CN111020512A - 一种抗菌型涂层刀具及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌型涂层刀具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌型涂层刀具及其制备方法，涉及厨房用刀具技术领域。该抗菌型涂层刀具包括刀具基体、附着于所述刀具基体表面的过渡层以及附着于过渡层表面的金属掺杂类金刚石涂层，金属掺杂类金刚石涂层中的掺杂金属为具有抗菌功效的金属。该抗菌型涂层刀具的类金刚石涂层具有优异的耐磨减摩性能，相比于常用的氮化物等陶瓷涂层，具有更低的摩擦系数、更好的抗粘性，同时类金刚石涂层不会与抗菌金属反应，掺杂后能够更好的发挥其抗菌效果。并且获得的厨刀可实现高效性、耐用性以及抗菌性。本申请的制备方法简单，获得的抗菌型涂层刀具具有高效性、耐用性、抗菌性，能够有效的提高用户体验并保障人们的饮食健康。

Description

一种抗菌型涂层刀具及其制备方法
技术领域
本发明涉及厨房用刀具技术领域，具体而言，涉及一种抗菌型涂层刀具及其制备方法。
背景技术
厨刀主要是家庭中用来切割肉类、蔬菜、水果等的厨房用刀具，其材质通常为不锈钢等钢材，但由于钢材硬度通常较低，且摩擦系数较高，使用过程中刃口容易变钝，需经常复磨，极大的降低用户体验。
此外，厨刀通常用于切割新鲜食材，特别是肉制品，如新鲜猪肉、鸡肉、鱼肉等。这些肉制品中通常含有大量的细菌，处理完食材后会残留在在厨刀表面，并且随着厨刀长时间的放置，细菌会快速滋生繁殖，严重影响厨房环境，甚至危害人们的饮食健康。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌型涂层刀具，其具有高效性、耐用性以及较佳的抗菌性。
本发明的目的在于提供抗菌型涂层刀具的制备方法，该制备方法简单，获得的抗菌型涂层刀具具有高效性、耐用性、抗菌性，能够有效的提高用户体验并保障人们的饮食健康。
本发明是这样实现的：
第一方面，实施例提供一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于所述刀具基体表面的过渡层以及附着于所述过渡层表面的金属掺杂类金刚石涂层，所述金属掺杂类金刚石涂层中的掺杂金属为具有抗菌功效的金属。
在可选的实施方式中，所述掺杂金属包括银和铜中的一种或多种的混合物。
在可选的实施方式中，所述金属掺杂类金刚石涂层的厚度为1-3μm。
在可选的实施方式中，所述金属掺杂类金刚石涂层中掺杂金属的质量占所述金属掺杂类金刚石涂层的质量百分数为1-5％。
在可选的实施方式中，所述刀具基体的基材为钢材质；
优选地，所述钢材质包括碳钢、不锈钢或合金钢。
在可选的实施方式中，所述过渡层为Ti层；
优选地，所述过渡层的厚度为100-500nm。
第二方面，实施例提供一种如前述实施方式任一项所述的抗菌型涂层刀具的制备方法，其包括：在所述刀具基体的表面依次附着所述过渡层和所述金属掺杂类金刚石涂层。
在可选的实施方式中，采用磁控溅射技术在所述刀具基体的表面依次附着所述过渡层和所述金属掺杂类金刚石涂层。
在可选的实施方式中，采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积所述金属掺杂类金刚石涂层。
在可选的实施方式中，溅射时的背景真空度低于5×10-4Pa；
优选地，工作气压为0.1-1Pa；
优选地，所述石墨靶材的溅射功率为400-1200W；
优选地，所述掺杂金属靶材的溅射功率为30-200W。
本发明具有以下有益效果：本申请提供的抗菌型涂层刀具，通过在刀具基体的表面附着过渡层和金属掺杂类金刚石涂层，其中，掺杂的金属为具有抗菌功效的金属，类金刚石涂层具有优异的耐磨减摩性能，相比于常用的氮化物等陶瓷涂层，具有更低的摩擦系数、更好的抗粘性，同时类金刚石涂层不会与抗菌金属反应，掺杂后能够更好的发挥其抗菌效果。并且获得的厨刀可实现高效性、耐用性以及抗菌性。本申请的制备方法简单，获得的抗菌型涂层刀具具有高效性、耐用性、抗菌性，能够有效的提高用户体验并保障人们的饮食健康。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实施例中金属掺杂类金刚石涂层厨刀扫描电子显微镜(SEM)截面形貌图：其中，(a)为银掺杂和(b)为铜掺杂；
