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一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法

文檔序號:3322723閱讀:389來源:國知局
一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。其技術(shù)方案是:刀刃(4)的化學成分及其含量是:B為1~10wt%,Mo為20~65wt%,Ni為1~15wt%,Mn為0.1~5wt%,Cr為1~25wt%,C為0.2~2wt%,余量為Fe。外加所述刀刃(4)的化學成分總量2~6wt%的成型劑,球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為48~200μm的刀刃粉末。再將刀具基材(2)澆鑄或鍛造為與刀具側(cè)面形狀相同的塊體,采用等靜壓方法將刀刃粉末壓制在刀具基材(2)的刀刃結(jié)合面(3)上。然后將得到的復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,以四個溫度段升溫至1100~1400℃,隨爐冷卻;最后進行線切割、打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。本發(fā)明制備的金屬陶瓷復合刀具具有高硬度、耐酸堿腐蝕、耐磨損和韌性好的特點。
【專利說明】一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復合刀具【技術(shù)領(lǐng)域】。具體地說,涉及一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的刀具產(chǎn)品已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)或生活上的要求,傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具切削高強材料時硬度不夠,時有沖擊破碎現(xiàn)象發(fā)生。在日常生活中,人們對家用刀具的要求也越來越高。家用刀具作為廚房的必備用具之一,常年處于水、水蒸氣、鹽和酸等環(huán)境中,這對家用刀具的耐蝕性是極大的考驗;同時家用刀具多用于切或割食物,因此對于家用刀具的強度和硬度也有較高的要求。
[0003]現(xiàn)有的家用刀具主要由金屬材質(zhì)和陶瓷材料制成,金屬材質(zhì)中以不銹鋼為主,因其具有高的塑韌性、耐蝕性和無磁性等特點備受人們的青睞,為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科技的進步奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。不銹鋼刀具不僅避免了鐵銹對人體健康的損害,還可以長期保持靚麗的外觀,因此在家用刀具使用中扮演著重要的角色。但是由于其硬度較低和耐磨性差,在使用過程中刀口易鈍,使用性能差。陶瓷刀具是近年來發(fā)展起來的一種新型刀具,具有高的硬度、耐磨性和抗高溫性能等特點。因此,在我國發(fā)展十分迅速。但是陶瓷刀具的致命缺陷就是脆性大和抗沖擊性能差,使用過程中容易斷裂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷,目的是提供一種具有高硬度、耐酸堿腐蝕、耐磨損和韌性好的金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。
[0005]為達到上述目的,本發(fā)明通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn):所述金屬陶瓷復合刀具由刀刃和刀身制備而成。
[0006]刀刃的化學成分及其含量是:B為I?10wt%,Mo為20?65wt%,Ni為I?15wt%,Mn為0.1?5wt%,Cr 為 I?25wt%,C 為 0.2?2wt%,余量為 Fe。
[0007]金屬陶瓷復合刀具的制備方法為:
步驟一、刀刃粉末的制備
按刀刃的化學成分及其含量進行配料,再外加所述刀刃的化學成分總量2?6wt%的成型劑,濕態(tài)球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為48?200μπι的刀刃粉末。
[0008]步驟二、刀具基材的處理
先將刀具基材澆鑄或鍛造為與刀具側(cè)面形狀相同的塊體,所述塊體的上表面為刀把面和刀刃結(jié)合面,再將所述塊體的表面進行打磨和清潔處理;刀具基材為不銹鋼鑄件或不銹鋼鍛件。
[0009]步驟三、復合刀具壓坯的制備
