一種氮氧化鉻和類金剛石膜復合涂層掛面刀輥的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮氧化鉻+類金剛石膜（DLC）復合涂層掛面刀輥或棒的工藝，包括如下步驟：清洗干燥、預處理、涂層NO2Cr膜層作為過渡層（打底層）、涂層DLC外膜層。利用本發(fā)明工藝在掛面刀輥或棒涂層類金剛石膜，可以提高掛面刀桿的硬度、韌性、耐磨性能、耐腐蝕性能、抗菌性能、潤滑性能從而提高使用壽命8-10倍。本發(fā)明也可以廣泛應用于其它食品機械。
【專利說明】一種氮氧化鉻和類金剛石膜復合涂層掛面刀輥的制備工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及食品加工機械，具體的是涉及一種用高科技的NO2Cr-DLC復合涂層技術在45 #鋼制作的掛面刀桿(又名:刀輥、刀棒)表面沉積NO2Cr-DLC (氮氧化鉻+類金剛石膜)復合涂層的工藝。
【背景技術】
[0002]中國是世界上最大的面制品生產(chǎn)國，掛面是老百姓日常生活不可缺少的主要食品。目前掛面品種和制作方式正在趨向于機械化、專業(yè)化、標準化。單刀切面機、多刀切面機、掛面生產(chǎn)線等食品機械已經(jīng)實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)。
[0003]所有的面條加工機械都離不了刀桿(又名:刀輥、刀棒)，刀桿是將壓面機搟制好的面皮切成各種形狀、各種規(guī)格的“條”的主要工具。刀桿(又名:刀輥、刀棒)的加工是用45#鋼管調質至HB200-220。然后車外圓、切槽的工藝制作的。這種刀桿使用壽命短，其原因如下:45 #鋼管雖然經(jīng)過調質，仍然經(jīng)受不了長期刀輥表面大凹槽和小凹槽兩兩對應連續(xù)的切割擠壓產(chǎn)生的摩擦力和擠壓力，很難避免槽齒磨損、崩裂報廢；面皮參有鹽和堿，這些鹽和堿對刀輥起腐蝕作用，使用不久就因銹蝕而報廢；45 #鋼管制造的刀輥表面密布大凹槽和小凹槽，因為45 #鋼管的摩擦系數(shù)> 1，在使用中要經(jīng)常用食用油潤滑，不然就粘刀；此外，之前的刀桿(又名:刀輥、刀棒)很容易滋生細菌，產(chǎn)生霉變，因為其刀桿不具備抑制霉菌生長的功能。如果外表面鍍鋅、鍍鎳其脫落的金屬顆粒對人體有害，因為其鍍層不具備與人體的親和性。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決以上技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種附著力強、硬度高、摩擦系數(shù)小，耐酸、耐堿、耐高溫，能抑制霉菌生長，無菌、耐腐蝕、不銹蝕的類金剛石膜涂層刀桿(又名:刀輥、刀棒)，本發(fā)明也可以廣泛應用于其它食品機械。本發(fā)明完全可以消除以上存在的各種弊端。因為本發(fā)明的NO2Cr -D`LC復合涂層具有涂層附著力強、硬度高、摩擦系數(shù)小，耐酸、耐堿、耐高溫，能抑制霉菌生長等特性。
[0005]類金剛石膜(DLC)種非晶碳的亞穩(wěn)定形態(tài).碳是一種獨特的元素，它提供所有植物和動物組織的基本框架。碳生物已經(jīng)被使用了幾十年。熱解碳仍然是常用的瓣膜假體以及醫(yī)療假肢和手術器械最廣泛使用的生物工程材料，因為其具有優(yōu)異的機械性能和良好的生物相容性。
[0006]DLC共享了石墨和金剛石的性能，如:高硬度和彈性模量、化學惰性、良好的電阻率、紅外透明、高析射率和卓越的平滑性。這些性能在沒有晶界的各向異性無序的薄膜中獲得，因此使得DLC與金剛石相比更適用于食品機械刀具。
