CN116638552B - 自磨刃式厨刀、再生材料破碎刀、刀具及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自磨刃式厨刀、再生材料破碎刀、刀具及制备方法，刃基部的第一侧的外侧段通过激光增材设有薄层状合金强化部，薄层状合金强化部嵌入至刃基部内；所述薄层状合金强化部与刃基部形成复合刀刃；薄层状合金强化部的硬度大于刃基部硬度；薄层状合金强化部延伸至刃口；具有更佳的层结合性，不容易开裂脱离，强度更高，薄层状合金强化部的硬度大于刃基部的硬度，使得刃A面的耐磨性优于刃B面，切削作业时，刃B面因硬度较低而首先被磨损，使得薄层状合金强化部的前沿突出，进而使刀具可以长时间保持较锋利的切割性能。

Description

自磨刃式厨刀、再生材料破碎刀、刀具及制备方法

技术领域

本发明涉及一种刀具强化的技术领域，尤其涉及一种自磨刃式刀具及其制备方法，解决刀具在使用过程中钝化的问题，经强化后的刀具在使用过程中具有自磨刃的性能，达到越使用越锋利的效果。

背景技术

刀具在使用过程中，刀刃会因为摩擦碰撞而产生磨损、缺口，进而导致刀刃的刃口R角变大，使得刀具钝化，影响切削效率。在刀具锋利度下降时，需要磨刀或更换刀具，既费时又费力，严重影响工作效率。

刀具的刀刃的开刃方式包括单开刃和双开刃。例如中式和法式自磨刃式厨刀一般为双开刃结构，其开刃的两面向里倾斜呈尖锐的锐角且均与刀身具有倾斜角。例如日式寿司刀为单开刃结构，其仅有一面开刃向里倾斜，而另一面刀身一致不做处理。

再生资源材料撕碎机的破碎刀片也为单开刃结构。其所撕碎的目标物有：木材、轮胎、塑料、薄膜、电路板等等不同行业的各种工业原料垃圾。再生资源材料撕碎机体积大，单价较高，且破碎刀片无论从体积还是重量而言都不便于频繁拆装，并且占据整个机器本身的20%左右成本，是高成本耗材。无论采取磨削还是更换都将造成人力物力的大量损耗。

现有技术中，对于刀具的强化方式主要有几种：

第一、基体改进，采用更加耐磨的材料，例如提高钢的C、Cr、Mo、V、Co等元素含量，但是这种方法在提高硬度的同时降低了刀具的韧性。为此采用夹钢的方式，即两片较软的钢中间夹较硬的钢，用以有效避免整体韧性降低的问题。

第二、刀刃表面设置强化层，包括熔覆层。如申请公布号为CN110218998A的专利申请公开了基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法。以自熔性合金粉末为原料，通过激光熔覆工艺在预处理后刀具的刀刃的一侧表面形成熔覆层。使刀刃两个表面的磨损程度不同，从而导致刀刃越磨越锋利，达到自磨刃的效果，大大提高了刀具的使用寿命。如申请公布号为CN115216765A的专利申请公开了农机刃具激光熔覆制备高硬度耐磨涂层方法，在第一加工面采用多道次增材打印2层熔覆层，形成三角体结构第一涂层结构，其厚度梯度变化；将刃具堆叠体翻转90°，第二加工面朝上，作为熔覆表面；在第二加工面采用多道次增材打印1层熔覆层，形成三角体结构第二涂层结构，其厚度梯度变化。

但是第一种方法治标不治本，再耐磨的材料也总有钝的时候，而且磨刀的难度越大，给用户带来麻烦。第二种方法中熔覆层与基体的结合性能差容易受力崩落，更为突出的是，熔覆层改变了刀刃的廓形，影响刀具的切削能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，尤其是熔覆工艺易脱落，改变刀刃廓形的缺陷，本发明提供了一种保持刀刃廓形，结合强度高，强化效果更好的刀具刀刃强化方案，从而提供自磨刃式刀具，提升刀刃的硬度和耐磨性，依靠材料耐磨性的不同，形成磨损高度差，从而使较耐磨的部分磨损滞后于不耐磨的部分，进而实现自磨刃。基于此，提供了自磨刃式厨刀、自磨刃式再生材料破碎刀。并通过激光增材方式，提供制备这类自磨刃式刀具的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：自磨刃式厨刀，包括刀基体，所述刀基体包括本体部和刃基部；

所述刃基部的第一侧的外侧段设有薄层状合金强化部，所述薄层状合金强化部嵌入至所述刃基部内；

所述薄层状合金强化部由附着于初始刃基部的强化增材基料，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化后形成；

所述薄层状合金强化部包括多条因激光束扫描形成的并列搭接设置的条状带，所述条状带与所述刃口呈10~90度设置，所述刃口因并列的条状带呈微锯齿状凹凸；

所述薄层状合金强化部的HRC值大于所述刃基部的HRC值，两者的差值大于2HRC；

所述薄层状合金强化部与所述刃基部共同形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃；

所述薄层状合金强化部的外表面与所述刃基部的第一侧内侧段的外表面大致相齐，以共同形成复合刀刃的刃A面；

所述刃基部的第二侧的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面，所述刃基部的第二侧的外表面为复合刀刃的刃B面；

所述刃A面与刃B面在外缘相交形成刃口，所述薄层状合金强化部延伸至所述刃口，所述薄层状合金强化部的厚度小于5 μm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述复合刀刃为双面刀刃；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面；

所述刃A面自刀A面向里倾斜，所述刃B面自刀B面向里倾斜。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述复合刀刃为单面刀刃；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面；

所述刀A面和刃A面位于同一平面，所述刀B面与刃B面之间呈钝角。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的宽度为1~20mm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述强化增材基料包括碳粉、硅粉、硼粉、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物中的一种或多种。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：自磨刃式厨刀，包括刀基体，所述刀基体包括本体部和刃基部；

所述刃基部的第一侧的外侧段设有薄层状合金强化部，所述薄层状合金强化部嵌入至所述刃基部内；

所述薄层状合金强化部的硬度大于所述刃基部的硬度；

所述薄层状合金强化部与所述刃基部共同形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃；

所述薄层状合金强化部的外表面与所述刃基部的第一侧内侧段的外表面大致相齐，以共同形成复合刀刃的刃A面；

所述刃基部的第二侧的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面，所述刃基部的第二侧的外表面为复合刀刃的刃B面；

所述刃A面与刃B面在外缘相交形成刃口，所述薄层状合金强化部延伸至所述刃口，所述薄层状合金强化部的厚度小于5 μm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的宽度范围为3~5mm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的HRC值大于所述刃基部的HRC值，两者的差值大于2HRC。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面，所述刀A面和刀B面大致平行； 所述刃A面自刀A面向里倾斜，所述刃B面自刀B面向里倾斜。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面，所述刀A面和刃A面位于同一平面，所述刀B面与刃B面之间呈钝角。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部由附着于初始刃基部的强化增材基料，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化后形成；所述强化增材基料包括碳粉或所述强化增材基料包括金属陶瓷复合物。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述刃口呈微锯齿状凹凸。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：自磨刃式再生材料破碎刀，包括刀基体，所述刀基体包括本体部和刃基部；

所述刃基部的第一侧的外侧段设有薄层状合金强化部，所述薄层状合金强化部嵌入至所述刃基部内；

所述薄层状合金强化部的硬度大于所述刃基部的硬度；

所述薄层状合金强化部与所述刃基部共同形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃；

所述薄层状合金强化部的外表面与所述刃基部的第一侧内侧段的外表面大致相齐，以共同形成复合刀刃的刃A面；

所述刃基部的第二侧的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面，所述刃基部的第二侧的外表面为复合刀刃的刃B面；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面，所述刀A面和刃A面位于同一平面，所述刀B面与刃B面之间呈钝角；