采用等靜壓方法將步驟一篩分所得刀刃粉末壓制在刀具基材的刀刃結(jié)合面上,得到復合刀具壓坯。
[0010]步驟四、復合刀具的燒結(jié)
將復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,先以3?1(TC /min速率從室溫升溫至35(T450°C,保溫30?60min ;再以3?10°C /min速率升溫至75(T850°C,保溫3(T60min ;然后以3?10°C /min速率升溫至90(Tl00(TC,保溫3(T60min ;最后以2?6°C /min速率升溫至110(Tl400°C,保溫3(T90min ;隨爐冷卻,即得到刀刃與刀具基材的結(jié)合體。
[0011]步驟五、金屬陶瓷復合刀具的加工
對刀刃與刀具基材的結(jié)合體進行線切割,得到金屬陶瓷復合刀具半成品,再對金屬陶瓷復合刀具半成品進行打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。
[0012]所述球磨中的磨球為硬質(zhì)合金球、鋼球和剛玉球中的一種。
[0013]所述成型劑為液體石蠟、硬脂酸鋅、聚乙烯醇縮丁醛無水乙醇溶液、橡膠汽油溶液中的一種。
[0014]所述燒結(jié)爐為真空燒結(jié)爐、熱等靜壓燒結(jié)爐和放電等離子體燒結(jié)爐中的一種。
[0015]所述線切割的切割方向垂直于刀刃結(jié)合面,切割厚度為I飛mm。
[0016]所述打磨和拋光是對切割后的刀具半成品先進行粗磨和細磨,再采用拋光膏、拋光劑進行拋光處理。
[0017]由于采用上述技術(shù)方案,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益之處在于:
本發(fā)明將具有高硬度、耐腐蝕、耐磨損和具有較好塑韌性的三元硼化物金屬陶瓷材料作為刀刃材料,將具有優(yōu)良塑韌性的不銹鋼作為刀身材料,充分利用不同材料的特點制備出最佳的金屬陶瓷復合刀具。
[0018]本發(fā)明中的刀刃粉末在燒結(jié)過程中經(jīng)原位反應(yīng)生成以硼化物陶瓷為硬質(zhì)相和以鐵基合金為粘結(jié)相的金屬陶瓷材料,使所制備的金屬陶瓷復合刀具的刀刃材料具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性并保持高硬度。
[0019]本發(fā)明制備的金屬陶瓷復合刀具中的刀身材料為不銹鋼材料,刀刃為鐵基金屬陶瓷材料,兩種材料都具有一定的韌性,這就解決了陶瓷刀具斷裂韌性不足,抗彎強度和抗熱沖擊性能較差的問題。
[0020]本發(fā)明制備的金屬陶瓷復合刀具中因刀刃材料反應(yīng)后得到鐵基金屬陶瓷,其粘結(jié)相為鐵,在燒結(jié)過程中,刀刃粉末會與刀刃結(jié)合面發(fā)生反應(yīng),最后會在刀刃和刀刃結(jié)合面之間形成一段過渡層,使得刀刃和刀具基材能非常好的結(jié)合在一起;同時由于刀刃的金屬陶瓷材料與刀具基材的不銹鋼材料的膨脹系數(shù)相近,避免了兩者之間因為熱漲收縮不同而帶來的開裂、變形等問題。
[0021]因此,本發(fā)明制備的金屬陶瓷復合刀具具有高硬度、耐酸堿腐蝕、耐磨損和韌性好的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明制備的一種金屬陶瓷復合刀具所采用的刀具基材(2)的示意圖;
圖2為圖1所述金屬陶瓷復合刀具的刀刃(4)與刀具基材(2)結(jié)合體的示意圖;
圖3為圖1所述金屬陶瓷復合刀具的半成品的示意圖。

【具體實施方式】
[0023]以下通過具體的實施方式對本發(fā)明做進一步的描述,但不應(yīng)理解為是本發(fā)明的限定。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)上述方案可做出各種形式的變化,凡是基于上述思想所做的變化都屬于本發(fā)明的范圍。
[0024]本【具體實施方式】中:所述打磨和拋光是對切割后的刀具半成品先進行粗磨和細磨,再采用拋光膏、拋光劑進行拋光處理。實施例中不再贅述。
[0025]實施例1
一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。所述金屬陶瓷復合刀具如圖3所示,由刀刃4和刀身5制備而成。
[0026]刀刃4的化學成分及其含量是:B為I?4wt%,Mo為20?36wt%,Ni為9?15wt%,Mn為2?5wt%,Cr 為 15?25wt%,C 為 0.8?2wt%,余量為 Fe。
[0027]金屬陶瓷復合刀具的制備方法為:
步驟一、刀刃粉末的制備
