CN116536595A - 一种优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种刀剪梯度结构抗菌马氏体不锈钢，所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的组分按质量百分比为：1Cr13 85‑90％，14Cr14MoVNb 5‑10％，Co0.4FeCr0.9Cu0.3 2‑5%。所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的制备方法包括如下步骤：按配比称取原料粉末，并向其中添加硬脂酸，均匀混合，并干燥；将干燥的原料分别球磨后、干燥，压制成型，得到压坯；将1Cr13/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/14Cr14MoVNb/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/1Cr13压坯叠加在一起进行两段烧结，得到具有五层梯度马氏体不锈钢；第一段烧结为真空烧结，真空烧结的过程为从室温升温至900‑1050℃的过程；第二段热压烧结为：当炉温达到1050‑1150℃时，增加压力，压力为45‑55MPa，保持压力时间为0.5‑0.8小时。本发明所制备的产品具有刀剪用钢的优异性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种刀剪梯度结构抗菌马氏体不锈钢。
背景技术
刀剪用马氏体不锈钢的性能要求比较特殊，故国内的刀剪行业新材料研发工作一直处于冷落状态，尤其是高品质的不锈钢开发不足。我国高端刀剪用不锈钢材料依赖进口，这成为刀剪产业转型升级的一个技术瓶颈。新型刀剪材料的研发意味着五金刀剪行业技术上的新突破，将推动产品升级换代。另一方面，随着人们对于日用品的要求日益提高，高端刀剪除了满足基本功能要求外，还要求具有抗菌的效果，这对刀剪材质提出了新要求，传统的不锈钢难以满足要求。
现有花纹钢刀具普遍使用的是轧制型花纹钢，其制造工艺是将至少两种钢堆叠、焊接、加热，利用大功率轧机的强大压力使材料产生塑性变形，使分层金属接触面焊合在一起。轧制型花纹钢主要分为两类，一类是带钢芯的多层复合花纹钢，此类刀具钢的核心是高硬度钢，硬钢芯的两侧被较软的多层复合钢包夹，增加韧性保护刃口。另一类是由两种钢材混合锻造形成的无钢芯多层复合钢。手工刀匠还使用一种锻造型花纹钢，其制造工艺是将至少两种钢交替堆叠，焊接在一起，然后加热锻造；再将锻造的钢坯轧成钢条，再折叠、加热、锻造，从而制成多层复合钢坯。但是，锻造和轧制法制造花纹钢，设备投资大，工艺复杂，工艺条件诸如结合面的洁净程度、焊缝质量、加热工艺规范等因素难以控制，结合面强度较差且硬度并不高。其中锻造法噪音污染严重，轧制法制造多层复合钢，界面结合率取决于首道次的压下量，需要使用大功率的轧机，设备投资大。专利CN104028764B中公开了一种了基于凝胶注模成形技术制备多层复合不锈钢的方法，方法包括：在去离子水中加入甲基丙稀酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙稀酸酯混合物、水溶性高分子材料、过硫酸胺，制成单体溶液；将至少两种不锈钢粉末分别加入所述单体溶液中，制成至少两种不锈钢粉-单体混合物；将一种不锈钢粉-单体混合物浇注到模具中，制成不锈钢凝胶坯；再将至少另一种不锈钢粉-单体混合物浇注到模具中凝胶坯的表面，依次逐层添加不锈钢粉-单体混合物，加热制成多层不锈钢生坯后再烧结制成多层不锈烧结坯，得到叠层复合钢。该种方法得到的叠层复合钢存在铸件硬度不够高、成形质量较差且没有抗菌效果等问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢。
为了实现上述目的，本发明提供一种优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，原料粉末的组分质量百分比组成为：1Cr13 85-90％，14Cr14MoVNb 5-10％，Co0.4FeCr0.9Cu0.3 2-5％；
优选的，选取的原料粉末费氏粒度分别为5-10μm 1Cr13粉，1-10μm 14Cr14MoVNb、5-20μmCo0.4FeCr0.9Cu0.3；
本发明还公开了上述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的制备方法，其包括以下步骤：
按配比称取原料粉末，并向其中添加硬脂酸，均匀混合，并干燥；
优选的，硬脂酸的添加量为原料粉末总质量的1-3％；
将干燥的原料分别球磨后、干燥，压制成型，得到压坯；
优选的，球磨时，球料比为(10-15)：1；
优选的，球磨介质为酒精；
优选的，球磨的转速为300-400转/min，湿磨的时间为20-35h；
将1Cr13/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/14Cr14MoVNb/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/1Cr13压坯叠加在一起进行两段烧结，得到具有五层梯度马氏体不锈钢；第一段烧结为真空烧结，真空烧结的过程为从室温升温至900-1050℃的过程；第二段热压烧结为：当炉温达到1050-1150℃时，增加压力，压力为45-55MPa，保持压力时间为0.5-0.8小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明可以按切片刀、斩骨刀等不同厨刀的性能需求设计合金，提高了刀剪用不锈钢成分设计效率；