图2为实施例中银掺杂类金刚石涂层厨刀的摩擦系数与磨损速率，并与不锈钢基体和TiN涂层进行对比；
图3为实施例中银掺杂类金刚石涂层与不锈钢基材菌落培养对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请提供了一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于刀具基体表面的过渡层以及附着于过渡层表面的金属掺杂类金刚石涂层，金属掺杂类金刚石涂层中的掺杂金属为具有抗菌功效的金属。
其中，刀具基体的基材为钢材质；优选地，钢材质包括碳钢、不锈钢或合金钢。
本申请中，过渡层为Ti层，优选地，过渡层的厚度为100-500nm。
本申请中通过在类金刚石涂层(也称DLC涂层)的基础上，掺杂具有抗菌功效的金属，类金刚石涂层通常具有优异的耐磨减摩性能，相比于常用的氮化物等陶瓷涂层，具有更低的摩擦系数、更好的抗粘性，同时类金刚石涂层不会与抗菌金属反应，掺杂后能够更好的发挥其抗菌效果。并且获得的厨刀可实现高效性、耐用性以及抗菌性。
具体来说，本申请中的掺杂金属银和铜中的一种或多种的混合物。金属掺杂类金刚石涂层的厚度为1-3μm。金属掺杂类金刚石涂层中掺杂金属的质量占金属掺杂类金刚石涂层的质量百分数为1-5％。经发明人研究发现，当金属掺杂类金刚石涂层中掺杂金属的含量低于1％时，抗菌型涂层刀具的抗菌效果极不明显；而当掺杂金属的含量高于5％时，抗菌效果提高不明显，且易造成DLC涂层表面出现纳米银层或铜层，降低涂层的摩擦性能。
此外，本申请还提供了上述抗菌型涂层刀具的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、对刀具基体进行清洗。
利用常规清洗技术(包括但不限于超声波清洗技术)对刀具基体进行清洗，以去除刀具基体表面的污染。
S2、沉积过渡层。
本申请中利用磁控溅射技术在刀具基体的表面附着过渡层，具体到本实施例中，过渡层为Ti层，在附着过渡层时，所采用的溅射功率为400-1000W，溅射至过渡层的厚度为100-500nm。
S3、沉积金属掺杂类金刚石涂层。
本申请中利用磁控溅射技术在过渡层的表面附着金属掺杂类金刚石涂层，具体到本实施例中，在附着金属掺杂类金刚石涂层时，采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积金属掺杂类金刚石涂层，背景真空度低于5×10-4Pa；工作气压为0.1-1Pa；石墨靶材的溅射功率为400-1200W；掺杂金属靶材的溅射功率为30-200W。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于刀具基体表面的Ti过渡层以及附着于Ti过渡层表面的Ag掺杂类金刚石涂层。
该抗菌型涂层刀具的制备方法包括：
S1、利用超声波清洗技术对刀具基体进行清洗，以去除刀具基体表面的污染。
S2、利用磁控溅射技术在溅射功率为800W的条件下在刀具基体的表面附着厚度为400nm的Ti过渡层。
S3、采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积Ag掺杂类金刚石涂层，背景真空度低于5×10-4Pa；工作气压为0.1-1Pa；石墨靶材的溅射功率为800W；掺杂金属靶材的溅射功率为150W。Ag掺杂DLC涂层厚度为2μm，Ag含量为3％。
实施例2
本实施例提供了一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于刀具基体表面的Ti过渡层以及附着于Ti过渡层表面的Ag掺杂类金刚石涂层。
该抗菌型涂层刀具的制备方法包括：
S1、利用超声波清洗技术对刀具基体进行清洗，以去除刀具基体表面的污染。
S2、利用磁控溅射技术在溅射功率为1000W的条件下在刀具基体的表面附着厚度为500nm的Ti过渡层。
