CN100365166C - 一种刀具及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刀具及其加工方法，该刀具包括刀体、刀刃和刀柄组成，其特征在于刀刃上用激光熔覆有纳米碳纤维、纳米陶瓷、粘接剂和微米级硬质合金组成的混合体的合金强化涂覆层，得到覆层均匀、高耐磨的刀具刃口。经过改进的这种刀具在刀具刃口产生一层致密、均匀、并与基体冶金结合的涂层。实现硬度、应力和材质的梯度过渡，使刀具耐磨、抗冲击、锋利且涂层不易脱落，从而延长刀具使用寿命。
Description
技术领域
一种刀具及其加工方法，尤其适用于厨刀、园林用刀及木工、切纸、皮革用刀及其加工方法。
背景技术
国外的刀具，基体刃口涂层一般为钨铬硬质合金，粒径约50～100μm，金相分析其基体组织是马氏体不锈钢，调质状态。 主要问题：涂层与基体为非冶金结合，涂层与基体有明显的结合线，硬度、应力、材质等过渡不够平缓，涂层分析为等离子喷涂制作，易造成涂层剥落、蹦刃等问题。解剖德国“双立人”餐刀，基体化学分析刀刃涂层为钨铬硬质合金，粒径约50～100μm。显微硬度测试结果
| HV0.2/15s | |||||
| 基体 | 565 | 564 | 563 | 560 | 570 |
| 喷涂层 | 1060 | 1054 | 1122 | 1027 | 939 |
| 涂层厚度 | 0.035mm | ||||
12金相分析：基体组织：回火索氏体和碳化物，判定是马氏体不锈钢，调质状态。
国内刀具均为整体制造，如厨刀采用3Cr13马氏体不锈钢为主，整体热处理得到，硬度及耐磨性较差；也有用双金属复合钢板制造，如竹木用刀在刃口用钎焊镶嵌高速钢或硬质合金的方法制造，主要问题是工序复杂、成本高，对于硬质合金刃口，由于材料本身的脆性而受到长度的限制，容易在制造或使用过程中出现硬质合金刃口断裂现象。在国内未见刃口激光涂层的刀具。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种刀具及其该刀具加工方法，通过刀具刃口激光熔覆一层合金强化涂覆层，使刀具刃口涂层致密、均匀、并与基体冶金结合，使刀具耐磨、抗冲击。
本发明的主要技术方案是：该刀具包括刀体、刀刃和刀柄，其特征在于刀刃上激光熔覆有纳米碳纤维、纳米陶瓷、粘接剂和微米级硬质合金混合体组成的合金化涂覆层。涂覆层厚度为20～1000μm，涂覆层宽度为4～20mm，其中纳米碳纤维直径5～50nm，长度10～50μm，主要为增强硬质陶瓷纤维，粘接剂为酚醛树脂或清漆。
该刀具的加工方法如下：其制作工艺过程包括制作刀坯，单面开大刃小刃，刀刃用酒精或松香水清洗，预热刀体后在开刃面喷涂混合合金，进行激光熔覆处理。其特征在于刀刃部分用激光熔覆技术将涂有纳米碳纤维、纳米陶瓷、微米级超细硬质合金材料和粘接剂的混合体在刀具刃口形成一个合金强化涂覆层。所述微米级超细硬质合金材料是以下四种合金的任一种，其组成如下：第一种合金由纳米碳10％、钨碳合金15％、钨10％、钴3％、碳2％、镍60％组成；第二种合金由纳米碳10％、纳米陶瓷10％、12％＜钨＜18％、2％＜钴＜8％、镍60％及微量钨碳合金组成；第三种合金由纳米碳10％、纳米陶瓷10％、12％＜钨＜18％、2％＜钴＜8％、镍60％及微量三氧化二铝组成；第四种合金由钨碳合金55～70％、钨0.5～1％、钴5～20％、碳2％、钼1～2％、铬5～20％组成。刀具的加工中对刃口进行激光熔覆处理的激光工艺参数如下：对于刀体厚度≤2mm的刀具，激光机熔覆功率4~5KW，速度3～4mm/min，光斑10×2，用冷却水对刃口进行冷却；对于刀体厚度≥2mm的刀具，激光机熔覆功率3～4KW，速度2～3mm/min，光斑10×2，用冷却水对刃口进行冷却。所述激光熔覆处理采用CO2横流激光，并用冷却水对刃口进行冷却，然后对刀刃激光处理面进行抛光清洗处理，最后低温回火，完成刀具制作工艺。
经过改进的这种刀具在刃口产生一层致密、均匀并与基体冶金结合的合金化涂覆层，涂覆层的厚度根据刀具的应用领域范围从20～1000μm不等，对于厨刀厚度为20～80μm，对于园林、竹木、切纸等工业用刀合金化涂覆层厚度为0.2～1mm。实现了硬度、应力和材质的梯度过渡，使刀具耐磨、抗冲击、锋利且涂层不易脱落，从而延长刀具使用寿命。
附图说明：
图1本发明实施例1结构示意图
图2为图1的A-A剖面图
图3本发明实施例2的结构示意图
