CN111394710A - 一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺 - Google Patents

一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，涉及不锈钢刀技术领域，所述制备工艺具体包括以下步骤：步骤1)基材清洗；步骤2)第一层镀膜；步骤3)第二层镀膜；步骤4)第三层镀膜；所述制备工艺还包括以下步骤：步骤5)：重复镀膜：重复上述步骤2)、步骤3)和步骤4)至少一次。本发明工艺流程操作简单，速度快、效率高、生产成本较低，实现了氮化钛涂层与纳米涂层的有效结合，使得不锈钢刀具经本工艺表面改性后不仅具有良好的抗菌性能，而且具有高硬、耐磨及耐腐蚀等优点，保证了刀具的高硬、耐磨及耐腐蚀性能，有效延长不锈钢刀具的使用寿命。

Description

一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺
技术领域
本发明涉及不锈钢刀技术领域，具体是一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺。
背景技术
随着人们生活质量的提高，人们对厨房刀产品的要求也越来越高，一方面希望厨刀坚硬有韧性，持久耐用，另一方面还需要厨刀具有美观的特点。
当下，在不锈钢刀具表面通过离子镀工艺技术，在刀具表面镀上氮化钛涂层以提高刀具的使用性能，成为该领域技术的发展新趋势。
但是，目前市场上的氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺通常仅镀有氮化钛涂层，其长期使用后，易出现涂层剥落的现象，且易产生氧化，抗氧化性能较差，刀具使用寿命较低，因此，如何实现氮化钛涂层与纳米涂层的有效结合以提高不锈钢刀具的硬度、耐磨性及耐腐蚀性，延长刀具的使用寿命是现有技术亟需解决的问题。所以，本领域技术人员提供了一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，以解决上述背景技术中提出的目前市场上的氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺通常仅镀有氮化钛涂层，其长期使用后，易出现涂层剥落的现象，且易产生氧化，抗氧化性能较差，刀具使用寿命较低的问题，有效提高了刀具的硬度、耐磨性及耐腐蚀性，延长了刀具的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，所述制备工艺具体包括以下步骤：
步骤1)基材清洗：选取不锈钢刀基体经表面除油、打磨抛光后，进行超声波清洗，清洗后的不锈钢刀基体放入烘干箱中进行干燥处理；
步骤2)第一层镀膜：采用磁控溅射法在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层；
步骤3)第二层镀膜：采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢刀基体表面制备高硬、耐磨且耐蚀的纳米膜层；
步骤4)第三层镀膜：利用磁控溅射法与液相等离子体电解渗透法，在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层。
作为本发明进一步的方案：所述制备工艺还包括以下步骤：步骤5)：重复镀膜：重复上述步骤2)、步骤3)和步骤4)至少一次。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤2)中第一层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将清洗干燥后的不锈钢刀基体置于磁控溅射离子镀设备中，启动磁控溅射离子镀设备和冷却循环水，将离子镀设备抽真空至1～3×10-3Pa，升温至100～300℃，通入Ar，调节Ar流量，使气压维持在0.5～1.5Pa，通过500～600V偏压电源辉光溅射清洗5～15min；
S2：降低负偏电压至100～200V，开启纯Ti靶，电流保持在100～120A，偏压电源保持在120～180V，镀膜10～20min；
S3：通入N2，保持电源电流和偏压电源不便，在温度200～400℃条件下，沉积TiN复合梯度膜5～20min。
作为本发明再进一步的方案：所述不锈钢刀基体到靶材的距离为10～30cm。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤3)中第二层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将阴极和阳极放入电解池浸入电解液内，镀有TiN复合梯度膜层的不锈钢刀基体为阴极，不锈钢为阳极，将阴极和阳极与高压电流电源接通；
S2：施加电压超过400V的高压电源，在阴极表面产生弧光，电解沉积5～10min后，得到高硬、耐磨且耐蚀的AIN纳米膜层。
