CN114516072A - 刀具与刀具加工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种刀具与刀具加工方法,刀具包括刀体和氧化钛层,所述刀体的成分包括钛;所述氧化钛层覆盖于所述刀体的表面。本申请可以提供一种重量轻,耐腐蚀性能好,且使用健康的刀具。
Description
技术领域
本申请涉及厨房用具技术领域,尤其涉及一种刀具与刀具加工方法。
背景技术
传统刀具材料主要以3Cr13和5Cr15MoV为主,其密度较大,导致刀具整体比较重,影响刀具的使用体验。传统刀具材料制成的刀具,一般需要通过在刀具表面设置钝化膜提高刀具的耐腐蚀性,并通过热处理提高刀具的硬度,使硬度提高到HRC50~HRC 55。热处理后的刀具,刀刃部容易出现崩口和卷刃现象,影响刀具的锋利性,且崩口或卷刃后的刀具,表面钝化膜破损,导致刀具的使用过程中容易生锈,还会导致刀具内含有的重金属离子会溶出,严重影响使用者的健康。
发明内容
本申请提供了一种刀具与刀具加工方法,以提供一种重量轻,耐腐蚀性能好,且使用健康的刀具。
本申请的第一方面提供了一种刀具,其包括:
刀体,所述刀体的成分包括钛;
氧化钛层,覆盖于所述刀体的表面。
上述刀具包括刀体和氧化钛层,刀体的成分包括钛,金属钛的密度为4.5g/cm3,比3Cr13和5Cr15MoV轻60%左右,从而减小刀具的重量,提高刀具的使用体验;且由于金属钛很不活跃,很难进行氧化反应,从而使刀具具有较高的耐腐蚀性能,防止使用过程中刀具生锈;氧化钛层覆盖于刀体的表面,提高刀具的硬度,防止刀具使用过程中出现崩口和卷刃现象,从而延长刀具的使用寿命,使刀具保持持久锋利的特性;由于刀具能够具有持久锋利的特性,在使用该刀具切削水果时,不会破坏水果的细胞,减缓水果内的酵素的释放,从而使水果不容易和空气接触氧化变色,有效保留水果原有的颜色和味道;此外,钛具有亲生物性,在人体内能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,可以保证使用健康,氧化钛在光的催化作用下破坏细菌的细胞壁,使细菌的内容物流出,从而起到抗菌效果。
可选地,所述氧化钛层的厚度为20μm~40μm,以使刀具的硬度满足使用要求,延长刀具的使用寿命,并控制刀具的生产成本。
可选地,所述刀具表面的硬度为HRC58~HRC60,适合厨用刀具的使用要求。
可选地,所述刀体的材质为纯钛。
可选地,所述刀体的材质为钛合金。
本申请的第二方面提供了一种刀具加工方法,其包括以下步骤:
步骤S1:制备刀体,所述刀体的成分包括钛;
步骤S2:采用阳极氧化法在所述刀体的表面制备氧化钛层。
上述刀具加工方法包括步骤S1和步骤S2,步骤S1包括制备刀体,刀体的成分包括钛;步骤S2包括采用阳极氧化法在刀体的表面制备氧化钛层,阳极氧化法操作简便,制造成本低,且形成的膜层性能稳定,从而保证刀具的表面各处具有均匀的硬度和抗菌性能。
可选地,所述阳极氧化法的溶液中硫酸的含量为350g/L~400g/L,盐酸的含量为60g/L~65g/L,以控制反应速率,形成致密的膜层。
可选地,所述阳极氧化法的温度为40℃~50℃,以控制反应速率,形成致密的膜层。
可选地,所述阳极氧化法的电流密度为2A/dm2~4A/dm2,以控制反应速率,形成致密的膜层。
可选地,所述阳极氧化法的电流密度按照0.5A/3min~0.5A/2min的速度,逐渐增加至2A/dm2~4A/dm2,也就是采用电流密度先逐步升高,再保持恒定的方法,以使膜层均匀有序,且具有较高的稳定性。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例提供的刀体的结构示意图;
图2为图1的剖面结构示意图;
图3为图2中A处的局部放大图;
图4为本申请实施例提供的刀体上形成二氧化钛层之后的结构示意图;
图5为图4的剖面结构示意图;
图6为图5中B处的局部放大图;
图7为本申请实施例提供的刀体开刃之后的结构示意图;