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明实施例作一详细说明，由图1可知该刀具(厨刀)由刀体2、刀刃1、刀柄3组成，刀具刃口的断面组织结构如图2所示，在刀刃1的单面熔覆有涂覆层4。表面涂覆层4硬度HV1000～1100、厚度：厨刀20～80μm，表面涂覆层4宽度4～20mm。其中纳米C纤维直径5～50nm，长度10～50μm，主要为增强硬质陶瓷纤维，对基体起增碳强化作用。以上合金混合粉占20％与粘结剂占80％构成糊状液体。工艺过程按照常规制作刀坯，单面开大刃小刃，刀刃1用酒精，松香水等清洗剂清洗，预热刀体2后喷涂混合合金，进行激光熔覆处理。刀体2材料为淬火态的3Cr13、4Cr13、5Cr15等马氏体型不锈钢，产品的规格按刀身长度(最长部位)不同分为1*～8*，有A、B两类，其规格尺寸参照QB/T1924～93《菜刀》标准。刃部硬化区面积占整体硬化带5面积的80％，回火带6宽度≤0.2mm。
对于园林、竹木用刀在靠近刃口处增加类似厨刀的激光覆层强化带，带宽为5～20mm，同时覆层中的合金渗入表层形成深度为0.2～1mm的合金化熔覆层。刀体2材料分别采用40Cr、40Mn、65Mn、60Si2Mn、42CrMo，以单面开刃为主，见图3示例。
实施例2，以木工刀为例，将制作步骤说明如下：
1、刀体9板料成型(与常规工艺一样)，并留有精加工余量；
2、刀具刃口10清洗或喷砂；
3、 在刃口10单面涂专用涂料，成份：混合稀土10～20％、10～20％合金、粘结剂70～80％，主要用途是提高对光的吸收以及表层合金化，其中合金组成为： WC 55～70％、Co 5～20％、Cr 5～20％、Mo 1～2％、W 0.5～1％、C 2％；
4、激光处理刃口10，形成0.2～1mm厚的合金强化涂覆层7及0.2～4mm的硬化带8，激光处理参数如下：
对于刀体厚度≤2mm的刀具，激光机熔覆处理刃口功率4～5KW，位移速度1～3mm/min，光斑10×2，用冷却水对刃口进行冷却；对于刀体厚度≥2mm的刀具，激光机熔覆功率3～4KW，速度0.5～2mm/min，光斑10×2，用冷却水对刃口进行冷却。
5、开刃磨刃：对激光处里面进行精磨，从激光处理面进行开刃，而将来磨刃在激光未处理一侧。
本发明采用纳米碳纤维和超细的硬质合金在刀刃1进行薄层快速熔覆，得到覆层均匀、高耐磨的刀具刃口1。提高刀具刃口1的硬度及耐磨性，使刀具刃口涂覆层4在致密、均匀、耐磨以及和基体产生冶金结合等方面的问题得到改善。
Claims (9)
1.一种刀具，包括刀体、刀刃和刀柄，其特征在于刀刃部分用激光熔覆有纳米碳纤维、纳米陶瓷、微米级超细硬质合金材料和粘接剂的混合体组成的合金强化涂覆层；所述微米级超细硬质合金材料是以下四种合金的任一种，其组成如下：第一种合金由纳米碳10％、钨碳合金15％、钨10％、钴3％、碳2％、镍60％组成；第二种合金由纳米碳10％、纳米陶瓷10％、12％＜钨＜18％、2％＜钴＜8％、镍60％及微量钨碳合金组成；第三种合金由纳米碳10％、纳米陶瓷10％、12％＜钨＜18％、2％＜钴＜8％、镍60％及微量三氧化二铝组成；第四种合金由钨碳合金55～70％、钨0.5～1％、钴5～20％、碳2％、钼1～2％、铬5～20％组成。
2.根据权利要求1所述的一种刀具，其特征在于刀刃合金强化涂覆层的厚度为20～1000μm。
3.根据权利要求1所述的一种刀具，其特征在于刀刃涂覆层的宽度为4～20mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种刀具，其特征在于刀刃部分的涂覆层材料纳米碳纤维直径5～50nm，长度10～50μm。
5.根据权利要求1所述的一种刀具，其特征在于刀刃部分涂覆层材料中的粘接剂是酚醛树脂或清漆。
6.根据权利要求1所述的一种刀具，其特征在于仅在刀刃的单面熔覆有合金强化涂覆层。
7.一种刀具的加工方法，其制作工艺过程包括制作刀坯，单面开大刃小刃，刀刃用酒精或松香水清洗，预热刀体后在开刃面喷涂混合合金，进行激光熔覆处理，其特征在于刀刃部分用激光熔覆技术将涂有纳米碳纤维、纳米陶瓷、微米级超细硬质合金材料和粘接剂的混合体在刀具刃口形成一个合金强化涂覆层；所述微米级超细硬质合金材料是以下四种合金的任一种，其组成如下：第一种合金由纳米碳10％、钨碳合金15％、钨10％、钴3％、碳2％、镍60％组成；第二种合金由纳米碳10％、纳米陶瓷10％、12％＜钨＜18％、2％＜钴＜8％、镍60％及微量钨碳合金组成；第三种合金由纳米碳10％、纳米陶瓷10％、12％＜钨＜18％、2％＜钴＜8％、镍60％及微量三氧化二铝组成；第四种合金由钨碳合金55～70％、钨0.5～1％、钴5～20％、碳2％、钼1～2％、铬5～20％组成。
8.根据权利要求7所述的一种刀具的加工方法，其特征在于所述对刃口进行激光熔覆处理的激光工艺参数如下：对于刀体厚度≤2mm的刀具，激光机熔覆处理刃口功率4～5KW，位移速度3～4mm/min，光斑10×2，用冷却水对刃口进行冷却；对于刀体厚度≥2mm的刀具，激光机熔覆功率3～4KW，速度2～3mm/min，光斑10×2，用冷却水对刃口进行冷却。
9.根据权利要求7所述的一种刀具的加工方法，其特征在于所述激光熔覆处理采用CO2横流激光，并用冷却水对刀刃进行冷却。
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