一種抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具及其制備方法。其技術(shù)方案是：將待處理的不銹鋼刀具刀刃朝上豎直地置于高能離子注入機中，先對待處理的不銹鋼刀具表面進(jìn)行離子清洗，再進(jìn)行銀離子注入，然后進(jìn)行氮離子注入，即得抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具。其中：待處理的不銹鋼刀具中Cr含量為12~32wt%；銀離子注入的工作條件是：離子源加速電壓為10~100KV；銀離子注入劑量為5.0×1015~1.0×1019ions/cm2。氮離子注入的工作條件是：離子源加速電壓為10~100KV；氮離子注入劑量為5.0×1015~1.0×1019ions/cm2。本發(fā)明具有處理速度快、加工簡單和無污染的特點；所制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具耐磨性好、硬度高、使用壽命長、能保持刀具原形貌和具有良好的持久抗菌性能。
【專利說明】一種抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不銹鋼刀具【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]不銹鋼刀具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對不銹鋼性能要求也越來越高。由于刀具在日常生活中長時間接觸水或有機物等介質(zhì)，刀具容易被腐蝕、滋生細(xì)菌等進(jìn)而影響人們的健康，加之使用時發(fā)生卷邊甚至缺口而影響刀具的使用和美觀。為了克服不銹鋼硬度問題，通常對不銹鋼進(jìn)行滲氮、滲碳或碳氮共滲，提高不銹鋼的表面硬度和耐磨性，現(xiàn)有的工藝有:
I)化學(xué)滲入?！疤嵘R氏體不銹鋼表面硬度的方法”(CN200710127264.3)專利技術(shù)的工藝過程是:利用混合氣體中的氫氣將不銹鋼的氧化膜還原，使丙烷所提供的碳原子更容易進(jìn)入不銹鋼基底中，丙烷的流量控制在0.05、.08公升/分鐘，加熱爐溫度920°C以上，所述的混合氣體是氨氣分解氣體和甲烷，通過該方法處理的馬氏體不銹鋼的表面維氏硬度值為700~760?！榜R氏體不銹鋼滲碳方法及其制品”(CN200710050131.0)專利技術(shù)的工藝過程是:在甲苯氣氛中于95(T100(TC溫度范圍內(nèi)滲碳，滲碳前做預(yù)處理，去除油污和鈍化膜，滲碳后做熱處理，通過該方法處理后的馬氏體不銹鋼的表面硬度HRC ^ 55 (相當(dāng)于維氏硬度值600)?！榜R氏體不銹鋼氮碳共滲方法及其制品”(CN200810046438.8)專利技術(shù)的工藝過程是:將制品的半成品經(jīng)調(diào)質(zhì)處理、去除油污及鈍化膜后，在氨氣和二氧化碳?xì)夥罩杏?5(T560 °C溫度范圍內(nèi)氮碳共滲，通過該方法處理后的馬氏體不銹鋼的共滲層深度^ 0.05_，共滲層表面維氏硬度值> 509。
[0003]2)低能離子滲入。“奧氏體不銹鋼精密硬化方法及設(shè)備”(CN200810067779.3)專利技術(shù)的工藝過程是:將工件在38(T450°C的溫度下進(jìn)行離子滲氮或離子碳氮共滲硬化處理I飛h，工作真空度為10(T500Pa，工作電壓為40(T800V，所得不銹鋼表面維氏硬度值> 500。
[0004]上述表面處理的方法可改變不銹鋼的表面硬度，提高其使用壽命，但是這些方式對于刀具產(chǎn)品處理存在著嚴(yán)重的不足:①高溫處理過程導(dǎo)致刀刃變形，工作時真空度低導(dǎo)致表面氧化，這樣處理的刀具產(chǎn)品鋒利度下降；②熱處理和滲碳處理導(dǎo)致刀具表面形貌發(fā)生改變，影響刀刃的精度和表面光潔度，影響刀具使用壽命，尤其不適合刀具處理；③滲入需要控制的條件多，碳、氮的滲入量不易控制，影響刀具產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0005]在不銹鋼加入銀離子雖能使不銹鋼具有抗菌性能，但是存在諸多的不足:①冶煉中加入銀制備的含銀不銹鋼，由于在整個不銹鋼中均加入銀，使得生產(chǎn)成本高；②通過擴散沉積的方式在不銹鋼表面加入銀離子，一般在高溫下進(jìn)行，容易使刀刃變形，不適合對刀具產(chǎn)品的加工通過離子注入在不銹鋼表面加入銀離子，由于離子注入銀離子量相對較少并且離子注銀的不銹鋼表面耐磨性并未改善，一段時間使用后，表面的銀離子脫落而大量減少，抗菌性能明顯下降。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種加工簡單、處理速度快和無污染的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法；用該方法制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具耐磨性好、硬度高、使用壽命長，能保持刀具原形貌和具有良好的持久抗菌性能。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:將待處理的不銹鋼刀具刀刃朝上豎直地置于高能離子注入機中，先對待處理的不銹鋼刀具表面進(jìn)行離子清洗，再進(jìn)行銀離子注入，然后進(jìn)行氮離子注入，即得抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具。
[0008]所述待處理的不銹鋼刀具中Cr含量為12~32wt%。
[0009]所述離子清洗的清洗源工作條件是:燈絲電流5~15A ;電弧電壓2(T80V ;引出電壓1~5 KV ;引出電流 2(T80mA。
[0010]所述銀離子注入的工作條件是:真空室壓力為1.0X 10_3~3.0X 10_3 Pa ;離子源加速電壓為10~100 KV ;銀離子注入劑量為5.0X IO15~1.0XlO19 ions/cm2。
[0011]所述氮離子注入的工作條件是:真空室壓力為1.0X10_3~3.0X10_3 Pa;離子源加速電壓為10~100 KV ;氮離子注入劑量為5.0X IO15~1.0XlO19 ions/cm2。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明用高能離子束入射到不銹鋼刀具表面，不改變不銹鋼刀具的尺寸；離子注入過程在室溫下進(jìn)行，并且對工件臺提供水冷，不會引起不銹鋼刀具的高溫變形，對刀具刃口硬化效果更好；刀具刀刃豎直朝上放置在工件臺上，可大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低廉，工藝簡單，處理速度快，處理過程無污染 。