按刀刃4的化學成分及其含量進行配料,再外加所述刀刃4的化學成分總量2?4wt%的成型劑,濕態(tài)球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為48?150μπι的刀刃粉末。
[0028]步驟二、刀具基材的處理
先將刀具基材2澆鑄或鍛造為如圖1所示的與刀具側(cè)面形狀相同的塊體,所述塊體的上表面為刀把面I和刀刃結(jié)合面3,再將所述塊體的表面進行打磨和清潔處理。刀具基材2為不銹鋼鑄件或不銹鋼鍛件。
[0029]步驟三、復合刀具壓坯的制備
采用等靜壓方法將步驟一篩分所得刀刃粉末壓制在刀具基材2的刀刃結(jié)合面3上,得到復合刀具壓坯。
[0030]步驟四、復合刀具的燒結(jié)
將復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,先以5?1(TC /min速率從室溫升溫至40(T450°C,保溫30?60min ;再以5?10°C /min速率升溫至80(T850°C,保溫3(T60min ;然后以5?10°C /min速率升溫至95(Tl000°C,保溫3(T60min ;最后以2?6°C /min速率升溫至110(Tl250°C,保溫3(T90min ;隨爐冷卻,即得到刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體。
[0031]步驟五、金屬陶瓷復合刀具的加工
如圖2所示,對刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體沿虛線進行線切割,所述線切割的切割方向垂直于刀刃結(jié)合面3,切割厚度為f 3mm。得到如圖3所示的金屬陶瓷復合刀具半成品,再對金屬陶瓷復合刀具半成品進行打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。
[0032]本實施例所述球磨中的磨球為硬質(zhì)合金球。
[0033]本實施例所述成型劑為液體石蠟。
[0034]本實施例所述燒結(jié)爐為真空燒結(jié)爐。
[0035]實施例2
一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。所述金屬陶瓷復合刀具如圖3所示,由刀刃4和刀身5制備而成。
[0036]刀刃4的化學成分及其含量是:B為3?6wt%,Mo為30?48wt%,Ni為6?12wt%,Mn為2?5wt%,Cr 為 10?20wt%,C 為 0.8?2wt%,余量為 Fe。
[0037]金屬陶瓷復合刀具的制備方法為: 步驟一、刀刃粉末的制備
按刀刃4的化學成分及其含量進行配料,再外加所述刀刃4的化學成分總量2?4wt%的成型劑,濕態(tài)球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為48?150μπι的刀刃粉末。
[0038]步驟二、同實施例1的步驟二。
[0039]步驟三、同實施例1的步驟三。
[0040]步驟四、復合刀具的燒結(jié)
將復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,先以5?1(TC /min速率從室溫升溫至40(T450°C,保溫30?60min ;再以5?10°C /min速率升溫至80(T850°C,保溫3(T60min ;然后以5?10°C /min速率升溫至95(Tl000°C,保溫3(T60min ;最后以2?6°C /min速率升溫至115(Tl300°C,保溫3(T90min ;隨爐冷卻,即得到刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體。
[0041]步驟五、金屬陶瓷復合刀具的加工
如圖2所示,對刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體沿虛線進行線切割,所述線切割的切割方向垂直于刀刃結(jié)合面3,切割厚度為2?4mm。得到如圖3所示的金屬陶瓷復合刀具半成品,再對金屬陶瓷復合刀具半成品進行打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。
[0042]本實施例所述球磨中的磨球為鋼球。
[0043]本實施例所述成型劑為硬脂酸鋅。
[0044]本實施例所述燒結(jié)爐為熱等靜壓燒結(jié)爐。
[0045]實施例3
一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。所述金屬陶瓷復合刀具如圖3所示,由刀刃4和刀身5制備而成。
[0046]刀刃4的化學成分及其含量是:B為5?8wt%,Mo為40?55wt%,Ni為4?10wt%,Mn為0.1?3wt%,Cr 為 5?15wt%,C 為 0.2?1.5wt%,余量為 Fe。