所述刃A面与刃B面相交以在外缘形成刃口，所述薄层状合金强化部延伸至所述刃口，所述薄层状合金强化部的厚度范围为小于0.2mm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部由附着于初始刃基部的强化增材基料，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化后形成。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部包括多条因激光束扫描形成的并列搭接设置的条状带，所述条状带与所述刃口呈10~90度设置，所述刃口因并列的条状带呈微锯齿状凹凸。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述强化增材基料包括碳粉、硅粉、硼粉、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物中的一种或多种。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：自磨刃式刀具，包括刀基体，其特征在于所述刀基体包括刃基部；

所述刃基部的第一侧的外侧段设有薄层状合金强化部，所述薄层状合金强化部嵌入至所述刃基部内；所述薄层状合金强化部与所述刃基部形成复合刀刃；

所述薄层状合金强化部的硬度大于所述刃基部硬度；

所述薄层状合金强化部的外表面与所述刃基部的第一侧的内侧段的外表面形成复合刀刃的刃A面；

所述刃基部的第二侧的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面，所述刃基部的第二侧的外表面为复合刀刃的刃B面；

所述刃A面与刃B面相交以在外缘形成刃口，所述薄层状合金强化部延伸至所述刃口。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部由附着于初始刃基部的强化增材基料，经过激光束扫描熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化后形成。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的HRC值大于所述刃基部的HRC值，两者的差值大于2HRC。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部包括多条并列搭接设置的条状带以使所述薄层状合金强化部呈微锯齿状凹凸构造，所述条状带与所述刃口呈10~90度设置。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述刀基体包括本体部；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面；

所述刃A面自刀A面向里倾斜，所述刃B面自刀B面向里倾斜。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述刀基体包括本体部；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面；

所述刀A面和刃A面位于同一平面，所述刀B面与刃B面之间呈钝角。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的厚度小于5 μm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的厚度小于0.5mm。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述强化增材基料包括碳粉、硅粉、硼粉、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物中的一种或多种。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：自磨刃式刀具的制备方法：包括如下步骤：

步骤A：制备刀具毛坯并进行预处理，所述刀具毛坯的一侧为初始刃基部；

步骤B：在处理后的初始刃基部的第一侧的外侧段喷涂强化增材基料；

步骤C：激光束扫描被强化增材基料覆盖的初始刃基部的第一侧的表面；

所述初始刃基部的第一侧形成熔池，所述强化增材基料熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化，以形成熔入在所述初始刃基部的第一侧的薄层状合金强化部；

步骤D：处理初始刃基部的第二侧的表面，所述第二侧的外表面形成向里倾斜的开刃面；形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃；所述复合刀刃包括所述薄层状合金强化部和由初始刃基部经处理所得的刃基部；所述薄层状合金强化部延伸至刀具边缘，并与刃基部的开刃面呈锐角相交以在外缘形成刃口。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：按顺序包括如下步骤：

步骤A：制备刀具毛坯并进行预处理，所述刀具毛坯的一侧为初始刃基部；

对初始刃基部的第一侧进行磨削形成朝外边缘逐渐向里倾斜的第一单侧刃面；

步骤B：在所述第一单侧刃面的外侧段均匀喷涂强化增材基料；

所述强化增材基料在第一单侧刃面上形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区；

步骤C：激光束以一定搭接率逐行扫描所述条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料和初始刃基部；

激光束扫描过程中，所述初始刃基部形成熔池，强化增材基料进入熔池并与初始刃基部的母材合金化形成薄层状合金强化部；

步骤D：磨削处理初始刃基部的第二侧的表面，形成于与第一单侧刃面对称的第二单侧刃面，所述第二单侧刃面包括位于最外侧的开刃面；所述薄层状合金强化部延伸至刀具外缘，并与所述开刃面呈锐角相交以形成刃口。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：步骤A中所述第一单侧刃面包括相接的第一斜面和第二斜面，外侧的第一斜面的斜率大于内侧的第二斜面的斜率；

对应地，步骤D中所述第二单侧刃面包括与第一斜面对称的第三斜面和与第二斜面对称的第四斜面，所述第三斜面为开刃面，所述第三斜面与所述薄层状合金强化部的外表面的夹角为开刃角。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述薄层状合金强化部的宽度为3~10mm，所述条状薄层附着区的材料厚度为0.01~0.05mm，所述薄层状合金强化部的厚度小于5μm；

或所述薄层状合金强化部的宽度为5~50mm，所述条状薄层附着区的材料厚度为0.1~0.2mm，所述薄层状合金强化部的厚度小于0.5mm；

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：按顺序包括如下步骤：

步骤A：制备刀具毛坯并进行预处理，所述刀具毛坯的一侧为初始刃基部；

步骤B：在所述初始刃基部的第一侧的外侧段均匀喷涂强化增材基料；

所述强化增材基料在所述初始刃基部的第一侧形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区；

步骤C：激光束以一定搭接率逐行扫描所述条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料和初始刃基部；

激光束扫描过程中，所述初始刃基部形成熔池，强化增材基料进入熔池并与初始刃基部的母材合金化形成薄层状合金强化部；

步骤D：对初始刃基部的第二侧进行磨削形成开刃面；所述薄层状合金强化部延伸至刀具外缘，并与所述开刃面呈锐角相交以形成刃口。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：按顺序包括如下步骤：

步骤A：制备刀具毛坯并进行预处理，所述刀具毛坯的一侧为初始刃基部；

对初始刃基部的第二侧进行磨削形成朝外边缘逐渐向里倾斜的单侧刃面；

步骤B：在未磨削的所述初始刃基部的第一侧的外侧段均匀喷涂强化增材基料；

所述强化增材基料在所述初始刃基部的第一侧形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区；

步骤C：激光束以一定搭接率逐行扫描所述条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料和初始刃基部；

激光束扫描过程中，所述初始刃基部形成熔池，强化增材基料进入熔池并与初始刃基部的母材合金化形成薄层状合金强化部；

步骤D：对初始刃基部的第二侧的单侧刃面进行精磨形成开刃面；所述薄层状合金强化部延伸至刀具外缘，并与所述开刃面呈锐角相交以形成刃口。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：在步骤C和步骤D之间还包括优化步骤E，所述优化步骤E包括通过马弗炉对步骤C激光作业后的刀具进行低温回火。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：在步骤D之前还包括优化步骤F，所述优化步骤F包括自上而下对前续步骤作业后的刀具施加压力进行调校并控制变形量。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：步骤C中所述激光束扫描方向垂直于初始刃基部的外缘或与初始刃基部的外缘呈一定倾斜角度；步骤C在氮气或氩气或二氧化碳气氛保护下进行；

所述激光束以0~50%的搭接逐行扫描条状薄层附着区以使形成薄层状合金强化部表面形成相互搭接的条状带，所述刃口因并列的条状带呈微锯齿状凹凸。

本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：步骤C中所述激光束的光斑呈圆形或方形，所述光斑直径小于200 μm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

第一、薄层状合金强化部并不是附着在刃基部的表面的一种涂层构造，而是“嵌入”至刃基部内，与刃基部融合呈一体的一种冶金结合构造。其不增加刀刃厚度，不改变刀刃廓形。

第二、薄层状合金强化部由附着于初始刃基部的强化增材基料，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化后形成。因此，与普通激光熔覆工艺相区别的是其具有更佳的层结合性，避免激光熔覆工艺可能出现的熔覆层与刃基部的母材结合性差，容易出现开裂，崩落的问题。

第三、薄层状合金强化部的硬度大于刃基部的硬度，使得刃A面的耐磨性优于刃B面，切削作业时，刃B面因硬度较低而首先被磨损，使得薄层状合金强化部的前沿突出，进而使刀具可以长时间保持较锋利的切割性能。

