗20min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-3Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为5h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.5kw，硬质层溅射沉积时间为3h。
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，若干个纵向菱形结构的中心位于一条直线上，横向纵向菱形结构的中心位于一条直线上，且每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层；所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm。得到成品不锈钢刀具。
实施例2：一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗25min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗25min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5.5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-4Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为5.5h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.5kw，硬质层溅射沉积时间为3.5h。
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，若干个纵向菱形结构的中心位于一条直线上，横向纵向菱形结构的中心位于一条直线上，且每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层；所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm。得到成品不锈钢刀具。激光加工采用飞秒激光，功率为5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为4mm/s。
实施例3：一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗30min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5.5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-4Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为6h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.6kw，硬质层溅射沉积时间为4h。
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，若干个纵向菱形结构的中心位于一条直线上，横向纵向菱形结构的中心位于一条直线上，且每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层；所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm。得到成品不锈钢刀具。激光加工采用飞秒激光，功率为5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为4mm/s。
实施例4：一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗30min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5.5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-4Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为6h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.6kw，硬质层溅射沉积时间为4h。
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，若干个纵向菱形结构的中心位于一条直线上，横向纵向菱形结构的中心位于一条直线上，所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm。得到成品不锈钢刀具。激光加工采用飞秒激光，功率为5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为4mm/s。激光加工时加工暴露出复合渗层的菱形结构A、暴露出过渡层的菱形结构B；每行每列通过A-B-A-B交错设置。
对比例1：以实施例3为对照组，对比例1中并未进行激光图案加工，其余步骤参数与实施例3一致。
一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗30min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5.5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-4Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为6h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；得到成品不锈钢刀具。AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.6kw，硬质层溅射沉积时间为4h。
对比例2：以实施例3为对照组，对比例2中并未对激光图案的深度进行限定，其余步骤参数与实施例3一致。
一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗30min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5.5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-4Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为6h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.6kw，硬质层溅射沉积时间为4h。
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，若干个纵向菱形结构的中心位于一条直线上，横向纵向菱形结构的中心位于一条直线上，所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm。得到成品不锈钢刀具。激光加工采用飞秒激光，功率为5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为4mm/s。每个菱形结构的激光雕刻深度至暴露出过渡层。
对比例3：以实施例3为对照组，对比例3中限定CrMo靶材功率为0.3kw，其余步骤参数与实施例3一致。
一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗30min，去离子水冲洗，氮气吹干；不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢。
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180Pa，氨气流量为180mL/min，离子渗氮保温时间为5.5h。
再以铜银合金为源极靶材，铜银合金为Cu-4Ag，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，渗氮温度为380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为6h，工作偏压为250V。不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.5mm，孔径为5mm。
以上渗氮步骤中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为20mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为3：1。
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8Pa，沉积温度为400℃，偏压为150V，通入氮气，氮气流量为50sccm，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层，过渡层溅射沉积时间为15min；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.3kw，硬质层溅射沉积时间为4h。
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，若干个纵向菱形结构的中心位于一条直线上，横向纵向菱形结构的中心位于一条直线上，且每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层；所述菱形结构的边长为200μm，相邻两个菱形结构的间距为300μm。得到成品不锈钢刀具。激光加工采用飞秒激光，功率为5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为4mm/s。
检测实验：
1、取实施例1～4、对比例1～3制备的成品不锈钢刀具，对其表面进行摩擦磨损实验，测试温度为25℃，实验时对摩副为直径6.0mm的氧化铝球，线速度为10mm/s，法向载荷为5N，摩擦圈数为5000圈，摩擦半径为6mm，测试并记录其摩擦磨损率。
2、取实施例1～4，对比例1～3制备的成品不锈钢刀具，测试其表面硬度。
3、抗菌性：平板计数法测试，将实施例1～4、对比例1～3制备的试样经过高温消毒12h，将金黄色葡萄球菌接枝至液体培养基中，培养12h，培养温度为37℃，摇床转速为120r/min，测量菌种浓度后稀释至10-5CFU/ml，再将试样放入12孔板中，将稀释后的菌液涂布至试样表面，培养箱培养24h，温度为37℃，计算抗菌率。
结论：本申请公开了一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺，整体工艺步骤简便，制备得到的不锈钢刀具不仅具有较高的表面硬度，而且耐磨性能优异，还具有较好的抗菌性能，实用性较高。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)
1.一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将不锈钢刀具基体置于丙酮中，超声清洗20～30min，去离子水冲洗，再置于无水乙醇中超声清洗20～30min，去离子水冲洗，氮气吹干；
(2)在不锈钢刀具基体表面离子渗氮，稀土辅助催渗，形成含有渗氮层的不锈钢刀具基体；
再以铜银合金为源极靶材，以均匀开孔的不锈钢片为活性屏，在不锈钢刀具基体渗氮层表面进行活性屏渗氮，稀土辅助催渗，形成含有复合渗层的不锈钢刀具基体；
(3)取含有复合渗层的不锈钢刀具基体，抽真空至3.0×10-3Pa，通入氩气调整沉积压强为0.8～1.0Pa，沉积温度为350～400℃，偏压为150V，通入氮气，以纯Cr为靶材，在复合渗层表面磁控溅射过渡层；再以AlCrTiSi靶材、CrMo靶材配合，在过渡层表面溅射硬质层；
(4)取含有硬质涂层的不锈钢刀具基体，表面激光加工形成图案，激光加工图案为若干个菱形结构，得到成品不锈钢刀具。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(1)中，不锈钢刀具基体为SUS304不锈钢；步骤(2)中，不锈钢片为SUS304不锈钢，不锈钢片厚度为0.4～0.5mm，孔径为5～6mm。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(2)中，渗氮层的具体工艺参数为：渗氮温度为500～520℃，渗氮气源为氨气，炉内压力为180～200Pa，氨气流量为180～200mL/min，离子渗氮保温时间为5～6h。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(2)中，复合渗层的具体工艺参数为：调整氨气流量为100～120mL/min，通入氢气，控制氮气、氢气流量比为1：3，炉内压力为300～350Pa，渗氮温度为370～380℃，脉冲电压为650V，电流为20A，渗氮时间为5～6h，工作偏压为250～300V。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(2)中，稀土与不锈钢刀具基体的距离为10～30mm，稀土为稀土铈、稀土镧混合物，质量比为(2～3)：1；铜银合金为Cu-3Ag或Cu-4Ag。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(3)中，氮气流量为50sccm，过渡层溅射沉积时间为10～15min；AlCrTiSi靶材功率为2.0kw，CrMo靶材功率为0.5～0.6kw，硬质层溅射沉积时间为3～4h。
7.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(4)中，若干个纵向排列的菱形结构的中心位于一条直线上，若干个横向排列的菱形结构的中心位于一条直线上，且每个菱形结构的上半部分激光雕刻深度至暴露出复合渗层，下半部分激光雕刻深度至暴露出过渡层；所述菱形结构的边长为200～300μm，相邻两个菱形结构的间距为200～300μm。
8.根据权利要求1所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(4)中，激光加工采用飞秒激光，功率为3～5W，扫描频率为50KHz，扫描速度为3～4mm/s。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的一种抗菌硬质不锈钢刀具的加工工艺加工得到的不锈钢刀具。
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| CN202311292832.0A CN117127142A (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种抗菌硬质不锈钢刀具及其加工工艺 |
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2023
- 2023-10-08 CN CN202311292832.0A patent/CN117127142A/zh active Pending
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