[0007]本發(fā)明就是利用類金剛石膜(DLC)的高硬度和彈性模量提高面刀(刀輥、刀棒)的使用壽命和耐摩擦性能；利用其化學惰性承受耐酸、耐堿、耐高溫的環(huán)境適應性；以及抑制細菌生長等特性和涂層類金剛石膜的工藝技術，制備了本發(fā)明產(chǎn)品。[0008]上述目的通過以下技術方案實現(xiàn):
本發(fā)明使用DLC復合涂層設備，該設備是近年來發(fā)展起來的一種較先進的設備，在有關論文和雜志上有介紹。DLC復合涂層設備設置有多個弧靶位，本發(fā)明工藝中采用10個多弧靶位，其中8個布置磁過濾弧源用于沉積DLC涂層，另外2個布置多弧靶用于沉積氮化鉻過渡層；該10個靶位分5列均布于真空室側壁及大門，各靶位具有互換性，方便功能擴展及沉積工藝調整；本設備真空系統(tǒng)配置分子泵為主抽泵，避免真空泵油在鍍膜過程中的污染現(xiàn)象；采用PLC+工控機手、自動一體的控制方式，人機界面觸摸屏操作模式。
[0009]DLC復合涂層設備采用高真空磁過濾多弧離子沉積法，是近年來發(fā)展起來的一種新型離子束薄膜制備方法?；≡粗械挠|發(fā)電極和石墨陰極之間產(chǎn)生真空電弧放電，激發(fā)出高離化率的碳等離子體，采用磁過濾線圈過濾掉弧源產(chǎn)生的大顆粒和中性原子，可使到達襯底的幾乎全部是碳離子，可以用較高的沉積速率制備出無氫膜，有文獻結果表明采用此技術可以獲得sp3鍵含量高達90%、硬度高達~9000HV0.025的無氫碳膜，其性質與多晶金剛石膜(CVD)相近。
[0010]一種氮氧化鉻和類金剛石膜復合涂層掛面刀輥的制備工藝，包括如下步驟: 第一步:清洗干燥:在恒溫干燥室內清洗去除面刀桿表面密布的大凹槽和小凹槽防銹
油和污潰，通過清洗干燥聯(lián)動裝置將清洗的工件進入干燥箱，溫度控制在60-70°C，烘干工件裝入專用夾具備用進入下一步，所述清洗干燥聯(lián)動裝置是:高壓噴淋清洗機由輸送帶或懸掛線送入待清洗的工件，經(jīng)過一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由輸送帶自動送出； 所述清洗液:金屬洗滌劑與除油劑按1:1重量比配制；
第二步:工件預處理噴砂:用金剛石WlO微粉噴射外圓，使用物理方法刻蝕工件表面，使涂層類金剛石膜形成框架基礎；
第三步:工件預處理拋研，用金剛石W5微粉拋研工件外圓，進一步刻蝕工件表面； 第四步:超聲波清洗機中使用帕卡瀨津脫脂劑FC-4360進行脫脂清洗干燥；
第五步:超聲波清洗機中使用丙酮與無水乙醇按照3:7的配比，再次進行脫脂、去污、清洗、干燥；
第六步:將再次清洗干燥后的工件裝入DLC復合涂層設備；
第七步:通入Ar至0.5-1.5Pa，對工件加偏壓600-800V ；
第八步:通入N和C、H至l-2Pa，對工件涂層面形核，即:為涂層致密的打底層和工作層編織構架；
第九步:通入N和02，開啟2個鉻靶沉積氮化鉻過渡層(打底層)NO2Cr,厚度20-30 μ m ；第十步:涂層過渡層NO2Cr之后，間歇35min，通入N和CH4、H，開啟8個石墨磁過濾弧靶，在打底層上沉積DLC外膜層，沉積7h，DLC類金剛石薄膜厚度10-15 μ m。
[0011]所述第一步的清洗，清洗前砂除凹槽的毛刺，否則沉積的DLC膜不可能全方位覆蓋，防止留有縫隙和死角又會腐蝕和銹蝕；
所述第一步的清洗和干燥在在l_2min內干燥，以防止外表面氧化會嚴重影響DLC膜的附著力；
所述第二、三步預處理的目的是用物理方法對工件起到刻蝕作用。