图8为图7的剖面结构示意图;
图9为图8中C处的局部放大图。
附图标记:
1-刀体;
2-氧化钛层。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在本申请的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;除非另有规定或说明,术语“多个”是指两个或两个以上;术语“连接”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接,或电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中,需要理解的是,本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的,不应理解为对本申请实施例的限定。此外,在上下文中,还需要理解的是,当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时,其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”,也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1-图9所示,本申请实施例提供了一种刀具,其包括刀体1和氧化钛层2。刀体1的成分包括钛,金属钛的密度为4.5g/cm3,比常用刀具材料例如3Cr13和5Cr15MoV轻60%左右,从而减小刀具的重量,提高刀具的使用体验;且由于金属钛很不活跃,很难进行氧化反应,从而使刀具具有较高的耐腐蚀性能,防止使用过程中刀具生锈;氧化钛层2覆盖于刀体1的表面,提高刀具的硬度,防止刀具使用过程中出现崩口和卷刃现象,从而延长刀具的使用寿命,使刀具保持持久锋利的特性;由于刀具能够具有持久锋利的特性,在使用该刀具切削水果时,不会破坏水果的细胞,减缓水果内的酵素的释放,从而使水果不容易和空气接触氧化变色,有效保留水果原有的颜色和味道。
此外,钛具有亲生物性,在人体内能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,可以保证使用健康,氧化钛(即TiO2)在光的催化作用下破坏细菌的细胞壁,使细菌的内容物流出,从而起到抗菌效果。具体来说,氧化钛吸收紫外光波后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电荷的高活性电子,同时在价带上也产生带有正电荷的空穴;在电场作用下,电子两个空穴对发生分离而迁移到氧化钛表面上的不同位置,分布在氧化钛表面的空穴与吸附在表面的OH-和H2O氧化,形成OH自由基;而高活性电子则具有较强的还原能力,可将氧化钛表面的氧还原成O-2,还可以将水中的金属离子还原;OH自由基的氧化能力特别强,能够将包括细胞壁在内的几乎全部有机物氧化降解,从而使细菌的内容物流出而死亡。
进一步地,氧化钛层2的厚度为20μm~40μm,例如,氧化钛层2的厚度可以为20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm或40μm等,以使刀具的硬度满足使用要求,延长刀具的使用寿命,并控制刀具的生产成本。当氧化钛层2的厚度小于20μm时,氧化钛层2的厚度过薄,导致刀具的硬度仍然较低,使用过程中刀刃仍然容易出现崩口和卷刃现象,影响刀具的锋利性;当氧化钛层2的厚度大于40μm时,氧化钛层2的厚度过厚,导致刀具的韧性降低,影响刀具的正常使用,且会增加氧化钛层2的制备时间,导致刀具的生产成本过高。
进一步地,刀具表面的硬度为HRC58~HRC60,例如,刀具表面的硬度可以为HRC58、HRC58.2、HRC58.4、HRC58.6、HRC58.8、HRC59、HRC59.2、HRC59.4、HRC59.6、HRC59.8或HRC60等,适合厨用刀具的使用要求。当刀具表面的硬度低于HRC58时,刀具表面的硬度过低,刀具的耐磨性难以满足使用要求,从而导致刀具的使用寿命过短;当刀具表面的硬度高于HRC60时,刀具的硬度过高而形成浪费。