第四、薄层状合金强化部包括因激光束以一定搭接率逐行扫描造成的多条并列搭接设置的条状带，以使薄层状合金强化部呈微锯齿状凹凸构造，条状带与刃口呈10~90°设置，使得刀刃纵切面呈微锯齿状凹凸，也就使得暴露于刃口位置的薄层状合金强化部呈微锯齿状凹凸，进而使得刀具刃口呈微锯齿状，具有更佳的切削性能。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本实用新型进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本实用新型范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1为实施例一中的自磨刃式厨刀的使用状态示意图；

图2为实施例一中的自磨刃式厨刀的结构示意图；

图3为实施例一中的自磨刃式厨刀的复合刀刃的结构示意图；

图4为实施例一中的制备自磨刃式厨刀的步骤A1的示意图；

图5为实施例一中的制备自磨刃式厨刀的步骤A2的示意图；

图6为实施例一中的制备自磨刃式厨刀的步骤B的示意图；

图7为实施例一中的制备自磨刃式厨刀的步骤C的示意图；

图8为实施例一中的制备自磨刃式厨刀的步骤C完成后的示意图；

图9为实施例一中的制备自磨刃式厨刀的步骤D的示意图；

图10为实施例二中的自磨刃式厨刀的使用状态示意图；

图11为实施例二中的自磨刃式厨刀的结构示意图；

图12为实施例二中的自磨刃式厨刀的局部结构示意图；

图13为实施例二中的自磨刃式厨刀的复合刀刃的结构示意图；

图14为实施例二中的制备自磨刃式厨刀的步骤A的示意图；

图15为实施例二中的制备自磨刃式厨刀的步骤B的示意图；

图16为实施例二中的制备自磨刃式厨刀的步骤C的示意图；

图17为实施例二中的制备自磨刃式厨刀的步骤C完成后的示意图；

图18为实施例二中的制备自磨刃式厨刀的步骤D的示意图；

图19为实施例三中的自磨刃式再生材料破碎刀的示意图；

图20为实施例三中的制备自磨刃式再生材料破碎刀的步骤A的示意图；

图21为实施例三中的制备自磨刃式再生材料破碎刀的步骤B的示意图；

图22为实施例三中的制备自磨刃式再生材料破碎刀的步骤C的示意图；

图23为实施例三中的制备自磨刃式再生材料破碎刀的步骤C完成后的示意图；

图24为实施例三中的制备自自磨刃式再生材料破碎刀的步骤D的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。

应注意到：相似的标号在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可能不再对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例

如图1-2所示，本实施例提供了一种自磨刃式厨刀P1及其具体的制备方法。厨刀为一种自磨刃式刀具，包括刀体100和刀柄200。刀体100包括金属质的刀基体10和复合在刀基体10上的薄层状合金强化部20。

具体地，如图2所示，刀基体10包括本体部101和刃基部102。所谓本体部101是指刀背和刀面的部分，而刃基部102是指一侧用于开刃的部分。本体部101和刃基部102一般而言为金属一体成型。

如图2-3所示，刃基部102包括厚度方向的两个对侧：第一侧S1和第二侧S2。薄层状合金强化部20设置在刃基部102的第一侧S1，且位于刃基部102的外侧段。薄层状合金强化部20与刃基部102形成复合刀刃M。薄层状合金强化部20的硬度大于刃基部102硬度。所谓外侧是指刃基部102远离本体部101的外边缘所在侧，而所谓外侧段是指自刃基部102的外边缘朝本体部101方向延伸的一小段区域。

如图2-3所示，薄层状合金强化部20并不是附着在刃基部102的表面的一种涂层构造，而是“嵌入”至刃基部102内，与刃基部102融合呈一体的一种冶金结合构造。薄层状合金强化部20与刃基部102的交界处发生了彼此的原子扩散。所谓“嵌入”构造是指刃基部102的第一侧S1形成了一个虚拟的“凹槽”，薄层状合金强化部20位于该“凹槽”内，而不是如涂层构造一般凸起地铺设在刃基部102的表面。

基于上述，薄层状合金强化部20的外表面H1与刃基部102的第一侧S1的内侧段的外表面H2共同形成复合刀刃M的刃A面3；刃基部102的第二侧S2的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面，刃基部102的第二侧S2的外表面为复合刀刃M的刃B面4。刃A面3与刃B面4相交以在外缘形成刃口V，薄层状合金强化部20延伸至刃口V。

由于薄层状合金强化部20的硬度大于刃基部102硬度，实现刀体100工作过程中刃A面3和刃B面4两个刃面磨损程度不同，这就使得两个刃面之间具有不同的磨耗比，形成自磨刃效果。

根据现有技术，出厂开刃的厨刀的刃口V截面一般为半径范围为1~2μm的长条型微小弧面构造。在切削食材的应用场景下刃口V逐渐磨损，经过实验得到，当刃口V半径范围在5μm以内的情况下，其依旧保持锋利的状态，而当刃口V半径范围达到8μm，厨刀的钝感明显，难以适应切削作业。

在本实施例中，薄层状合金强化部20的厚度小于5 μm。也就是说在切削作业时，刃B面4因硬度较低而首先被磨损，使得薄层状合金强化部20的前沿突出，而薄层状合金强化部20的厚度小于5 μm，使刃口V磨损后的半径始终小于5 μm，进而使厨刀可以长时间保持较锋利的切割性能。

在本实施例中，薄层状合金强化部20的HRC值大于刃基部102的HRC值，两者的差值大于2HRC。这样的硬度差异形成硬度梯度变化，具有较佳的自磨刃效果。

本实施例中，薄层状合金强化部20由附着于初始刃基部102C的强化增材基料300，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部102C的母材合金化后形成。因此，与普通激光熔覆工艺相区别的是其具有更佳的层结合性，避免激光熔覆工艺可能出现的熔覆层与刃基部102的母材结合性差，容易出现开裂，崩落的问题。

更为重要的是，熔覆层凸起于加工形成刃基部102表面，影响刀刃的廓形设计，使得刀刃的切削性能不受控制。而本实施例中，强化增材基料300熔入至熔池内，使得薄层状合金强化部20“嵌入”在刃基部102内，薄层状合金强化部20的远离刃基部102的外表面与刃基部102的内侧段的外表面大致齐平，基本保持根据设计加工形成的刀刃的廓形，保持刀刃的切削性能的稳定性和一致性。

进一步优选地，如图8所示，薄层状合金强化部20包括多条并列搭接设置的条状带J以使薄层状合金强化部20呈微锯齿状凹凸构造，条状带J与刃口V呈10~90°设置。条状带J因激光束以一定搭接率逐行扫描造成。

因为条状带J呈10~90°设置，使得刀刃纵切面在一侧呈微锯齿状凹凸构造，也就使得暴露于刃口V位置的薄层状合金强化部20呈微锯齿状凹凸，也因此这一自磨刃式厨刀的刃口V呈微锯齿状，具有更佳的切削性能。

而应当理解的是，一般机械加工难以形成微锯齿状凹凸构造，而尺寸过大的锯齿状凹凸构造并不适用于精细食材的切削，而本实施例则突破刀具加工领域的技术瓶颈，实现了刃口V微锯齿状。

在本实施例中，如图3所示，本体部101包括厚度方向相对的刀A面1和刀B面2；刀A面1和刀B面2可以大致平行，刃A面3自刀A面1向里倾斜，刃B面4自刀B面2向里倾斜。刃基部102的纵向截面为沿虚拟中轴线大致对称的尖角结构。薄层状合金强化部20位于尖角结构的一个侧面，且其宽度较短，仅占据外侧段较短距离的区域。

从刀体100的正面来看，薄层状合金强化部20在一个表面呈现较窄的条状构造。优选地，薄层状合金强化部20的宽度为3~10mm。应当被认知的是，仅需要宽度很小的薄层状合金强化部20即可以实现技术目的。