作为本发明再进一步的方案：所述阳极与阴极的间距为10～20mm。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤4)中第三层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：选用上述步骤3)中的不锈钢刀基体，采用磁控溅射法制备TiN复合梯度膜层；
S2：再采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢基体表面制备TiN复合梯度膜层，即完成第三层镀膜，得到产品。
作为本发明再进一步的方案：所述第一层镀膜的厚度为：0.1～0.5μm，所述第二层镀膜的厚度为：0.2～0.3μm，所述第三层镀膜的厚度为：0.3～0.8μm。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤(1)中的超声波清洗液为三氯乙烯有机溶液，且步骤(1)中的烘干温度为110～130℃，干燥时间为：15～25min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其工艺流程操作简单，速度快、效率高、生产成本较低，实现了氮化钛涂层与纳米涂层的有效结合，使得不锈钢刀具经本工艺表面改性后不仅具有良好的抗菌性能，而且具有高硬、耐磨及耐腐蚀等优点，保证了刀具的高硬、耐磨及耐腐蚀性能，有效延长不锈钢刀具的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，
实施例1
一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，制备工艺具体包括以下步骤：
步骤1)基材清洗：选取不锈钢刀基体经表面除油、打磨抛光后，进行超声波清洗，清洗后的不锈钢刀基体放入烘干箱中进行干燥处理；
步骤2)第一层镀膜：采用磁控溅射法在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层；
步骤3)第二层镀膜：采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢刀基体表面制备高硬、耐磨且耐蚀的纳米膜层；
步骤4)第三层镀膜：利用磁控溅射法与液相等离子体电解渗透法，在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层。
进一步的，制备工艺还包括以下步骤：步骤5)：重复镀膜：重复上述步骤2)、步骤3)和步骤4)至少一次。
再进一步的，步骤2)中第一层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将清洗干燥后的不锈钢刀基体置于磁控溅射离子镀设备中，启动磁控溅射离子镀设备和冷却循环水，将离子镀设备抽真空至1×10-3Pa，升温至100℃，通入Ar，调节Ar流量，使气压维持在0.5Pa，通过500V偏压电源辉光溅射清洗5min；
S2：降低负偏电压至100V，开启纯Ti靶，电流保持在100A，偏压电源保持在120V，镀膜10min；
S3：通入N2，保持电源电流和偏压电源不便，在温度200℃条件下，沉积TiN复合梯度膜5min。
再进一步的，不锈钢刀基体到靶材的距离为10cm。
再进一步的，步骤3)中第二层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将阴极和阳极放入电解池浸入电解液内，镀有TiN复合梯度膜层的不锈钢刀基体为阴极，不锈钢为阳极，将阴极和阳极与高压电流电源接通；
S2：施加电压超过400V的高压电源，在阴极表面产生弧光，电解沉积5min后，得到高硬、耐磨且耐蚀的AIN纳米膜层。
再进一步的，阳极与阴极的间距为10mm。
再进一步的，步骤4)中第三层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：选用上述步骤3)中的不锈钢刀基体，采用磁控溅射法制备TiN复合梯度膜层；
S2：再采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢基体表面制备TiN复合梯度膜层，即完成第三层镀膜，得到产品。
再进一步的，第一层镀膜的厚度为：0.1μm，第二层镀膜的厚度为：0.2μm，第三层镀膜的厚度为：0.3μm。
再进一步的，步骤(1)中的超声波清洗液为三氯乙烯有机溶液，且步骤(1)中的烘干温度为110℃，干燥时间为：15min。
实施例2
一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，制备工艺具体包括以下步骤：
步骤1)基材清洗：选取不锈钢刀基体经表面除油、打磨抛光后，进行超声波清洗，清洗后的不锈钢刀基体放入烘干箱中进行干燥处理；