进一步地,刀体1的材质可以为纯钛或钛合金,使刀体1中不含有重金属元素,从而确保使用者的健康。
本申请实施例提供的刀具可以采用的一种刀具加工方法包括步骤S1和步骤S2。步骤S1包括制备刀体1,刀体1的成分包括钛,刀体1的材质可以为纯钛或钛合金;步骤S2包括采用阳极氧化法在刀体1的表面制备氧化钛层2,阳极氧化法操作简便,制造成本低,且形成的膜层性能稳定,从而保证刀具的表面各处具有均匀的硬度和抗菌性能。
进一步地,步骤S1中可以采用常规刀具加工工艺制成刀体1,例如,步骤S1可以包括:将刀坯冲压成型,刀坯为与刀体等长且宽度为18mm~40mm的条状钛,然后依次进行调直、斜磨和抛光,形成具有刀刃的刀体1。
进一步地,在进行阳极氧化反应之前,还包括对刀体1的预处理,例如对刀具表面进行清洗,依次包括除油、第一次水洗、酸洗和第二次水洗,具体步骤如下:
除油:将刀体放在挂架上,启动挂架按钮,使整个刀体浸没在配制好的碱性除油剂中,浸泡时间为15min~30min,反应温度为60℃~80℃,使刀体表面的油污清除干净。例如,碱性除油剂的一种配比如下:氢氧化钠(NaOH)30g/L~50g/L,磷酸钠(Na3PO4 12H2O)20g/L~30g/L,碳酸钠(Na2CO3 10H2O)20g/L~30g/L,水玻璃(Na2O·n SiO2)3g/L~10g/L,表面活性剂1g/L~3g/L;溶液温度为60℃~80℃;反应时间为15min~30min。
第一次水洗:用热水冲洗刀体表面上的碱性液,特别是盲孔和狭缝等部位并甩干。
酸洗:以出去表面氧化膜,确保阳极氧化反应的顺利进行。例如,酸洗溶液的一种配比如下:硝酸(HNO3)200g/L~300g/L,氢氟酸(HF)3g/L~5g/L;溶液温度为23℃~28℃;反应时间为2min~4min。
第二次水洗:清洗刀体表面因前工序所携带的酸碱液,带入后续工序槽中破坏槽液成分平衡,影响阳极氧化反应的正常进行。
进一步地,步骤S2中阳极氧化法形成氧化钛层2的反应原理具体如下,以含有钛的金属作为阳极,当电流通过电解槽时,根据电解条件,阳极上可能发生三个不同的过程:钛的阳极溶解;阳极表面生成超薄的氧化钛薄膜;在生成氧化钛薄膜的同时,会伴随着氧化钛薄膜的溶解,随着氧化钛薄膜的化学溶解,使得阳极氧化反应能够持续进行,直至氧化钛薄膜的厚度达到预定要求。
具体来说,阳极氧化法制备氧化钛层2是由金属钛的溶解、离子在电解液中的迁移、电极上的放电及氧化成膜反应等微观过程组成。在强大的外加电压下,Ti2+从金属点阵中逃逸出来并越过金属(阳极)/氧化薄膜界面而进入氧化膜层中,进而继续向外迁移(扩散),然而在电解液/金属界面上形成O2-往相反的方向迁移(扩散),当二者中的阴阳离子相遇时就形成了氧化钛薄膜,也就是说,电化学反应为:Ti→Ti2+→Ti4+→TiO2。
进一步地,阳极氧化法的溶液中硫酸的含量为350g/L~400g/L,例如,硫酸的含量可以为350g/L、353g/L、355g/L、357g/L、360g/L、363g/L、365g/L、368g/L、370g/L、372g/L、375g/L、377g/L、380g/L、383g/L、385g/L、388g/L、390g/L、392g/L、395g/L、398g/L或400g/L;盐酸的含量为60g/L~65g/L,例如,盐酸的含量可以为60g/L、61g/L、62g/L、63g/L、64g/L或65g/L,以控制反应速率,形成致密的膜层。当硫酸的含量低于350g/L,或者盐酸的含量低于60g/L时,电解液的导电率过低,导致阳极氧化反应形成的膜层厚度过薄,使得氧化钛层2的厚度不均匀,且难以形成连续的膜层,从而使刀具表面的性能难以满足要求;当硫酸的含量高于400g/L,或者盐酸的含量高于65g/L时,电解液的导电率过高,导致反应过快,从而导致膜层过于疏松,影响刀具表面的硬度。
