CN106041417B - 一种刀剑用花纹钢的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刀剑用花纹钢的制作方法，其主要包括原料合金钢的冶炼、锻打成型、热辊成型、热处理和抛光、镀层处理等步骤；本发明在镀层处理中，用羟基铝锌溶液对花纹钢进行镀层处理，并用喷灯对其进行后续热处理；本发明中刀剑用花纹钢的制作方法赋予花纹钢特有的抗菌抑菌效果，使其不发生化学腐蚀生锈的同时也不会因生物原因发生腐蚀生锈；依据本发明中花纹钢制作方法制备的花纹钢具有良好的表面硬度和耐磨性能；本发明中抗菌处理工艺简单，成本低廉。

Description

一种刀剑用花纹钢的制作方法
技术领域
本发明涉及合金钢加工技术领域，尤其是涉及一种刀剑用花纹钢的制作方法。
背景技术
在我国漫长的历史岁月中，剑起初作为一种高级冷兵器，主要被用于战场上的杀戮，之后由于社会安定，作为高级兵器的剑成为了上层贵族的配饰，成为一种身份的象征，之后也成为文人墨客用于标榜自己身份的象征，渐渐的剑在较多的时间内成为了一种象征身份的配饰。虽然，随着技术的进步，制作刀剑的合金钢具有了较强的抗锈性能，而且制作的刀剑也具有良好的切削性能，韧性和硬度也相当的不错；但是在刀剑材料发展的过程中仍旧有一些问题没有解决，例如刀剑的抗菌功能，刀剑缺乏相应的抗菌性能会造成以下几点危害：1.刀剑表面存在的微生物会在代谢过程中分泌对剑身有害的腐蚀性物质，这些物质的腐蚀性比传统的腐蚀具有更强的破坏性，会使剑身更快的腐蚀，某些腐蚀性分泌物，即使是在普通不锈钢的表面也会发生腐蚀；2.如今的刀剑早已不是远古时期用来杀戮的武器，而更多的是用来观赏和把玩，在把玩时难免会发生划伤等危险事故，由于刀剑较锋利，划伤后的伤口较深，如果剑身上有大量的有害微生物，会对人身健康造成不可挽回的损失。
中国专利公布号CN1158363和CN1504588A，分别在1997年9月3日和2004年6月16日，公开了具有抗菌功能的不锈钢，其都是在不锈钢中适当添加Cu，利用Cu具有的抗菌性能增进不锈钢的抗菌性能，但是这种即使方案存在以下缺点：1.Cu的价格高，添加Cu必然会大大的增加成本，经济性较差；2.如果将在奥氏体不锈钢中添加Cu的技术移植到刀剑用花纹钢中，Cu的添加会引起花纹钢性能的大大降低，会降低花纹钢的韧性和耐磨性能，反而降低了刀剑用花纹钢的性能。
发明内容
为解决上述问题本发明提供了一种利用抗菌镀层液对刀剑用花纹钢进行抗菌处理的刀剑用花纹钢制作方法，制作而得的刀剑用花纹钢具有坚韧耐磨和抗菌抑菌功能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种刀剑用花纹钢的制作方法，包括以下步骤：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡5～15s，之后烘干，烘干后进行表面热处理，制得刀剑用花纹钢。
由于普通合金钢中并未进行抗菌处理，或者为了实现抗菌性能，在合金中添加适量的Cu等元素，但是由于金属Cu价格高，会大大增加制造成本，利用抗菌镀层剂在花纹钢表面镀一层抗菌层，可以减少抗菌剂的使用，同时采用采用羟基铝锌离子溶液作为抗菌镀层剂也可以大大降低制造成本。
作为优选，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.01～0.05mol/L的氯化铝溶液与0.005～0.025mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为7.5～8.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.4～2：1。
作为优选，羟基铝锌离子溶液在制备过程中，铝锌混合离子溶液在18～24分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为70～90℃。
羟基铝锌离子溶液是一种羟基铝离子与羟基锌离子组成的混合溶液，羟基铝离子和羟基锌离子是以铝离子和锌离子为中心离子，众多羟基由于离子带电性围绕铝离子和锌离子而形成的大型无机聚合离子团，由于其特殊的离子层结构，其可以在水溶液中稳定存在，同时由于其外层包围的大量羟基，其对金属材料具有亲和性，容易附着与金属/合金表面，而且其合金等在羟基铝锌离子溶液中浸泡后能后，羟基铝离子和羟基锌离子可以在花纹钢表面均与的分布，形成羟基铝锌离子薄膜；羟基铝离子和羟基锌离子在经过350℃以上高温处理后即可以形成氧化铝和氧化锌，即在花纹钢表面形成一层由氧化铝和氧化锌组成的镀层，由于羟基铝离子和羟基锌离子的特性，所形成的镀层为厚度1.8～5.2nm厚的纳米镀层，该中镀层具有氧化铝和氧化锌两者的特性，即具有高硬度、耐磨、抗氧化等特性，同时由于其为纳米级的镀层，同时又具有普通氧化铝和氧化锌所不具有的良好韧性、抗菌等特性；该镀层处理不仅增强了花纹钢的耐磨、抗氧化性能，同时还赋予花纹钢抗菌抑菌性能。
羟基铝离子和羟基锌离子虽然是一类可以稳定存在的聚合阳离子团，但是在制备过程中如果添加的速率过慢或者过快都会影响羟基锌离子的形成，也会影响所形成的羟基铝离子和羟基锌离子的稳定性，因此需要控制添加速率和温度。
作为优选，步骤五中的表面热处理为用喷灯外焰处理花纹钢表面。
作为优选，喷灯为酒精喷灯、汽油喷灯或煤油喷灯中的一种。
作为优选，喷灯为酒精喷灯。
