CN114516072B

CN114516072B - 刀具与刀具加工方法

Info

Publication number: CN114516072B
Application number: CN202011308197.7A
Authority: CN
Inventors: 王业友; 瞿义生; 张明
Original assignee: Wuhan Supor Cookware Co Ltd
Current assignee: Wuhan Supor Cookware Co Ltd
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: CN114516072A

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

刀具与刀具加工方法

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O^2-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

1.一种刀具加工方法，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)，所述氧化钛层(2)的厚度为20μm～40μm；

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；

所述阳极氧化法的温度为40℃～50℃；

所述阳极氧化法的电流密度为2A/dm²～4A/dm²。

2.根据权利要求1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。

3.一种刀具，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；

所述刀具采用权利要求1或2所述的刀具加工方法制成。

4.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述刀具表面的硬度为HRC58～HRC60。

5.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述刀体(1)的材质为纯钛。

6.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述刀体(1)的材质为钛合金。