[0012]所述第五步涂層打底層及第六步涂層DLC外膜層的雙層膜可以得到與基體附著力很高而且耐磨性能良好的DLC膜層。
[0013]本發(fā)明的積極效果在于:1、無霉菌生長；2、涂層表面形貌及成分質量優(yōu)良:樣品表面沉積了一層致密的薄膜，其結構為典型的非晶結構。薄膜表面平整，無缺陷；3、涂層摩擦系數(shù)可達到0.13 ;4、涂層附著力達到37N; 5、涂層厚度達到8-10 μ m，且涂層在不同位置上厚度均勻；6、本發(fā)明參雜N、Cr和02是引入NO2Cr納米微粒增加DLC薄膜中的氫的含量，降低了薄膜壓應力和水接觸角。納米微粒含量增加了 DLC膜的殺菌活性，因此對大腸桿菌和各種霉菌有很強的抗菌功能。利用本發(fā)明工藝在掛面刀輥或棒涂層類金剛石膜，可以提高掛面刀桿的硬度、韌性、耐磨性能、耐腐蝕性能、抗菌性能、潤滑性能從而提高使用壽命8-10 倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明工藝的流程圖。
[0015]圖2為掛面刀復合涂層的表面形貌圖。
[0016]圖3為掛面刀復合涂層的截面形貌圖。
[0017]圖4為掛面刀復合涂層的摩擦系數(shù)檢測圖。
【具體實施方式】
[0018]為進一步描述本發(fā)明，以下以具體的實施例來說明本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于此。
[0019]實施例1，以550X 1.5mm圓刀加粗型掛面刀(簡稱“工件”)為例:
第一步:清洗干燥:在恒溫干燥室內清洗去除面刀桿表面密布的大凹槽和小凹槽防銹油和污潰，通過用金屬洗滌劑與除油劑按1:1重量比配制的清洗液清洗干燥聯(lián)動裝置將清洗的工件進入干燥箱，溫度控制在60°c，烘干工件裝入專用夾具備用進入下一步。所述清洗干燥聯(lián)動裝置采用高壓噴淋清洗機；
第二步:工件預處理噴砂:用金剛石WlO微粉噴射外圓，使用物理方法刻蝕工件表面，使涂層類金剛石膜形成框架基礎；
第三步:工件預處理拋研，用金剛石W5微粉拋研工件外圓，進一步刻蝕工件表面； 第四步:超聲波清洗機中使用帕卡瀨津脫脂劑FC-4360進行脫脂清洗干燥；
第五步:超聲波清洗 機中使用丙酮+無水乙醇(3:7配比)再次進行脫脂、去污、清洗、干
燥；
第六步:將再次清洗干燥后的工件裝入DLC復合涂層設備的行星旋轉插架(10根)； 第七步:通入Ar至IPa，對工件加偏壓600-800V ；
第八步:通入N和C、H至1.5Pa,對工件涂層面形核，即:為涂層致密的打底層和工作層編織構架；
第九步:通入N和02，開啟2個鉻靶沉積氮化鉻過渡層(打底層)NO2Cr,厚度20-30 μ m ；第十步:涂層過渡層NO2Cr之后，間歇35min，通入N和CH4、H，開啟8個石墨磁過濾弧靶，在打底層上沉積DLC外膜層，沉積7h，DLC類金剛石薄膜厚度10 μ m。
[0020]對上述掛面刀的NO2Cr-DLC復合涂層進行檢測，其結果如下:
圖2為檢測樣品表面在場發(fā)射電子掃描電鏡下放大5000倍的形貌圖。從檢測結果可以看出，樣品表面沉積了一層致密的薄膜。
[0021]如圖3所示，從檢測結果可以看出，涂層與基底之間有明顯的分界線，所檢測的兩個位置的涂層厚度均約為10微米，傳統(tǒng)的鍍膜裝置和設備是很難達到這個厚度的，同時也顯示出涂層在不同位置上厚度較為均勻。
[0022]圖4為復合涂層在無潤滑條件下與氮化硅陶瓷球對磨時的摩擦曲線圖，由圖可看出其平均摩擦系數(shù)約為0.13。
[0023]實施例2:以330X 1.5mm加厚掛面刀為例:
第一步:清洗干燥:在恒溫干燥室內清洗去除面刀桿表面密布的大凹槽和小凹槽防銹油和污潰，通過用金屬洗滌劑與除油劑按1:1重量比配制的清洗液清洗干燥聯(lián)動裝置將清洗的工件進入干燥箱，溫度控制在60-70°C，烘干工件裝入專用夾具備用進入下一步，
所述清洗干燥聯(lián)動裝置是:高壓噴淋清洗機由輸送帶或懸掛線送入待清洗的工件，經(jīng)過一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由輸送帶自動送出；
第二步:工件預處理噴砂:用金剛石WlO微粉噴射外圓，使用物理方法刻蝕工件表面，使涂層類金剛石膜形成框架基礎；
第三步:工件預處理拋研，用金剛石W5微粉拋研工件外圓，進一步刻蝕工件表面； 第四步:超聲波清洗機中使用帕卡瀨津脫脂劑FC-4360進行脫脂清洗干燥；
第五步:超聲波清洗機中使用丙酮+無水乙醇(3:7配比)再次進行脫脂、去污、清洗、干
燥；
第六步:將再次清洗干燥后的工件裝入DLC復合涂層設備的行星旋轉插架(10根)； 第七步:通入Ar至1.5Pa，對工件加偏壓600-800V ；
第八步:通入N和C、H至2Pa，對工件涂層面形核，即:為涂層致密的打底層和工作層編織構架；
第九步:通入N和02，開啟2個鉻靶沉積氮化鉻過渡層(打底層)NO2Cr,厚度20-30 μ m ；第十步:涂層過渡層NO2Cr之后，間歇35min，通入N和CH4、H，開啟8個石墨磁過濾弧靶，在打底層上沉積DLC外膜層，沉積7h，DLC類金剛石薄膜厚度15 μ m。
【權利要求】
1.一種氮氧化鉻和類金剛石膜復合涂層掛面刀輥的制備工藝，其特征在于包括如下步驟: 第一步:清洗干燥:在恒溫干燥室內清洗去除面刀桿表面密布的大凹槽和小凹槽防銹油和污潰，通過清洗干燥聯(lián)動裝置將清洗的工件進入干燥箱，溫度控制在60-70°C，烘干工件裝入專用夾具備用進入下一步； 所述清洗干燥聯(lián)動裝置是:高壓噴淋清洗機由輸送帶或懸掛線送入待清洗的工件，經(jīng)過一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由輸送帶自動送出； 所述清洗液:金屬洗滌劑與除油劑按1:1重量比配制； 第二步:工件預處理噴砂:用金剛石WlO微粉噴射外圓，使用物理方法刻蝕工件表面，使涂層類金剛石膜形成框架基礎； 第三步:工件預處理拋研，用金剛石W5微粉拋研工件外圓，進一步刻蝕工件表面； 第四步:超聲波清洗機中使用帕卡瀨津脫脂劑FC-4360進行脫脂清洗干燥； 第五步:超聲波清洗機中使用丙酮與無水乙醇按照重量比3:7的配比，再次進行脫脂、去污、清洗、干燥； 第六步:將再次清 洗干燥后的工件裝入DLC復合涂層設備； 第七步:通入Ar至0.5-1.5Pa，對工件加偏壓600-800V ； 第八步:通入N和C、H至l-2Pa，對工件涂層面形核，即:為涂層致密的打底層和工作層編織構架； 第九步:通入N和O2，開啟2個鉻靶沉積氮化鉻過渡層NO2Cr,厚度20-30 μ m ； 第十步:涂層過渡層NO2Cr之后，間歇35min，通入N和CH4、H，開啟8個石墨磁過濾弧靶，在打底層上沉積DLC外膜層，沉積7h，DLC類金剛石薄膜厚度10-15 μ m。
【文檔編號】C23C14/06GK103741093SQ201310736143
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權日:2013年12月29日
【發(fā)明者】姚成澤, 陳遠達 申請人:湖南中航超強金剛石膜高科技有限公司