喷灯具有便携易移动，外焰温度高等特点，可以很方便的按需求对经浸泡羟基铝锌离子溶液后的花纹钢进行短暂的热处理；而如果采用传统的如步骤四采用热处理炉进行热处理，则会存在一个升温降温过程，这个过程也会影响花纹钢内部的金相结构，而此时的热处理我们只需对花纹钢的表面进行短暂的热处理即可，因此外焰温度高，便携易移动，使用方便的喷灯成为此时热处理的首选。酒精喷灯采用纯酒精或者无水乙醇作为燃料，其中含有的杂质少，而且燃烧后也不会产生污染物，而汽油和煤油喷灯分别采用汽油和煤油作为燃料，汽油和煤油为多种相似有机物的混合物，而且其中含有较多的杂质，热处理后会对花纹钢的表面造成污染，因此酒精喷灯是比汽油喷灯和煤油喷灯更合适的热处理热源；另外，酒精喷灯的外焰温度高达1000℃，在羟基铝锌溶液配制过程中，混入部分氯离子和钠离子，干燥后形成氯化钠，氯化钠的存在会减弱花纹钢的表面防锈性能，而酒精喷灯的外焰温度在1000℃以上，热处理的同时可以使镀层中的氯化钠挥发，起到除去有害物质的作用。
因此，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中花纹钢制作方法中，赋予花纹钢特有的抗菌抑菌效果，使其不发生化学腐蚀生锈的同时也不会因生物原因发生腐蚀生锈；
(2)依据本发明中花纹钢制作方法制备的花纹钢具有良好的表面硬度和耐磨性能；
(3)本发明中抗菌处理工艺简单，成本低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
下述实施例中所采用的原料合金钢组分如下：
C1.2～1.4wt％，SiO.5～0.7wt％，MnO.10～0.20wt％，Cr23.0～24.0wt％，NiO.3～0.5wt％，Ca0.30～0.50wt％，MoO.15～0.25wt％，V0.2～0.4wt％，余量为Fe；同时添加0.4％-0.5％的纳米金刚石作为添加剂。适当添加纳米金刚石粉末，可以提高花纹钢的回弹性能和增强花纹钢的硬度。
实施例1
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼，原料配比见表1；
表1
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡5s，之后烘干，烘干后用喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.01mol/L的氯化铝溶液与0.005mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为7.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.4：1。
实施例2
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡10s，之后烘干，烘干后用喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.03mol/L的氯化铝溶液与0.015mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为8的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.7：1。
实施例3
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡15s，之后烘干，烘干后用喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.05mol/L的氯化铝溶液与0.025mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为8.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为2：1。
实施例4
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡5s，之后烘干，烘干后用酒精喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.01mol/L的氯化铝溶液与0.005mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为7.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.4：1。
实施例5
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡10s，之后烘干，烘干后用汽油喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.03mol/L的氯化铝溶液与0.015mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为8的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.7：1。
实施例6
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡15s，之后烘干，烘干后用煤油喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.05mol/L的氯化铝溶液与0.025mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为8.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为2：1。
实施例7