优选地，刀基体10的母材材质可以为2Cr13、9Cr18Mo等，从而其实本身的硬度和韧性符合厨刀切削场景需求。

优选地，本体部101的厚度范围为1~5mm。复合刀刃M在纵向截面呈现一成分梯度变化的构造，首先刃基部102占据厚度的主体，从而使刀具整体保持刀基体10的母材所赋予的特性，而厚度小于5 μm的薄层状合金强化部20的成分也并不均质，应当而言，其还包括与母材冶金结合的部分。薄层状合金强化部20不仅对刀具的自锐性有贡献，其本身也是对刀具强度的一种增强。

本实施例还具体提供了自磨刃式厨刀这种自磨刃式刀具的具体制备方法。

步骤A：如图4-5所示，制备刀具毛坯Y并进行预处理，刀具毛坯的一侧为初始刃基部102C。

步骤B：如图5-6所示，在处理后的初始刃基部102C的第一侧L1的外侧段喷涂强化增材基料300。强化增材基料300在第一单侧刃面上形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区。

步骤C：如图6-7所示(箭头表示激光扫描方向），激光束T扫描被强化增材基料300覆盖的初始刃基部102C的第一侧的表面；初始刃基部102C的第一侧形成熔池，强化增材基料300熔入至熔池内并与初始刃基部102C的母材合金化，以形成熔入在初始刃基部102C的第一侧的薄层状合金强化部20，形成如图8所示结构。

步骤D：如图9所示，处理初始刃基部102C的第二侧L2的表面，第二侧的外表面形成向里倾斜的开刃面13；形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃M；复合刀刃M包括薄层状合金强化部20和由初始刃基部102C经处理所得的刃基部102；薄层状合金强化部20延伸至刀具边缘，并与刃基部102的开刃面呈锐角相交以在外缘形成刃口V。

本实施例中，优选地，步骤A包括以下几个分步骤：

步骤A1：如图4所示，将钢材经过机器下料，得到厨刀的刀具毛坯Y。

步骤A2：如图5所示，将厨刀毛坯通过磨削机，对需要制备刀刃的一侧进行加工形成初始刃基部102C，具体是指对刀具毛坯的第一侧L1面进行磨削形成朝外边缘逐渐向里倾斜的第一单侧刃面。除此之外还一般对第一单侧刃面进行表面处理。

对于图2所示的厨刀的刀刃结构。如图5所示，在步骤A2中需要对刀具毛坯的第一侧L1面进行大开刃磨削和小开刃磨削，即形成两个斜率不同的斜面结构。外侧的第一斜面11斜率较大，宽度一般小于1mm，内侧的第二斜面12斜率较小，宽度较第一斜面11大。

在本实施例中，强化增材基料300以浆料的形式存在，一来提高成分的均一性，二来提高强化增材基料300与初始刃基部102C的附着能力。据此在步骤B之前需要制备强化增材基料300浆料。这一前置步骤具体包括如下步骤：

步骤B1：根据需求配制强化增材基料300粉料，并进行混合研磨搅拌。

步骤B2：利用步骤B1得到的混合粉料，在混入水、乳化剂等成分经混合搅拌制备强化增材基料300浆料。

需要注意的是，强化增材基料300的成分并不受局限，其可以为纯碳粉，也可以是包括碳粉、硅粉和硼粉的混合物，还可以进一步包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等陶瓷粉末。

在本实施例中，强化增材基料300粉料为金属陶瓷复合材料。前置步骤被具体化为如此步骤：

步骤B1：取20重量份纯度为95.5%的碳化锆铌复式碳化物固溶体粉末、8重量份纯度为96%碳化硅固溶体粉末、10重量份纯度为97.5%三氧化二铝粉末、15重量份纯度为96.5%镍粉、13重量份纯度为95.5%的铁粉和19重量份纯度为94.5%的锰粉在球磨机中以350rpm的速度球磨2h，得到金属陶瓷复合材料的强化增材基料300粉料。

步骤B2：取20重量份的步骤B1制备的金属陶瓷复合材料、120重量份纯度为99%的酒精、20重量份虫胶、80重量份自来水在容器中进行搅拌，搅拌时间1h，得到强化增材基料300浆料。

在本实施所提供的强化增材基料300而言，铁粉、锰粉等金属物质提高了强化增材基料300与刀基体10的母材的冶金结合能力，进一步提高结构的稳定性。而碳化物和碳化硅对于硬度的提高做出贡献。并且氧化物和碳化物存在互锁增强效应，缓解结构应变，从而增强了薄层状合金强化部20结构稳定性。

在步骤B中优选地，强化增材基料300的厚度即条状薄层附着区厚度为0.01~0.05mm。强化增材基料300的铺设的厚度也是影响薄层状合金强化部20最终厚度的一个重要参数。在本实施例强化增材基料300的厚度为0.01~0.05mm是基于反复实验所得的优选值。

步骤C中激光束的光斑可以为圆形或方形，光斑的直径或边长小于200 μm。

步骤C中激光束扫描方向垂直于初始刃基部102C的外缘或与初始刃基部102C的外缘呈一定倾斜角度，这一倾斜角度为10~90°。如图8所示，激光束以0~50%的搭接逐行扫描条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料300和初始刃基部102C；激光束扫描过程中，所述初始刃基部102C形成熔池，强化增材基料300进入熔池并与初始刃基部102C的母材合金化形成薄层状合金强化部20，以使形成薄层状合金强化部20表面形成相互搭接的条状带J，刃口V因并列的条状带J呈微锯齿状凹凸。搭接率为激光逐行扫描时，后一行覆盖前一行的面积与后一行面积的比值。整个步骤C加工过程用氮气或氩气或二氧化碳气氛进行保护。

步骤C中激光束的光斑的直径或边长至少关系到两个关键点：第一，薄层状合金强化部20的厚度；第二，条状带J及微锯齿状凹凸的尺寸。应当说明的是激光功率与速度反相关，在本实施例中激光功率500~3000W，扫描速度1~10m/s。激光可以是连续激光，也可以是脉冲激光。

经过C步骤，薄层状合金强化部20的外表面形成了刃A面3。薄层状合金强化部20的外表面与刃基部102的第一侧内侧段的外表面大致相齐。

如图9所示，步骤D具体是对已经复合了薄层状合金强化部20的刀体100通过磨削机，以对初始刃基部102C的第二侧面进行大开刃磨削和小开刃磨削，即形成与第一斜面11和第二斜面12对称的第三斜面和第四斜面14，进而形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃M。第三斜面为复合刀刃M的开刃面。

初始刃基部102C最终完成加工处理变成刃基部102，刃基部102的第二侧S2面形成刃B面4。刃A面3和刃B面4相交，薄层状合金强化部20延伸至刀具边缘，薄层状合金强化部20在第一斜面上的部分的外表面与刃基部102的开刃面呈锐角相交以在外缘形成刃口V。

步骤D还可以被进一步细化呈以下分步骤：

步骤D1：通过磨削机对初始刃基部102C的第二侧面进行大开刃磨削。

步骤D2：将步骤D1磨削后的刀体100放入橡胶轮磨机进行双面过橡胶磨。

步骤D3：将过橡胶轮磨之后的刀体100在第二侧面进行开刃形成第三斜面，至此形成与第一单侧刃面对称的第二单侧刃面。第二单侧刃面包括位于最外侧的开刃面即第三斜面，开刃角度可以为25度。

优选地，用本实施例所制备的自磨刃式厨刀，复合刀刃M的第一侧面即薄层状合金强化部20的硬度为HRC62~HRC66，复合刀刃M的第二侧面即刃基部102母材的硬度为HRC55，进而形成硬度梯度差，为实现自锐提供前提。