进一步地,阳极氧化法的温度为40℃~50℃,例如,阳极氧化法的温度可以为40℃、40.5℃、41℃、41.5℃、42℃、42.5℃、43℃、43.5℃、44℃、44.5℃、45℃、45.5℃、46℃、46.5℃、47℃、47.5℃、48℃、48.5℃、49℃、49.5℃或50℃等,以控制反应速率,形成致密的膜层。当反应温度低于40℃时,阳极氧化反应的速度过慢,导致反应时间过长,从而降低刀具的生产效率;当反应温度高于50℃时,阳极氧化反应的速度过快,导致膜层的致密性难以满足要求,影响刀具表面硬度。
进一步地,阳极氧化法的电流密度为2A/dm2~4A/dm2,例如,阳极氧化法的电流密度可以为2A/dm2、2.2A/dm2、2.4A/dm2、2.6A/dm2、2.8A/dm2、3A/dm2、3.2A/dm2、3.4A/dm2、3.6A/dm2、3.8A/dm2或4A/dm2等,以控制反应速率,形成致密的膜层。当电流密度小于2A/dm2时,电流密度过小,导致反应速度过慢,从而降低刀具的生产效率;当电流密度大于4A/dm2时,电流密度过大,导致反应速度过快,导致膜层的致密性难以满足要求。
进一步地,阳极氧化法的电流密度按照0.5A/3min~0.5A/2min的速度,逐渐增加至2A/dm2~4A/dm2,例如电流密度增加的速度可以为0.5A/3min、0.5A/2.9min、0.5A/2.8min、0.5A/2.7min、0.5A/2.6min、0.5A/2.5min、0.5A/2.4min、0.5A/2.3min、0.5A/2.2min、0.5A/2.1min或0.5A/2min等,也就是采用电流密度先逐步升高,再保持恒定电流密度的方法,以使膜层均匀有序,且具有较高的稳定性。当电流密度增加的速度低于0.5A/3min时,电流密度增加的速度过慢,导致反应时间过长;当电流密度增加的速度高于0.5A/2min时,电流密度增加的速度过快,影响膜层的均匀性和致密性。
进一步地,本申请实施例提供的刀具加工方法还包括注柄、开刃、磨口和清洗。也就是说,在形成氧化钛层2之后,依次进行注柄、开刃、磨口和清洗;通过注柄形成刀具的手柄(图中未示出),以方便使用者握持;通过开刃形成锋利的刀刃;通过磨口去除刀具表面的毛刺,确保刀具表面光洁;通过清洗去除刀具表面的脏污。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种刀具,其特征在于,所述刀具包括:
刀体(1),所述刀体(1)的成分包括钛;
氧化钛层(2),覆盖于所述刀体(1)的表面。
2.根据权利要求1所述的刀具,其特征在于,所述氧化钛层(2)的厚度为20μm~40μm。
3.根据权利要求1所述的刀具,其特征在于,所述刀具表面的硬度为HRC58~HRC60。
4.根据权利要求1所述的刀具,其特征在于,所述刀体(1)的材质为纯钛。
5.根据权利要求1所述的刀具,其特征在于,所述刀体(1)的材质为钛合金。
6.一种刀具加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:制备刀体(1),所述刀体(1)的成分包括钛;
步骤S2:采用阳极氧化法在所述刀体(1)的表面制备氧化钛层(2)。
7.根据权利要求6所述的刀具加工方法,其特征在于,所述阳极氧化法的溶液中硫酸的含量为350g/L~400g/L,盐酸的含量为60g/L~65g/L。
8.根据权利要求6所述的刀具加工方法,其特征在于,所述阳极氧化法的温度为40℃~50℃。
9.根据权利要求6所述的刀具加工方法,其特征在于,所述阳极氧化法的电流密度为2A/dm2~4A/dm2。
10.根据权利要求9所述的刀具加工方法,其特征在于,所述阳极氧化法的电流密度按照0.5A/3min~0.5A/2min的速度,逐渐增加至2A/dm2~4A/dm2。
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