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡5s，之后烘干，烘干后用酒精喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.01mol/L的氯化铝溶液与0.005mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为7.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.4：1；羟基铝锌离子溶液在制备过程中，铝锌混合离子溶液在18分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为70℃。
实施例8
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡10s，之后烘干，烘干后用汽油喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.03mol/L的氯化铝溶液与0.015mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为8的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.7：1；羟基铝锌离子溶液在制备过程中，铝锌混合离子溶液在21分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为80℃。
实施例9
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡15s，之后烘干，烘干后用煤油喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.05mol/L的氯化铝溶液与0.025mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为8.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为2：1；羟基铝锌离子溶液在制备过程中，铝锌混合离子溶液在24分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为90℃。
实施例10
一种刀剑用花纹钢的制作方法，步骤如下：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡5s，之后烘干，烘干后用酒精喷灯外焰对花纹钢表面进行热处理，制得刀剑用花纹钢。
其中，羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.015mol/L的氯化铝溶液与0.020mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为7.8的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.6：1；羟基铝锌离子溶液在制备过程中，铝锌混合离子溶液在22分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为90℃。
抗菌测试：
将制得的各实施例的花纹钢分别制成4×4cm的样品，并以普通花纹钢为对照组，实验用微生物采用金黄葡萄球菌和大肠杆菌；将培养后的菌种稀释到2000/ml，将花纹钢样品在高温121℃下灭菌20分钟后，涂覆稀释后的菌种，并在35℃培养箱放置48小时，然后在塑料培养皿中计算细菌数，并计算杀菌率，杀菌率计算公式为：
杀菌率(％)＝(对照组生菌数-本发明实施例花纹钢生菌数)/(对照组生菌数)×100％
上述对照组生菌数是对照组(即普通花纹钢)进行抗菌试验后的活菌数，而本发明实施例花纹钢生菌数是指本发明实施例花纹钢实验后的活菌数。
实验结果：本发明中实施例1-3所制得的花纹钢的杀菌率都为98％及以上，实施例4-10所制得的花纹钢普遍最高可达99％以上。
本发明还具有的技术效果：
(1)弹性弯度达92及以上；
(2)硬度(HRC)：整体硬度为65以上，表面硬度达75以上；
(3)利用本发明中的花纹钢制得的剑身锋利度≤10mm。

Claims (3)

1.一种刀剑用花纹钢的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
一、原料合金钢的冶炼；
二、锻打成型：将所需重量的原料合金钢切割成块状，分次叠摞，加热锻打制成钢板；
三、热辊成型：将加热锻打后的钢板热辊处理；
四、热处理和抛光：热处理抛光后制成花纹钢；
五、镀层处理：将经上述步骤处理后的花纹钢在羟基铝锌离子溶液中浸泡5～15s，之后烘干，烘干后进行表面热处理，制得刀剑用花纹钢；
所述的羟基铝锌离子溶液由以下方法制得：将0.01～0.05mol/L的氯化铝溶液与0.005～0.025mol/L的氯化锌溶液等体积混合得铝锌混合离子溶液，将铝锌混合离子溶液加入到pH为7.5～8.5的氢氧化钠溶液中制得羟基铝锌离子溶液，其中控制氢氧根离子和铝、锌离子总和的摩尔比为1.4～2：1；
所述羟基铝锌离子溶液在制备过程中，铝锌混合离子溶液在18～24分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为70～90℃；
所述步骤五中的表面热处理为用喷灯外焰处理花纹钢表面。
2.根据权利要求1所述的一种刀剑用花纹钢的制作方法，其特征在于：所述的喷灯为酒精喷灯、汽油喷灯或煤油喷灯中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种刀剑用花纹钢的制作方法，其特征在于：所述的喷灯为酒精喷灯。
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