实施例

如图10-11所示，本实施例提供了一种自磨刃式厨刀P2'及其具体的制备方法。厨刀为一种自磨刃式刀具，包括刀体100'和刀柄200'。刀体100'包括金属质的刀基体10'和复合在刀基体10'上的薄层状合金强化部20'。具体地，刀基体10'包括本体部101'和刃基部102'。

如图10-12所示，刃基部102'包括厚度方向的两个对侧：第一侧S1'和第二侧S2'。薄层状合金强化部20'设置在刃基部102'的第一侧S1'，且位于刃基部102'的外侧段。薄层状合金强化部20'与刃基部102'形成复合刀刃M'。薄层状合金强化部20'的硬度大于刃基部102'硬度。所谓外侧是指刃基部102'远离本体部101'的外边缘所在侧，而所谓外侧段是指自刃基部102'的外边缘朝本体部101'方向延伸的一小段区域。

如图11-13所示，薄层状合金强化部20'并不是附着在刃基部102'的表面的一种涂层构造，而是“嵌入”至刃基部102'内，与刃基部102'融合呈一体的一种冶金结合构造。薄层状合金强化部20'与刃基部102'的交界处发生了彼此的原子扩散。所谓“嵌入”构造是指刃基部102'的第一侧S1'形成了一个虚拟的“凹槽”，薄层状合金强化部20'位于该“凹槽”内，而不是如涂层构造一般凸起地铺设在刃基部102'的表面。

如图12-13所示，薄层状合金强化部20'的外表面H1'与刃基部102'的第一侧的内侧段H2'的外表面形成复合刀刃M'的刃A面3'；刃基部102'的第二侧S2'的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面13'，刃基部102'的第二侧S2'的外表面为复合刀刃M'的刃B面4'。刃A面3'与刃B面4'相交以在外缘形成刃口V'，薄层状合金强化部20'延伸至刃口V'。

与实施例一不同的是，本体部101'包括厚度方向相对的刀A面1'和刀B面2'，刀A面1'和刀B面2'大致平行；刀A面1'和刃A面3'位于同一平面，刀B面2'与刃B面4'之间呈钝角。更为具象地，本实施例提供的是日式寿司刀这类单面刀刃的厨刀。

由于薄层状合金强化部20'的硬度大于刃基部102'硬度，实现刀体100'工作过程中刃A面3'和刃B面4'两个刃面磨损程度不同，这就使得两个刃面之间具有不同的磨耗比，形成自磨刃效果。

根据现有技术，出厂开刃的厨刀的刃口V'一般为半径范围为1~2μm的长条型微小弧面构造。在切削食材的应用场景下刃口V'逐渐磨损，经过实验得到，当刃口V'半径范围在5μm以内的情况下，其依旧保持锋利的状态，而当刃口V'半径范围达到8μm，厨刀的钝感明显，难以适应切削作业。

在本实施例中，薄层状合金强化部20'的厚度小于5 μm。也就是说在切削作业时，刃B面4'因硬度较低而首先被磨损，使得薄层状合金强化部20'的前沿突出，而薄层状合金强化部20'的厚度小于5 μm，使刃口V'磨损后的半径始终小于5 μm，进而使厨刀可以长时间保持较锋利的切割性能。

在本实施例中，薄层状合金强化部20'的HRC值大于刃基部102'的HRC值，两者的差值大于2HRC。这样的硬度差异形成硬度梯度变化，具有较佳的自磨刃效果。

本实施例中，薄层状合金强化部20'由附着于初始刃基部102C'的强化增材基料300'，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部102C'的母材合金化后形成。因此，与普通激光熔覆工艺相区别的是其具有更佳的层结合性，避免激光熔覆工艺可能出现的熔覆层与刃基部102'的母材结合性差，容易出现开裂，崩落的问题。

更为重要的是，熔覆层凸起于加工形成刃基部102'表面，影响刀刃的廓形设计，使得刀刃的切削性能不受控制。而本实施例中，强化增材基料300'熔入至熔池内，使得薄层状合金强化部20'“嵌入”在刃基部102'内，薄层状合金强化部20'的远离刃基部102'的外表面与刃基部102'的内侧段的外表面大致齐平，基本保持根据设计加工形成的刀刃的廓形，保持刀刃的切削性能的稳定性和一致性。

进一步优选地，薄层状合金强化部20'包括多条并列搭接设置的条状带J'以使薄层状合金强化部20'呈微锯齿状凹凸构造，条状带J'与刃口V'呈10~90°设置。条状带J'因激光束以一定搭接率逐行扫描造成。

因为条状带J'呈10~90°设置，使得刀刃纵切面呈微锯齿状凹凸，也就使得暴露于刃口V'位置的薄层状合金强化部20'呈微锯齿状凹凸，也因此这一自磨刃式厨刀的刃口V'呈微锯齿状，具有更佳的切削性能。

而应当理解的是，一般机械加工难以形成微锯齿状凹凸构造，而尺寸过大的锯齿状凹凸构造并不适用于精细食材的切削，而本实施例则突破刀具加工领域的技术瓶颈，实现了刃口V'微锯齿状。

从刀体100'的正面来看，薄层状合金强化部20'在一个表面呈现较窄的条状构造。优选地，薄层状合金强化部20'的宽度为3~10mm。应当被认知的是，仅需要宽度很小的薄层状合金强化部20'即可以实现技术目的。

如图所示，优选地，刀基体10'的母材材质可以为2Cr13、9Cr18Mo等，从而其实本身的硬度和韧性符合厨刀切削场景需求。

优选地，本体部101'的厚度范围为1~5mm。复合刀刃M'在纵向截面呈现一成分梯度变化的构造，首先刃基部102'占据厚度的主体，从而使刀具整体保持刀基体10'的母材所赋予的特性，而厚度小于5 μm的薄层状合金强化部20'的成分也并不均质，应当而言，其还包括与母材冶金结合的部分。薄层状合金强化部20'不仅对刀具的自锐性有贡献，其本身也是对刀具强度的一种增强。优选地，薄层状合金强化部20'厚度为3~5μm。

也因本实施例中刀具为单侧开刃结构。因此制备方法中也略有区别。

本实施例提供了自磨刃式厨刀这种自磨刃式刀具的具体制备方法。

步骤A：如图14所示，制备刀具毛坯Y'并进行预处理，刀具毛坯Y'的一侧为初始刃基部102C'。在本实施例中，在将钢材经过机器下料，得到厨刀的刀具毛坯Y'后无需对刀具毛坯Y'的初始刃基部102C'进行磨削，仅对表面进行表面处理。

步骤B：如图15所示，在处理后的初始刃基部102C'的第一侧L1'的外侧段喷涂强化增材基料300'。

在本实施例中，强化增材基料300'以浆料的形式存在，一来提高成分的均一性，二来提高强化增材基料300'与初始刃基部102C'的附着能力。据此在步骤B之前需要制备强化增材基料300'浆料。这一前置步骤具体包括如下步骤：

步骤B1：根据需求配制强化增材基料300'粉料，并进行混合研磨搅拌。

步骤B2：利用步骤B1得到的混合粉料，在混入水、乳化剂等成分经混合搅拌制备强化增材基料300'浆料。

需要注意的是，强化增材基料300'的成分并不受局限，其可以为纯碳粉，也可以是包括碳粉、硅粉和硼粉的混合物，还可以进一步包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等陶瓷粉末。

在本实施例中，强化增材基料300'粉料为金属陶瓷复合材料。前置步骤被具体化为如此步骤：

步骤B1：取20重量份纯度为95.5%的碳化锆铌复式碳化物固溶体粉末、8重量份纯度为96%碳化硅固溶体粉末、10重量份纯度为97.5%三氧化二铝粉末、15重量份纯度为96.5%镍粉、13重量份纯度为95.5%的铁粉和19重量份纯度为94.5%的锰粉在球磨机中以350rpm的速度球磨2h，得到金属陶瓷复合材料的强化增材基料300'粉料。