[0047]金屬陶瓷復合刀具的制備方法為:
步驟一、刀刃粉末的制備
按刀刃4的化學成分及其含量進行配料,再外加所述刀刃4的化學成分總量3飛wt%的成型劑,濕態(tài)球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為75?200μπι的刀刃粉末。
[0048]步驟二、同實施例1的步驟二。
[0049]步驟三、同實施例1的步驟三。
[0050]步驟四、復合刀具的燒結(jié)
將復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,先以3?8°C /min速率從室溫升溫至35(T400°C,保溫3(T60min ;再以3?8°C /min速率升溫至75(T800°C,保溫3(T60min ;然后以3?8°C /min速率升溫至9(KT95(TC,保溫3(T60min ;最后以2?6°C /min速率升溫至12(KTl35(TC,保溫3(T90min ;隨爐冷卻,即得到刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體。
[0051]步驟五、金屬陶瓷復合刀具的加工
如圖2所示,對刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體沿虛線進行線切割,所述線切割的切割方向垂直于刀刃結(jié)合面3,切割厚度為3飛mm。得到如圖3所示的金屬陶瓷復合刀具半成品,再對金屬陶瓷復合刀具半成品進行打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。
[0052]本實施例所述球磨中的磨球為剛玉球。
[0053]本實施例所述成型劑為聚乙烯醇縮丁醛無水乙醇溶液。
[0054]本實施例所述燒結(jié)爐為放電等離子體燒結(jié)爐。
[0055]實施例4
一種金屬陶瓷復合刀具及其制備方法。所述金屬陶瓷復合刀具如圖3所示,由刀刃4和刀身5制備而成。
[0056]刀刃4的化學成分及其含量是:B為7?10wt%,Mo為50?65wt%,Ni為I?6wt%,Mn為
0.1?3wt%,Cr 為 I?8wt%,C 為 0.2?1.5wt%,余量為 Fe。
[0057]金屬陶瓷復合刀具的制備方法為:
步驟一、刀刃粉末的制備
按刀刃4的化學成分及其含量進行配料,再外加所述刀刃4的化學成分總量3飛wt%的成型劑,濕態(tài)球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為75?200μπι的刀刃粉末。
[0058]步驟二、同實施例1的步驟二。
[0059]步驟三、同實施例1的步驟三。
[0060]步驟四、復合刀具的燒結(jié)
將復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,先以3?8°C /min速率從室溫升溫至35(T400°C,保溫30?60min ;再以3?8°C /min速率升溫至75(T800°C,保溫30?60min ;然后以3?8°C /min速率升溫至9(KT95(TC,保溫3(T60min ;最后以2?6°C /min速率升溫至120(Tl40(rC,保溫3(T90min ;隨爐冷卻,即得到刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體。
[0061]步驟五、金屬陶瓷復合刀具的加工
如圖2所示,對刀刃4與刀具基材2的結(jié)合體沿虛線進行線切割,所述線切割的切割方向垂直于刀刃結(jié)合面3,切割厚度為2?4mm。得到如圖3所示的金屬陶瓷復合刀具半成品,再對金屬陶瓷復合刀具半成品進行打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。
[0062]本實施例所述球磨中的磨球為硬質(zhì)合金球。
[0063]本實施例所述成型劑為橡膠汽油溶液。
[0064]本實施例所述燒結(jié)爐為真空燒結(jié)爐。
[0065]本【具體實施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益之處在于:
本【具體實施方式】將具有高硬度、耐腐蝕、耐磨損和具有較好塑韌性的三元硼化物金屬陶瓷材料作為刀刃材料,將具有優(yōu)良塑韌性的不銹鋼作為刀身材料,充分利用不同材料的特點制備出最佳的金屬陶瓷復合刀具。
[0066]本【具體實施方式】中的刀刃粉末在燒結(jié)過程中經(jīng)原位反應(yīng)生成以硼化物陶瓷為硬質(zhì)相和以鐵基合金為粘結(jié)相的金屬陶瓷材料,使所制備的金屬陶瓷復合刀具的刀刃4材料具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性并保持高硬度。