[0013]本發(fā)明對待處理不銹鋼刀具采用清洗源去除表面的鈍化層，然后在高真空條件下注入銀和氮離子生成一層硬化膜，這層硬化膜和不銹鋼基體間結(jié)合牢固，提高了抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的使用壽命。
[0014]本發(fā)明在不銹鋼刀具表面生成的硬化膜可通過調(diào)節(jié)注入時間和加速電壓，能精確控制銀和氮離子注入的劑量和注入深度，硬化膜厚度為0.02^20 μ m,有利于產(chǎn)品的質(zhì)量控制，離子注入銀和氮后的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的維氏硬度為300-1200，摩擦系數(shù)下降了10-45%，表面硬度得到了很大提高，耐磨性也得到顯著提高。
[0015]本發(fā)明制備的硬質(zhì)抗菌不銹鋼刀具，由于其良好的耐磨性和具有抗菌的效果的銀離子注入，抗菌率達(dá)85%以上，且具有優(yōu)良的持久抗菌能力。
[0016]因此，本發(fā)明具有處理速度快、加工簡單和無污染的特點；所制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具耐磨性好、硬度高、使用壽命長、能保持原刀具形貌和具有良好的持久抗菌性能。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對其保護范圍的限制。
[0018]為了避免重復(fù)，先將本【具體實施方式】所涉及的技術(shù)參數(shù)和檢測所制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具性能的方法統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述:
1、所述待處理的不銹鋼刀具中Cr含量為12~32wt%。
[0019]2、所述離子清洗的清洗源工作條件是:燈絲電流5~15A ;電弧電壓2(T80V ;引出電壓廣5 KV ;引出電流2(T80mA。
[0020]3、所制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的性能檢測方法I)摩擦測試:利用微型摩擦磨損試驗機對本【具體實施方式】制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具(切成大小為20mmX 20mm切片)進(jìn)行摩擦測試，摩擦副由在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的盤和位于它上端固定的鋼珠組成，它們之間構(gòu)成了點面接觸，盤轉(zhuǎn)動，鋼珠固定，實驗載荷為50g，轉(zhuǎn)速為200r/min,軌跡半徑為3mm,室溫下進(jìn)行。摩擦副為GCrl5鋼珠,直徑為3mm。
[0021]2)硬度測試:采用HX-1000顯微硬度計對本【具體實施方式】制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具(切成大小20mmX20mm的切片)進(jìn)行硬度測試，試驗載荷25g，加載時間為20s，表面顯微硬度測試是在本【具體實施方式】制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具表面平行等距離取5個點，取平均值。
[0022]3)抗菌性能檢驗
抗菌性能檢驗是采用瓊脂平板法，使用菌種為大腸桿菌，具體操作步驟如下:
(1)用含75%乙醇的將待處理不銹鋼刀具和本【具體實施方式】制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具(切成大小20mmX20mm的切片)的試樣分別洗凈,脫脂,滅菌并晾干。
[0023](2)將大腸桿菌分散在1/500NB溶液中。
[0024](3)將菌液接種到試樣上并在試樣上覆蓋薄膜。
[0025](4)將表面滴有菌液的試樣入溫度37°C、濕度90%以上的培養(yǎng)箱內(nèi)做24h細(xì)菌培養(yǎng)。
[0026](5)用瓊脂培養(yǎng)法(溫度37°C、濕度90%以上、時間24h)測定活菌數(shù)。
[0027](6)每個樣品均重復(fù)3次，取平均值?？咕阅苡脺缇蕘碓u價，滅菌率用下式計算:
【權(quán)利要求】
1.一種抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法，其特征在于，將待處理的不銹鋼刀具刀刃朝上豎直地置于高能離子注入機中，先對待處理的不銹鋼刀具表面進(jìn)行離子清洗，再進(jìn)行銀離子注入，然后進(jìn)行氮離子注入，即得抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法，其特征在于所述待處理的不銹鋼刀具中Cr含量為12~32wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法，其特征在于所述離子清洗的清洗源工作條件是:燈絲電流5~15A;電弧電壓2(T80V;引出電壓廣5 KV;引出電流20~80mA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法，其特征在于所述銀離子注入的工作條件是:真空室壓力為1.0X10^3.0X10^ Pa ;離子源加速電壓為10~100 KV ;銀離子注入劑量為 5.0X IO15~1.0X IO19 ions/cm2ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法，其特征在于所述氮離子注入的工作條件是:真空室壓力為1.0X10^3.0X10^ Pa ;離子源加速電壓為10~100 KV ;氮離子注入劑量為 5.0X IO15~1.0X IO19 ions/cm2ο
6.一種抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具，其特征在于所述抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具是根據(jù)權(quán)利要求1~5項中任一項所述抗 菌硬質(zhì)不銹鋼刀具的制備方法所制備的抗菌硬質(zhì)不銹鋼刀具。
【文檔編號】C23C14/48GK103526175SQ201310544089
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】倪紅衛(wèi), 張超, 陳榮生, 詹瑋婷, 王紫陽, 張博威, 李有維, 李積回 申請人:武漢科技大學(xué), 陽江十八子集團有限公司