步骤2)第一层镀膜：采用磁控溅射法在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层；
步骤3)第二层镀膜：采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢刀基体表面制备高硬、耐磨且耐蚀的纳米膜层；
步骤4)第三层镀膜：利用磁控溅射法与液相等离子体电解渗透法，在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层。
进一步的，制备工艺还包括以下步骤：步骤5)：重复镀膜：重复上述步骤2)、步骤3)和步骤4)至少一次。
再进一步的，步骤2)中第一层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将清洗干燥后的不锈钢刀基体置于磁控溅射离子镀设备中，启动磁控溅射离子镀设备和冷却循环水，将离子镀设备抽真空至3×10-3Pa，升温至300℃，通入Ar，调节Ar流量，使气压维持在1.5Pa，通过600V偏压电源辉光溅射清洗15min；
S2：降低负偏电压至200V，开启纯Ti靶，电流保持在120A，偏压电源保持在180V，镀膜20min；
S3：通入N2，保持电源电流和偏压电源不便，在温度400℃条件下，沉积TiN复合梯度膜20min。
再进一步的，不锈钢刀基体到靶材的距离为30cm。
再进一步的，步骤3)中第二层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将阴极和阳极放入电解池浸入电解液内，镀有TiN复合梯度膜层的不锈钢刀基体为阴极，不锈钢为阳极，将阴极和阳极与高压电流电源接通；
S2：施加电压超过400V的高压电源，在阴极表面产生弧光，电解沉积10min后，得到高硬、耐磨且耐蚀的AIN纳米膜层。
再进一步的，阳极与阴极的间距为20mm。
再进一步的，步骤4)中第三层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：选用上述步骤3)中的不锈钢刀基体，采用磁控溅射法制备TiN复合梯度膜层；
S2：再采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢基体表面制备TiN复合梯度膜层，即完成第三层镀膜，得到产品。
再进一步的，第一层镀膜的厚度为：0.5μm，第二层镀膜的厚度为：0.3μm，第三层镀膜的厚度为：0.8μm。
再进一步的，步骤(1)中的超声波清洗液为三氯乙烯有机溶液，且步骤(1)中的烘干温度为130℃，干燥时间为：25min。
实施例3
一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，制备工艺具体包括以下步骤：
步骤1)基材清洗：选取不锈钢刀基体经表面除油、打磨抛光后，进行超声波清洗，清洗后的不锈钢刀基体放入烘干箱中进行干燥处理；
步骤2)第一层镀膜：采用磁控溅射法在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层；
步骤3)第二层镀膜：采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢刀基体表面制备高硬、耐磨且耐蚀的纳米膜层；
步骤4)第三层镀膜：利用磁控溅射法与液相等离子体电解渗透法，在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层。
进一步的，制备工艺还包括以下步骤：步骤5)：重复镀膜：重复上述步骤2)、步骤3)和步骤4)至少一次。
再进一步的，步骤2)中第一层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将清洗干燥后的不锈钢刀基体置于磁控溅射离子镀设备中，启动磁控溅射离子镀设备和冷却循环水，将离子镀设备抽真空至2×10-3Pa，升温至200℃，通入Ar，调节Ar流量，使气压维持在1Pa，通过550V偏压电源辉光溅射清洗10min；
S2：降低负偏电压至150V，开启纯Ti靶，电流保持在110A，偏压电源保持在160V，镀膜15min；
S3：通入N2，保持电源电流和偏压电源不便，在温度200～400℃条件下，沉积TiN复合梯度膜5～20min。
再进一步的，不锈钢刀基体到靶材的距离为20cm。
再进一步的，步骤3)中第二层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将阴极和阳极放入电解池浸入电解液内，镀有TiN复合梯度膜层的不锈钢刀基体为阴极，不锈钢为阳极，将阴极和阳极与高压电流电源接通；
S2：施加电压超过400V的高压电源，在阴极表面产生弧光，电解沉积8min后，得到高硬、耐磨且耐蚀的AIN纳米膜层。
再进一步的，阳极与阴极的间距为15mm。
再进一步的，步骤4)中第三层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：选用上述步骤3)中的不锈钢刀基体，采用磁控溅射法制备TiN复合梯度膜层；