S3、采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积Ag掺杂类金刚石涂层，背景真空度低于5×10-4Pa；工作气压为0.1-1Pa；石墨靶材的溅射功率为1000W；掺杂金属靶材的溅射功率为60W。Ag掺杂DLC涂层厚度为2μm，Ag含量为1％。
实施例3
本实施例提供了一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于刀具基体表面的Ti过渡层以及附着于Ti过渡层表面的Ag掺杂类金刚石涂层。
该抗菌型涂层刀具的制备方法包括：
S1、利用超声波清洗技术对刀具基体进行清洗，以去除刀具基体表面的污染。
S2、利用磁控溅射技术在溅射功率为400W的条件下在刀具基体的表面附着厚度为200nm的Ti过渡层。
S3、采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积Ag掺杂类金刚石涂层，背景真空度低于5×10-4Pa；工作气压为0.1-1Pa；石墨靶材的溅射功率为600W；掺杂金属靶材的溅射功率为150W。Ag掺杂DLC涂层厚度为2μm，Ag含量为5％。
实施例4
本实施例提供了一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于刀具基体表面的Ti过渡层以及附着于Ti过渡层表面的Cu掺杂类金刚石涂层。
该抗菌型涂层刀具的制备方法包括：
S1、利用超声波清洗技术对刀具基体进行清洗，以去除刀具基体表面的污染。
S2、利用磁控溅射技术在溅射功率为800W的条件下在刀具基体的表面附着厚度为400nm的Ti过渡层。
S3、采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积Cu掺杂类金刚石涂层，背景真空度低于5×10-4Pa；工作气压为0.1-1Pa；石墨靶材的溅射功率为1000W；掺杂金属靶材的溅射功率为80W。Cu掺杂DLC涂层厚度为2μm，Cu含量为1％。
实施例5
本实施例提供了一种抗菌型涂层刀具，其包括刀具基体、附着于刀具基体表面的Ti过渡层以及附着于Ti过渡层表面的Cu掺杂类金刚石涂层。
该抗菌型涂层刀具的制备方法包括：
S1、利用超声波清洗技术对刀具基体进行清洗，以去除刀具基体表面的污染。
S2、利用磁控溅射技术在溅射功率为800W的条件下在刀具基体的表面附着厚度为400nm的Ti过渡层。
S3、采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积Cu掺杂类金刚石涂层，背景真空度低于5×10-4Pa；工作气压为0.1-1Pa；石墨靶材的溅射功率为500W；掺杂金属靶材的溅射功率为180W。Cu掺杂DLC涂层厚度为2μm，Cu含量为5％。
实验例1
对实施例1和实施例5中得到的抗菌型涂层刀具的截面结构进行表征，银掺杂和铜掺杂类金刚石涂层截面SEM图如图1所示，涂层致密且与基体结合紧密，过渡层厚度约为400μm，银掺杂或铜掺杂DLC涂层厚度约为2μm。
实验例2
对实施例1-5中得到的涂层厨刀的摩擦性能进行表征。具体地，采用摩擦试验机对涂层以及基体材料进行球盘式摩擦试验，实验条件为：载荷5N，转速300转/min，直径4mm的GCr15钢球作为摩擦副，时间30min。其中，实施例1的结果如图2所示，银掺杂DLC涂层厨刀的摩擦系数为0.15，磨损速率约为5×10-7mm3/(Nm)。与不锈钢基材以及TiN涂层进行对比，不锈钢基材的摩擦系数约为0.45，磨损速率约为1×10-4mm3/(Nm)，TiN涂层的摩擦系数约为0.4，磨损速率约为磨损速率约为2×10-6mm3/(Nm)。
并对实施例1中得到的涂层厨刀的耐用度进行测试，具体地，将石英砂纸夹持在耐用度测量仪上，施加一定的压力与被测试菜刀进行切割，测量每个切割周期的切割距离(深度)，其中实施例1的结果显示，银掺杂DLC涂层厨刀30个周期累计切割耐用度为631mm，而不锈钢厨刀仅为449.6mm。由此可知，本发明中的掺杂DLC涂层具有更加优异的耐磨减摩性能，能够有效的提高涂层厨刀的切削以及耐用性。
实验例3