步骤B2：取20重量份的步骤B1制备的金属陶瓷复合材料、120重量份纯度为99%的酒精、20重量份虫胶、80份自来水在容器中进行搅拌，搅拌时间1h，得到强化增材基料300'浆料。

在本实施所提供的强化增材基料300'而言，铁粉、锰粉等金属物质提高了强化增材基料300'与刀基体10'的母材的冶金结合能力，进一步提高结构的稳定性。而碳化物和碳化硅对于硬度的提高做出贡献。并且氧化物和碳化物存在互锁增强效应，缓解结构应变，从而增强了薄层状合金强化部20'结构稳定性。

在步骤B中优选地，强化增材基料300'的厚度为0.01~0.05mm。强化增材基料300'的铺设的厚度也是影响薄层状合金强化部20'最终厚度的一个重要参数。在本实施例强化增材基料300'的厚度为0.01~0.05mm是基于反复实验所得的优选值。

步骤C：如图16所示，激光束T'扫描被强化增材基料300'覆盖的初始刃基部102C'的第一侧L1'的表面；初始刃基部102C'的第一侧L1'形成熔池，强化增材基料300'熔入至熔池内并与初始刃基部102C'的母材合金化，以形成熔入在初始刃基部102C'的第一侧的薄层状合金强化部20'，如图17所示。步骤C和步骤D与实施例一致，在此不进一步累述。薄层状合金强化部20'的外表面与刃基部102'的第一侧内侧段的外表面大致相齐，形成了刃A面3'。

如图16-17所示，步骤C中激光束的光斑可以为圆形或方形，光斑的直径或边长小于200' μm。光斑的直径或边长至少关系到两个关键点：第一，薄层状合金强化部20'的厚度；第二，条状带J'及微锯齿状凹凸的尺寸。应当说明的是激光功率与速度反相关，在本实施例中激光功率500~3000W，扫描速度1~10m/s。激光可以是连续激光，也可以是脉冲激光。

如图17所示，步骤C中激光束扫描方向垂直于初始刃基部102C'的外缘或与初始刃基部102C'的外缘呈一定倾斜角度，这一倾斜角度为10~90°。激光束以0~50%的搭接逐行扫描条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料300'和初始刃基部102C'；激光束扫描过程中，所述初始刃基部102C'形成熔池，强化增材基料300'进入熔池并与初始刃基部102C'的母材合金化形成薄层状合金强化部20'，以使形成薄层状合金强化部20'表面形成相互搭接的条状带J'，刃口V'因并列的条状带J'呈微锯齿状凹凸。搭接率为激光逐行扫描时，后一行覆盖前一行的面积与后一行面积的比值。整个步骤C加工过程用氮气或氩气或二氧化碳气氛进行保护。

步骤D：如图18所示，处理初始刃基部102C'的第二侧L2'的表面，对初始刃基部102C'的第二侧进行磨削形成朝外边缘逐渐向里倾斜的单侧刃面，进而形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃M'。

步骤D具体是对已经复合了薄层状合金强化部20'的刀体100'通过磨削机，以对初始刃基部102C'的第二侧面进行大开刃磨削和小开刃磨削。小开刃后形成位于外侧的开刃面13'。初始刃基部102C'最终完成加工处理变成刃基部102'，进而形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃M'。刃基部102'的第二侧面形成刃B面4'。刃A面3'和刃B面4'相交，薄层状合金强化部20'延伸至刀具边缘，薄层状合金强化部20'在开刃面13'上的部分的外表面与刃基部102'的开刃面13'呈锐角相交以在外缘形成刃口V'。

同样与实施例一中一致，步骤D中在进行小开刃磨削之前刀体100'也可以放入橡胶轮磨机进行双面过橡胶磨。

优选地，用本实施例所制备的自磨刃式厨刀，复合刀刃M'的第一侧面即薄层状合金强化部20'的硬度为HRC62~HRC66，复合刀刃M'的第二侧面即刃基部102'母材的硬度为HRC55，进而形成硬度梯度差，为实现自锐提供前提。

实施例三

如图19、24所示，本实施例提供了一种自磨刃式再生材料破碎刀P3''及其具体的制备方法。再生材料破碎刀为一种自磨刃式刀具，其刀体100''包括金属质的刀基体10''和复合在刀基体10''上的薄层状合金强化部20''。

具体地，如图24所示，刀基体10''包括本体部101''和刃基部102''。所谓本体部是指刀背和刀面的部分，而刃基部102''是指一侧用于开刃的部分。本体部和刃基部102''一般而言为金属一体成型。

刀基体10''的材料优选为6CrW2Si、42CrMo、SKD-11、D2、DC53、LD、Cr12Mo等型号的钢材。

如图24所示，刃基部102''包括厚度方向的两个对侧：第一侧S1''和第二侧S2''。薄层状合金强化部20''设置在刃基部102''的第一侧S1''，且位于刃基部102''的外侧段。薄层状合金强化部20''与刃基部102''形成复合刀刃M''。薄层状合金强化部20''的硬度大于刃基部102''硬度。所谓外侧是指刃基部102''远离本体部101''的外边缘所在侧，而所谓外侧段是指自刃基部102''的外边缘朝本体部101''方向延伸的一小段区域。

薄层状合金强化部20''并不是附着在刃基部102''的表面的一种涂层构造，而是“嵌入”至刃基部102''内，与刃基部102''融合呈一体的一种冶金结合构造。薄层状合金强化部20''与刃基部102''的交界处发生了彼此的原子扩散。所谓“嵌入”构造是指刃基部102''的第一侧S1''形成了一个虚拟的“凹槽”，薄层状合金强化部20''位于该“凹槽”内，而不是如涂层构造一般凸起地铺设在刃基部102''的表面。

基于上述，薄层状合金强化部20''的外表面与刃基部102''的第一侧S1''的内侧段的外表面形成复合刀刃M''的刃A面3''；刃基部102''的第二侧S2''的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面13''，刃基部102''的第二侧S2''的外表面为复合刀刃M''的刃B面4''。刃A面3''与刃B面4''相交以在外缘形成刃口V''，薄层状合金强化部20''延伸至刃口V''。

由于薄层状合金强化部20''的硬度大于刃基部102''硬度，实现刀体100''工作过程中刃A面3''和刃B面4''两个刃面磨损程度不同，这就使得两个刃面之间具有不同的磨耗比，形成自磨刃效果。

与实施例一不同的是，本体部101''包括厚度方向相对的刀A面1''和刀B面2''，刀A面1''和刀B面2''大致平行；刀A面1''和刃A面3''位于同一平面，刀B面2''与刃B面4''之间呈钝角。刃B面4''朝刃口V''向里倾斜，其实际为一单侧刃面的刀具。再生材料破碎刀的使用场景中，再生材料以一定速度撞击到刃口V''处产生瞬时切削，从而实现破碎的目的。

在本实施例中，薄层状合金强化部20''的厚度小于0.5mm。也就是说在切削作业时，刃B面4''因硬度较低而首先被磨损，使得薄层状合金强化部20''的前沿突出，而薄层状合金强化部20''的厚度小于0.5mm，使刃口V''磨损后的半径始终小于0.5mm，进而使自磨刃式再生材料破碎刀可以长时间保持较锋利的切割性能。进一步地薄层状合金强化部20''的厚度优先于小于0.2mm。

在本实施例中，薄层状合金强化部20''的HRC值大于刃基部102''的HRC值，两者的差值大于2HRC。这样的硬度差异形成硬度梯度变化，具有较佳的自磨刃效果。

本实施例中，薄层状合金强化部20''由附着于初始刃基部102C''的强化增材基料300''，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部102C''的母材合金化后形成。因此，与普通激光熔覆工艺相区别的是其具有更佳的层结合性，避免激光熔覆工艺可能出现的熔覆层与刃基部102''的母材结合性差，容易出现开裂，崩落的问题。