S2：再采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢基体表面制备TiN复合梯度膜层，即完成第三层镀膜，得到产品。
再进一步的，第一层镀膜的厚度为：0.3μm，第二层镀膜的厚度为：0.2μm，第三层镀膜的厚度为：0.5μm。
再进一步的，步骤(1)中的超声波清洗液为三氯乙烯有机溶液，且步骤(1)中的烘干温度为120℃，干燥时间为：20min。
综上所述，本工艺流程操作简单，速度快、效率高、生产成本较低，实现了氮化钛涂层与纳米涂层的有效结合，使得不锈钢刀具经本工艺表面改性后不仅具有良好的抗菌性能，而且具有高硬、耐磨及耐腐蚀等优点，保证了刀具的高硬、耐磨及耐腐蚀性能，有效延长不锈钢刀具的使用寿命。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述制备工艺具体包括以下步骤：
步骤1)基材清洗：选取不锈钢刀基体经表面除油、打磨抛光后，进行超声波清洗，清洗后的不锈钢刀基体放入烘干箱中进行干燥处理；
步骤2)第一层镀膜：采用磁控溅射法在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层；
步骤3)第二层镀膜：采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢刀基体表面制备高硬、耐磨且耐蚀的纳米膜层；
步骤4)第三层镀膜：利用磁控溅射法与液相等离子体电解渗透法，在不锈钢刀基体表面制备TiN复合梯度膜层。
2.根据权利要求1所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述制备工艺还包括以下步骤：
步骤5)：重复镀膜：重复上述步骤2)、步骤3)和步骤4)至少一次。
3.根据权利要求1所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述步骤2)中第一层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将清洗干燥后的不锈钢刀基体置于磁控溅射离子镀设备中，启动磁控溅射离子镀设备和冷却循环水，将离子镀设备抽真空至1～3×10-3Pa，升温至100～300℃，通入Ar，调节Ar流量，使气压维持在0.5～1.5Pa，通过500～600V偏压电源辉光溅射清洗5～15min；
S2：降低负偏电压至100～200V，开启纯Ti靶，电流保持在100～120A，偏压电源保持在120～180V，镀膜10～20min；
S3：通入N2，保持电源电流和偏压电源不便，在温度200～400℃条件下，沉积TiN复合梯度膜5～20min。
4.根据权利要求3所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述不锈钢刀基体到靶材的距离为10～30cm。
5.根据权利要求1所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述步骤3)中第二层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：将阴极和阳极放入电解池浸入电解液内，镀有TiN复合梯度膜层的不锈钢刀基体为阴极，不锈钢为阳极，将阴极和阳极与高压电流电源接通；
S2：施加电压超过400V的高压电源，在阴极表面产生弧光，电解沉积5～10min后，得到高硬、耐磨且耐蚀的AIN纳米膜层。
6.根据权利要求5所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述阳极与阴极的间距为10～20mm。
7.根据权利要求1所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述步骤4)中第三层镀膜的具体制备工艺包括以下步骤：
S1：选用上述步骤3)中的不锈钢刀基体，采用磁控溅射法在不锈钢基体表面制备TiN复合梯度膜层；
S2：再采用液相等离子体电解渗透法在不锈钢基体表面制备TiN复合梯度膜层，即完成第三层镀膜，得到该成品。
8.根据权利要求1所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述第一层镀膜的厚度为：0.1～0.5μm，所述第二层镀膜的厚度为：0.2～0.3μm，所述第三层镀膜的厚度为：0.3～0.8μm。
9.根据权利要求1所述的一种氮化钛涂层不锈钢刀制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的超声波清洗液为三氯乙烯有机溶液，且步骤(1)中的烘干温度为110～130℃，干燥时间为：15～25min。
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