[发明专利]一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件及其制备工艺

权利要求书

1.一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述不锈钢部件由不锈钢基体、氮离子注入层和金属铜组成，所述不锈钢基体采用3D打印不锈钢粉末制备，所述不锈钢基体表面有微孔，所述微孔均匀分布在所述不锈钢基体表面上，所述微孔尺寸随深度方向逐渐增大且所述微孔底部尺寸最大，所述氮离子注入层覆盖包括所述微孔内表面在内的所述不锈钢基体表面，内表面覆盖有所述氮离子注入层的所述微孔中充满所述金属铜，所述氮离子注入层的厚度为20-300纳米。

2.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述微孔的面积占所述不锈钢基体表面的面积比例为1％-10％。

3.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述微孔的深度为100-500微米。

4.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述微孔内表面在深度方向的侧边轮廓线为直线、折线或者不规则形状线条。

5.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述3D打印不锈钢粉末的粒度不超过50微米。

6.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述微孔在所述不锈钢基体表面的形状为圆形，所述圆形的直径为200-500微米，所述微孔底部的直径为300-1500微米。

7.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述3D打印不锈钢粉末为316L不锈钢粉末。

8.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述不锈钢基体表面所述微孔以外的区域无金属铜存在。

9.如权利要求1所述的一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件，其特征在于，所述微孔为轴对称结构，所述对称轴垂直于所述不锈钢基体表面，沿着包含所述对称轴的任意平面进行剖开所获得的剖面轮廓线均对称于所述对称轴。

10.一种制备权利要求1-9任意一种耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件的工艺，主要包括以下步骤：

(1)根据食品加工机械不锈钢部件的外形尺寸和实际需要，确定氮离子注入层的厚度和金属铜的含量，并以此为基础确定微孔的深度、尺寸、分布和面积参数，并将建立的相应数据模型导入3D打印机的软件系统；

(2)采用3D金属打印机利用选区激光熔化原理打印上一步设定的不锈钢基体，其中微孔位置只进行不锈钢粉末的铺粉，而不进行相应的激光熔化；

(3)将3D打印获得的不锈钢基体倒置后在高频振动筛床上进行30-60分钟的充分振动处理，使得微孔中未进行激光熔化处理的不锈钢粉末从微孔中彻底脱落，为防止不锈钢部件振动过程碰撞损伤，在振动装置密闭空间的四周均铺设橡胶皮垫，从而获得具有设定微孔结构的不锈钢部件；

(4)对不锈钢部件表面进行常温氮离子注入处理，具体工艺如下：真空度1×10^-4-5×10^-4Pa，平均离子电压30-60keV，加速电压20-40kV，离子注入剂量1×10⁶-1×10⁸离子/cm²，为了防止离子注入过程中不锈钢部件表面温度升高过大，采用间歇式注入方式来确保不锈钢部件表面的温度不超过150℃，即根据不锈钢部件的具体尺寸和升温情况，每注入10-30分钟就用不锈钢部件上方的挡板将不锈钢部件遮挡10-15分钟，暂停氮离子对其表面的轰击，使得不锈钢部件表面实现降温，从而实现不锈钢部件在氮离子注入过程中不会出现因温度过高导致变形或尺寸精度超标；

(5)在真空环境中采用中频感应加热的方式将纯铜棒进行熔化，并将熔化后的纯铜金属液滴通过坩埚底部细孔与所述3D打印不锈钢基体表面的微孔对中后，进行点对点快速注入处理，使得不锈钢微孔中充满金属铜，待所有微孔均注满铜液滴后，在真空环境中冷却至室温；

(6)将冷却后的不锈钢部件表面进行打磨和抛光处理，确保不锈钢表面所述微孔以外的区域不存在金属铜；

(7)获得所述的表面耐磨抗菌的食品加工机械不锈钢部件。