更为重要的是，熔覆层凸起于加工形成刃基部102''表面，影响刀刃的廓形设计，使得刀刃的切削性能不受控制。而本实施例中，强化增材基料300''熔入至熔池内，使得薄层状合金强化部20''“嵌入”在刃基部102''内，薄层状合金强化部20''的远离刃基部102''的外表面与刃基部102''的内侧段的外表面大致齐平，基本保持根据设计加工形成的刀刃的廓形，保持刀刃的切削性能的稳定性和一致性。

进一步优选地，薄层状合金强化部20''包括多条并列搭接设置的条状带J''以使薄层状合金强化部20''呈微锯齿状凹凸构造，条状带J''与刃口V''呈10~90°设置。条状带J''因激光束以一定搭接率逐行扫描造成。

因为条状带J''呈10~90°设置，使得刀刃纵切面呈微锯齿状凹凸，也就使得暴露于刃口V''位置的薄层状合金强化部20''呈微锯齿状凹凸，也因此这一自磨刃式再生材料破碎刀的刃口V''呈微锯齿状，具有更佳的切削性能。

而应当理解的是，一般机械加工难以形成微锯齿状凹凸构造，而尺寸过大的锯齿状凹凸构造并不适用于精细食材的切削，而本实施例则突破刀具加工领域的技术瓶颈，实现了刃口V''微锯齿状。

从刀体100''的正面来看，薄层状合金强化部20''在一个表面呈现较窄的条状构造。优选地，薄层状合金强化部20''的宽度为5~50mm。应当被认知的是，仅需要宽度很小的薄层状合金强化部20''即可以实现技术目的。

优选地，本体部101''的厚度范围为3~50mm。复合刀刃M''在纵向截面呈现一成分梯度变化的构造，首先刃基部102''占据厚度的主体，从而使刀具整体保持刀基体10''的母材所赋予的特性，而厚度小于0.5mm的薄层状合金强化部20''的成分也并不均质，应当而言，其还包括与母材冶金结合的部分。薄层状合金强化部20''不仅对刀具的自锐性有贡献，其本身也是对刀具强度的一种增强。

本实施例还具体提供了自磨刃式再生材料破碎刀这种自磨刃式刀具的具体制备方法。

步骤A：如图20所示，制备刀具毛坯Y''并进行预处理，刀具毛坯Y''的一侧为初始刃基部102C''。

步骤B：如图21所示，在处理后的初始刃基部102C''的第一侧L1''的外侧段喷涂强化增材基料300''。强化增材基料300''在第一侧L1''上形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区。

步骤C：如图22所示，激光束T''扫描被强化增材基料300''覆盖的初始刃基部102C''的第一侧的表面；初始刃基部102C''的第一侧形成熔池，强化增材基料300''熔入至熔池内并与初始刃基部102C''的母材合金化，以形成熔入在初始刃基部102C''的第一侧的薄层状合金强化部20''，如图23所示。

步骤D：如图23所示，处理初始刃基部102C''的第二侧L2''的表面，第二侧的外表面形成向里倾斜的开刃面13''；形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃M''；复合刀刃M''包括薄层状合金强化部20''和由初始刃基部102C''经处理所得的刃基部102''；薄层状合金强化部20''延伸至刀具边缘，并与刃基部102''的开刃面13''呈锐角相交以在外缘形成刃口V''。

本实施例中，优选地，步骤A包括以下几个分步骤：

步骤A1：将钢材经过机器下料，得到再生材料破碎刀的刀具毛坯Y''。

步骤A2：采用机械法对刀具毛坯Y''的第一侧S1''面进行表面处理，去除刀具毛坯Y''需进行强化作业工作面表面的氧化皮。

在本实施例中，强化增材基料300''以浆料的形式存在，一来提高成分的均一性，二来提高强化增材基料300''与初始刃基部102C''的附着能力。据此在步骤B之前需要制备强化增材基料300''浆料。这一前置步骤具体包括如下步骤：

步骤B1：根据需求配制强化增材基料300''粉料，并进行混合研磨搅拌。

步骤B2：利用步骤B1得到的混合粉料，在混入水、乳化剂等成分经混合搅拌制备强化增材基料300''浆料。

需要注意的是，强化增材基料300''的成分并不受局限，其可以为纯碳粉，也可以是包括碳粉、硅粉和硼粉的混合物，还可以进一步包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等陶瓷粉末。

在本实施例中，强化增材基料300''粉料为金属陶瓷复合材料。前置步骤被具体化为如此步骤：

步骤B1：取18重量份纯度为97.2%的碳化锆铌复式碳化物固溶体粉末、8重量份纯度为98.5%的碳化钨固溶体粉末、8重量份纯度为95.9%的碳化钛固溶体粉末、6重量份纯度为97.9%碳化硅固溶体粉末、12重量份纯度为96.2%三氧化二铝粉末、13重量份纯度为97.1%镍粉、11重量份纯度为90.5%的铁粉和9重量份纯度为95.4%的锰粉在球磨机中以300rpm的速度球磨3h，得到金属陶瓷复合材料。

步骤B2：取15重量份的金属陶瓷复合材料、100''重量份纯度为99%的酒精、150份自来水在容器中进行搅拌，搅拌时间0.5h，得到强化增材基料300''浆料。

在本实施所提供的强化增材基料300''而言，铁粉、锰粉等金属物质提高了强化增材基料300''与刀基体10''的母材的冶金结合能力，进一步提高结构的稳定性。而碳化物和碳化硅对于硬度的提高做出贡献。并且氧化物和碳化物存在互锁增强效应，缓解结构应变，从而增强了薄层状合金强化部20''结构稳定性。

在步骤B中优选地，强化增材基料300''的厚度为0.1~0.2mm。强化增材基料300''的铺设的厚度也是影响薄层状合金强化部20''最终厚度的一个重要参数。在本实施例强化增材基料300''的厚度为0.1~0.2mm是基于反复实验所得的优选值。

步骤C中激光束的光斑可以为圆形或方形，光斑的直径或边长小于1mm。光斑的直径至少关系到两个关键点：第一，薄层状合金强化部20''的厚度；第二，条状带J''及微锯齿状凹凸的尺寸。应当说明的是激光功率与速度反相关，激光可以是连续激光，也可以是脉冲激光。

步骤C中激光束扫描方向垂直于初始刃基部102C''的外缘或与初始刃基部102C''的外缘呈一定倾斜角度，这一倾斜角度为10~90°。激光束以0~100''%的搭接逐行扫描条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料300''和初始刃基部102C''；激光束扫描过程中，所述初始刃基部102C''形成熔池，强化增材基料300''进入熔池并与初始刃基部102C''的母材合金化形成薄层状合金强化部20''，以使形成薄层状合金强化部20''表面形成相互搭接的条状带J''，刃口V''因并列的条状带J''呈微锯齿状凹凸。搭接率为激光逐行扫描时，后一行覆盖前一行的面积与后一行面积的比值。整个步骤C加工过程用氮气或氩气或二氧化碳气氛进行保护。

经过C步骤，薄层状合金强化部20''的外表面形成了刃A面3''。薄层状合金强化部20''的外表面与刃基部102''的第一侧S1''内侧段的外表面大致相齐。

步骤D具体是对已经复合了薄层状合金强化部20''的刀体100''的刃基部102''的第二侧S2''面进行磨削形成向里倾斜的开刃面13''，进而形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃M''。

初始刃基部102C''最终完成加工处理变成刃基部102''，刃基部102''的第二侧S2''面形成刃B面4''。刃A面3''和刃B面4''相交，薄层状合金强化部20''延伸至刀具边缘，薄层状合金强化部20''在第一斜面上的部分的外表面与刃基部102''的开刃面13''呈锐角相交以在外缘形成刃口V''。