本发明采用粉末冶金法一次性成型具有微(纳)米超细晶不锈钢，成分均匀、结构梯度变化且无铸造偏析优化了性能，界面结合强度高，无需嵌入钢芯就能产生保持长久锋利度的具有HRC66-70高硬度的刃口芯部，杜绝发生卷皮脱层；
本发明的抗菌中间层为新型Co0.4FeCr0.9Cu0.3高熵合金，无需传统刀剪产生抗菌效果的热处理工艺，进一步强化了合金性能，节能降耗并提高了生产效率；本发明可以替代进口马氏体不锈钢，节约了进口不锈钢的外汇成本；
本发明的多层梯度马氏体抗菌不锈钢的制备工艺简单，成本低，适应用于工业生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明设计的五层刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢结构
图2是本发明实施例1所制备的优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的SEM照片。
图3是本发明实施例1所制备的优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的硬度距离曲线(纳米压痕测定)。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：配置原料粉末：称取原料粉末1Cr13、14Cr14MoVNb、Co0.4FeCr0.9Cu0.3粉，并混合均匀，使马氏体不锈钢粉末的合金成分质量百分比组成为：1Cr13 90％，14Cr14MoVNb 5％，Co0.4FeCr0.9Cu0.3 5％；1Cr13粉的粒度为5.0μm；14Cr14MoVNb粉的粒度为10μm，Co0.4FeCr0.9Cu0.3的粒度为15μm。
步骤二：将配取的原料粉末分别装入不锈钢球磨罐，球料比为10:1，球磨介质为酒精，湿磨30h后掺入2wt.％的硬脂酸。湿磨后的料浆进行真空干燥，干燥后过100目筛；之后利用压机和模具将粉分别料压成试样压坯，压制压力为200MPa。
步骤三：将1Cr13/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/14Cr14MoVNb/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/1Cr13压坯叠加在一起进行两段烧结，首先在真空气氛下进行真空烧结，在炉温升至1050℃前就对压坯完成了成形剂以及氧的脱除。当炉温升至1050℃时增加压力，压力为55MPa，保持压力时间为0.5小时，随炉冷却，得到具有五层梯度结构的马氏体不锈钢。
图1是本发明设计的五层刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢结构；图2是本发明实施例1所制备的优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的SEM照片；图3是本发明实施例1所制备的优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的硬度距离曲线(纳米压痕测定)。结果显示，采用该工艺制备的马氏体不锈钢具有明显的五层梯度结构，自上至下分别为第一梯度层，第二梯度层，第三梯度层，第四梯度层，第五梯度层，第一梯度层和第五梯度层具有良好的韧性；第二梯度层和第四梯度层具有良好的抗菌性，第三梯度层具有极高的硬度。
实施例2
优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：配置原料粉末：称取原料粉末1Cr13、14Cr14MoVNb、Co0.4FeCr0.9Cu0.3粉，并混合均匀，使马氏体不锈钢粉末的合金成分质量百分比组成为：1Cr13 85％，14Cr14MoVNb 10％，Co0.4FeCr0.9Cu0.3 5％；1Cr13粉的粒度为10.0μm；14Cr14MoVNb粉的粒度为5μm，Co0.4FeCr0.9Cu0.3的粒度为10μm。
步骤二：将配取的原料粉末分别装入不锈钢球磨罐，球料比为15:1，球磨介质为酒精，湿磨25h后掺入1wt.％的硬脂酸。湿磨后的料浆进行真空干燥，干燥后过100目筛；之后利用压机和模具将粉分别料压成试样压坯，压制压力为200MPa。
步骤三：将1Cr13/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/14Cr14MoVNb/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/1Cr13压坯叠加在一起进行两段烧结，首先在真空气氛下进行真空烧结，在炉温升至1000℃前就对压坯完成了成形剂以及氧的脱除。当炉温升至1100℃时增加压力，压力为50MPa，保持压力时间为0.6小时，随炉冷却，得到具有五层梯度结构的马氏体不锈钢。
实施例3