[0067]本【具體實施方式】制備的金屬陶瓷復合刀具中的刀身5材料為不銹鋼材料,刀刃4為鐵基金屬陶瓷材料,兩種材料都具有一定的韌性,這就解決了陶瓷刀具斷裂韌性不足,抗彎強度和抗熱沖擊性能較差的問題。
[0068]本【具體實施方式】制備的金屬陶瓷復合刀具中因刀刃4材料反應(yīng)后得到鐵基金屬陶瓷,其粘結(jié)相為鐵,在燒結(jié)過程中,刀刃粉末會與刀刃結(jié)合面3發(fā)生反應(yīng),最后會在刀刃4和刀刃結(jié)合面3之間形成一段過渡層,使得刀刃4和刀具基材2能非常好的結(jié)合在一起;同時由于刀刃4的金屬陶瓷材料與刀具基材2的不銹鋼材料的膨脹系數(shù)相近,避免了兩者之間因為熱漲收縮不同而帶來的開裂、變形等問題。
[0069]因此,本【具體實施方式】制備的金屬陶瓷復合刀具具有高硬度、耐酸堿腐蝕、耐磨損和韌性好的特點。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬陶瓷復合刀具的制備方法,其特征在于所述金屬陶瓷復合刀具由刀刃(4)和刀身(5)制備而成; 刀刃(4)的化學成分及其含量是:B為I?10wt%,Mo為20?65wt%,Ni為I?15wt%,Mn為0.1?5wt%,Cr 為 I?25wt%,C 為 0.2?2wt%,余量為 Fe ; 金屬陶瓷復合刀具的制備方法為: 步驟一、刀刃粉末的制備 按刀刃(4)的化學成分及其含量進行配料,再外加所述刀刃(4)的化學成分總量2^6wt%的成型劑,濕態(tài)球磨,真空干燥,篩分,得到粒徑為48?200μπι的刀刃粉末; 步驟二、刀具基材的處理 先將刀具基材(2)澆鑄或鍛造為與刀具側(cè)面形狀相同的塊體,所述塊體的上表面為刀把面(I)和刀刃結(jié)合面(3),再將所述塊體的表面進行打磨和清潔處理;刀具基材(2)為不銹鋼鑄件或不銹鋼鍛件; 步驟三、復合刀具壓坯的制備 采用等靜壓方法將步驟一篩分所得刀刃粉末壓制在刀具基材(2)的刀刃結(jié)合面(3)上,得到復合刀具壓坯; 步驟四、復合刀具的燒結(jié) 將復合刀具壓坯置入燒結(jié)爐中,先以3?1(TC /min速率從室溫升溫至35(T450°C,保溫30?60min ;再以3?10°C /min速率升溫至75(T850°C,保溫3(T60min ;然后以3?10°C /min速率升溫至90(Tl00(TC,保溫3(T60min ;最后以2?6°C /min速率升溫至110(Tl400°C,保溫3(T90min ;隨爐冷卻,即得到刀刃(4)與刀具基材(2)的結(jié)合體; 步驟五、金屬陶瓷復合刀具的加工 對刀刃(4)與刀具基材(2)的結(jié)合體進行線切割,得到金屬陶瓷復合刀具半成品,再對金屬陶瓷復合刀具半成品進行打磨和拋光處理,得到金屬陶瓷復合刀具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復合刀具的制備方法,其特征在于所述球磨中的磨球為硬質(zhì)合金球、鋼球和剛玉球中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復合刀具的制備方法,其特征在于所述成型劑為液體石蠟、硬脂酸鋅、聚乙烯醇縮丁醛無水乙醇溶液、橡膠汽油溶液中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復合刀具的制備方法,其特征在于所述燒結(jié)爐為真空燒結(jié)爐、熱等靜壓燒結(jié)爐和放電等離子體燒結(jié)爐中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復合刀具的制備方法,其特征在于所述線切割的切割方向垂直于刀刃結(jié)合面(3),切割厚度為1?5_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復合刀具的制備方法,其特征在于所述打磨和拋光是對切割后的刀具半成品先進行粗磨和細磨,再采用拋光膏、拋光劑進行拋光處理。
7.一種金屬陶瓷復合刀具,其特征在于所述金屬陶瓷復合刀具是根據(jù)權(quán)利要求1飛項中任一項所述金屬陶瓷復合刀具的制備方法所制備的金屬陶瓷復合刀具。
【文檔編號】C22C38/54GK104289720SQ201410599716
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】潘應(yīng)君, 張恒, 陸旭鋒 申請人:武漢科技大學
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