当然，上述步骤A-D的步骤还可以被进行进一步优化。在步骤A中对初始刃基部102C''的第二侧S2''进行磨削形成朝外边缘逐渐向里倾斜的单侧刃面，这一单侧刃面为粗加工的斜面，区别于步骤D形成的开刃面13''。在步骤D中，通过斜面精磨形成开刃面13''。这是因为通过机加工预先形成一个制备开刃面13''的粗加工斜面，有利于节省精加工的时间，提高生产效率。

此外，在步骤C和步骤D之间还包括优化步骤E，优化步骤E包括通过马弗炉对步骤C激光作业后的刀具进行低温回火处理。通过马弗炉对激光作业后的刀片进行低温回火，回火温度180-200''度，回火时间2h。通过低温回火提高了刀具的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等。并进一步对薄层状合金强化部20''形成热处理，有利于薄层状合金强化部20''的强度、结合度和稳定性。

进一步地，在步骤D之前还包括优化步骤F，优化步骤F包括自上而下对前续步骤作业后的刀具施加压力进行调校并控制变形量。具体是指对再生材料破碎刀自上而下施加8Mpa压力进行调校，将再生材料破碎刀的变形量控制在0.01mm内。应当说明的是两个优化步骤并不是必须的。如果包含两个步骤，那么步骤F在步骤E后步骤D之前。当然也可以仅包含步骤E或步骤D的其中任一。那么这任一的优化步骤在步骤C之后步骤D之前。

以上对本发明所提供的各种自磨刃式刀具及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。基于实施例一到实施例三所呈现的技术构思，自磨刃式刀具的结构和制备方法同样也适用于农业用饲料切碎刀等各种刀具中，尤其适用于制作成本较高，对锋利度要求较高的一些刀具中。

以上对本发明所提供的自磨刃式刀具及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于包括如下步骤：

步骤A：制备刀具毛坯并进行预处理，所述刀具毛坯的一侧为初始刃基部；

步骤B：在处理后的初始刃基部的第一侧的外侧段喷涂强化增材基料；

所述强化增材基料在所述初始刃基部的第一侧形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区；

步骤C：激光束以0~50%的搭接逐行扫描条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料和初始刃基部；

激光束扫描过程中，所述初始刃基部的第一侧形成熔池，所述强化增材基料熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化，以形成熔入在所述初始刃基部的第一侧的薄层状合金强化部；

所述薄层状合金强化部表面形成相互搭接的条状带，刃口因并列的条状带呈微锯齿状凹凸；

步骤D：处理初始刃基部的第二侧的表面，所述第二侧的外表面形成向里倾斜的开刃面；形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃；所述复合刀刃包括所述薄层状合金强化部和由初始刃基部经处理所得的刃基部；所述薄层状合金强化部延伸至刀具边缘，并与刃基部的开刃面呈锐角相交以在外缘形成刃口。

2.根据权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于按顺序包括如下步骤：

步骤A：制备刀具毛坯并进行预处理，所述刀具毛坯的一侧为初始刃基部；

对初始刃基部的第一侧进行磨削形成朝外边缘逐渐向里倾斜的第一单侧刃面；

步骤B：在所述第一单侧刃面的外侧段均匀喷涂强化增材基料；

所述强化增材基料在第一单侧刃面上形成具有一定宽度和厚度的条状薄层附着区；

步骤C：激光束以一定搭接率逐行扫描所述条状薄层附着区，以同时作用强化增材基料和初始刃基部；

激光束扫描过程中，所述初始刃基部形成熔池，强化增材基料进入熔池并与初始刃基部的母材合金化形成薄层状合金强化部；

步骤D：磨削处理初始刃基部的第二侧的表面，形成于与第一单侧刃面对称的第二单侧刃面，所述第二单侧刃面包括位于最外侧的开刃面；所述薄层状合金强化部延伸至刀具外缘，并与所述开刃面呈锐角相交以形成刃口。

3.根据权利要求2所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于：

步骤A中所述第一单侧刃面包括相接的第一斜面和第二斜面，外侧的第一斜面的斜率大于内侧的第二斜面的斜率；

对应地，步骤D中所述第二单侧刃面包括与第一斜面对称的第三斜面和与第二斜面对称的第四斜面，所述第三斜面为开刃面，所述第三斜面与所述薄层状合金强化部的外表面的夹角为开刃角。

4.根据权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于所述薄层状合金强化部的宽度为3~10mm，所述条状薄层附着区的材料厚度为0.01~0.05mm，所述薄层状合金强化部的厚度小于5μm；

或所述薄层状合金强化部的宽度为5~50mm，所述条状薄层附着区的材料厚度为0.1~0.2mm，所述薄层状合金强化部的厚度小于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于在步骤C和步骤D之间还包括优化步骤E，所述优化步骤E包括通过马弗炉对步骤C激光作业后的刀具进行低温回火。

6.根据权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于在步骤D之前还包括优化步骤F，所述优化步骤F包括自上而下对前续步骤作业后的刀具施加压力进行调校并控制变形量。

7.根据权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于：

步骤C中所述激光束扫描方向垂直于初始刃基部的外缘或与初始刃基部的外缘呈一定倾斜角度；步骤C在氮气或氩气或二氧化碳气氛保护下进行。

8.根据权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法：其特征在于：

步骤C中所述激光束的光斑呈圆形或方形，所述光斑直径小于200 μm或所述光斑直径小于1mm。

9.自磨刃式厨刀，其特征在于采用如权利要求1所述的自磨刃式刀具的制备方法制备而成，其包括刀基体，所述刀基体包括本体部和刃基部；

所述刃基部的第一侧的外侧段设有薄层状合金强化部，所述薄层状合金强化部嵌入至所述刃基部内；

所述薄层状合金强化部由附着于初始刃基部的强化增材基料，经过激光束扫描后熔入至熔池内并与初始刃基部的母材合金化后形成；

所述薄层状合金强化部是嵌入至刃基部内，与所述刃基部融合呈一体的一种冶金结合构造；

所述薄层状合金强化部包括多条因激光束扫描形成的并列搭接设置的条状带，所述条状带与所述刃口呈10~90度设置，所述刃口因并列的条状带呈微锯齿状凹凸；

所述薄层状合金强化部的HRC值大于所述刃基部的HRC值，两者的差值大于2HRC；

所述薄层状合金强化部与所述刃基部共同形成厚度由内向外逐渐减小的复合刀刃；

所述薄层状合金强化部的外表面与所述刃基部的第一侧内侧段的外表面大致相齐，以共同形成复合刀刃的刃A面；

所述刃基部的第二侧的外表面包括位于外侧段的向里倾斜的开刃面，所述刃基部的第二侧的外表面为复合刀刃的刃B面；

所述刃A面与刃B面在外缘相交形成刃口，所述薄层状合金强化部延伸至所述刃口，所述薄层状合金强化部的厚度小于5 μm。

10.根据权利要求9所述的自磨刃式厨刀，其特征在于所述复合刀刃为双面刀刃；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面；

所述刃A面自刀A面向里倾斜，所述刃B面自刀B面向里倾斜。

11.根据权利要求9所述的自磨刃式厨刀，其特征在于所述复合刀刃为单面刀刃；

所述本体部包括厚度方向相对的刀A面和刀B面；

所述刀A面和刃A面位于同一平面，所述刀B面与刃B面之间呈钝角。

12.根据权利要求9所述的自磨刃式厨刀，其特征在于所述薄层状合金强化部的宽度为1~20mm。

13.根据权利要求9所述的自磨刃式厨刀，其特征在于所述强化增材基料包括碳粉、硅粉、硼粉、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物中的一种或多种。