优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：配置原料粉末：称取原料粉末1Cr13、14Cr14MoVNb、Co0.4FeCr0.9Cu0.3粉，并混合均匀，使马氏体不锈钢粉末的合金成分质量百分比组成为：1Cr13 88％，14Cr14MoVNb 8％，Co0.4FeCr0.9Cu0.3 4％；1Cr13粉的粒度为8.0μm；14Cr14MoVNb粉的粒度为6μm，Co0.4FeCr0.9Cu0.3的粒度为20μm。
步骤二：将配取的原料粉末分别装入不锈钢球磨罐，球料比为13:1，球磨介质为酒精，湿磨35h后掺入3wt.％的硬脂酸。湿磨后的料浆进行真空干燥，干燥后过100目筛；之后利用压机和模具将粉分别料压成试样压坯，压制压力为200MPa。
步骤三：将1Cr13/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/14Cr14MoVNb/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/1Cr13压坯叠加在一起进行两段烧结，首先在真空气氛下进行真空烧结，在炉温升至900℃前就对压坯完成了成形剂以及氧的脱除。当炉温升至1150℃时增加压力，压力为45MPa，保持压力时间为0.8小时，随炉冷却，得到具有五层梯度结构的马氏体不锈钢。
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)
1.一种优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于，所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢的组分按质量百分比为：1Cr13 85-90％，14Cr14MoVNb 5-10％，Co0.4FeCr0.9Cu0.3 2-5％；
所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其制备过程包括以下步骤：
将干燥的原料球磨后、干燥，压制成型，得到压坯；
将1Cr13/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/14Cr14MoVNb/Co0.4FeCr0.9Cu0.3/1Cr13压坯叠加在一起进行两段烧结，得到具有五层梯度马氏体不锈钢；
第一段烧结为真空烧结，真空烧结的过程为从20-35℃升温至900-1050℃的过程；
第二段热压烧结为：当炉温达到1050-1150℃时，增加压力，压力为45-55MPa，保持压力时间为0.5-0.8小时；
所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢自上至下分别为第一梯度层，第二梯度层，第三梯度层，第四梯度层，第五梯度层，第一梯度层和第五梯度层具有良好的韧性；第二梯度层和第四梯度层具有良好的抗菌性，第三梯度层具有极高的硬度。
2.根据权利要求1所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：所述马氏体不锈钢的组分按质量百分比为：1Cr13 85-90％，14Cr14MoVNb 5-10％，Co0.4FeCr0.9Cu0.32-5％。
3.根据权利要求1所述刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：硬脂酸的添加量为原料粉末总质量的1％-3％。
4.根据权利要求1所述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：选取的原料粉末费氏粒度分别为5-10μm 1Cr13粉，1-10μm 14Cr14MoVNb、5-20μmCo0.4FeCr0.9Cu0.3。
5.根据权利要求1所述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：球磨时，球料比为(10-15):1。
6.根据权利要求1所述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：第二段烧结压力为45-55MPa，保持压力时间为0.5-0.8小时。
7.根据权利要求5所述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：球磨介质为酒精。
8.根据权利要求5所述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：球磨的转速为300-400转/min，湿磨的时间为20-35h。
9.一种优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：由权利要求1-7任一所述制备方法制备而成。
10.根据权利要求9所述优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：优质刀剪用梯度结构抗菌马氏体不锈钢自上至下分别为第一梯度层，第二梯度层，第三梯度层，第四梯度层，第五梯度层，第一梯度层和第五梯度层具有良好的韧性；第二梯度层和第四梯度层具有良好的抗菌性，第三梯度层具有极高的硬度。
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