对实施例1-5所得到的涂层厨刀的抗菌效果进行表征。具体地，分别在金属掺杂DLC涂层表面与不锈钢基材表面接种一定量细菌菌落，在培养液环境中进行培养24h后进行观察计数，记录其菌落总数并进行比较。其中，实施例1的结果如图3所示，分别针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行测试，可明显看出银掺杂DLC涂层厨刀具有明显的抗菌效果。实施例1-5以及不锈钢基材对照组的抗菌结果如下表1所示。
表1.抗菌效果
Figure BDA0002342859240000081
Figure BDA0002342859240000091
注：抗菌活性值R＝log(B/A)
B为无抗菌试样接种菌落后24h后菌落数(此处为不锈钢基材对比例)；
A为抗菌试样接种菌落后24h后菌落数(此处为实施例1-5)。
根据上述的表格内容可知，在本发明的实施例提供的掺杂DLC涂层厨刀具备优异的抗菌效果，随着抗菌元素含量的提高抗菌效果也随之提高啊，且发现银的抗菌效果要优于铜。除此之外，我们还制备了抗菌金属含量低于1％和高于5％的涂层厨刀与本发明提供的涂层厨刀进行对比，发现当抗菌金属元素含量低于1％时，涂层厨刀的抗菌效果极不明显；而当抗菌金属元素含量高于5％时，抗菌效果提高不明显，且易造成DLC涂层表面出现纳米银层或铜层，降低涂层的摩擦性能。综上所述，优先选用抗菌金属元素含量为1-5％的涂层厨刀。
综上所述，本申请提供的抗菌型涂层刀具，通过在刀具基体的表面附着过渡层和金属掺杂类金刚石涂层，其中，掺杂的金属为具有抗菌功效的金属，类金刚石涂层具有优异的耐磨减摩性能，相比于常用的氮化物等陶瓷涂层，具有更低的摩擦系数、更好的抗粘性，同时类金刚石涂层不会与抗菌金属反应，掺杂后能够更好的发挥其抗菌效果。并且获得的厨刀可实现高效性、耐用性以及抗菌性。本申请的制备方法简单，获得的抗菌型涂层刀具具有高效性、耐用性、抗菌性，能够有效的提高用户体验并保障人们的饮食健康。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种抗菌型涂层刀具，其特征在于，其包括刀具基体、附着于所述刀具基体表面的过渡层以及附着于所述过渡层表面的金属掺杂类金刚石涂层，所述金属掺杂类金刚石涂层中的掺杂金属为具有抗菌功效的金属。
2.根据权利要求1所述的抗菌型涂层刀具，其特征在于，所述掺杂金属包括银和铜中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的抗菌型涂层刀具，其特征在于，所述金属掺杂类金刚石涂层的厚度为1-3μm。
4.根据权利要求1所述的抗菌型涂层刀具，其特征在于，所述金属掺杂类金刚石涂层中掺杂金属的质量占所述金属掺杂类金刚石涂层的质量百分数为1-5％。
5.根据权利要求1所述的抗菌型涂层刀具，其特征在于，所述刀具基体的基材为钢材质；
优选地，所述钢材质包括碳钢、不锈钢或合金钢。
6.根据权利要求1-5任一项所述的抗菌型涂层刀具，其特征在于，所述过渡层为Ti层；
优选地，所述过渡层的厚度为100-500nm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的抗菌型涂层刀具的制备方法，其特征在于，其包括：在所述刀具基体的表面依次附着所述过渡层和所述金属掺杂类金刚石涂层。
8.根据权利要求7所述的抗菌型涂层刀具的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射技术在所述刀具基体的表面依次附着所述过渡层和所述金属掺杂类金刚石涂层。
9.根据权利要求7所述的抗菌型涂层刀具的制备方法，其特征在于，采用石墨靶材和掺杂金属靶材共溅射以沉积所述金属掺杂类金刚石涂层。
10.根据权利要求9所述的抗菌型涂层刀具的制备方法，其特征在于，溅射时的背景真空度低于5×10-4Pa；
优选地，工作气压为0.1-1Pa；
优选地，所述石墨靶材的溅射功率为400-1200W；
优选地，所述掺杂金属靶材的溅射功率为30-200W。
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