我們最初做這種菜刀只是想讓老百姓也能感受到激光技術(shù)的作用，其實，更主要的應用在工業(yè)制造領(lǐng)域，如用在重大輪機裝備和工模具等重要部件的激光表面強化，已經(jīng)在全國各大企業(yè)獲得推廣應用，替代傳統(tǒng)的熱處理、電鍍、噴涂等已經(jīng)成為必然趨勢。

                        ——浙江工業(yè)大學激光加工技術(shù)工程研究中心  姚建華

自1960年7月8日美國科學家梅曼發(fā)明了第一臺紅寶石激光器那一刻起，激光便以其特有的光束質(zhì)量贏得了世人的矚目。在以后的歲月里，激光技術(shù)突飛猛進，且逐步滲入到各種領(lǐng)域，于是便產(chǎn)生了許多嶄新的技術(shù)工藝。浙江工業(yè)大學激光加工技術(shù)工程研究中心研制的“懶漢刀”便在此基礎(chǔ)上誕生。

目前，國內(nèi)普通的刀、剪生產(chǎn)方法比較固定，對于較高質(zhì)量的刀具主要采用復合材料和熱處理技術(shù)。而一把高質(zhì)量的刀具需要其即能保證有一定的韌性又要有一定的耐磨性，這些近似苛刻的要求，對傳統(tǒng)的處理工藝很難做到。在現(xiàn)有的一份刀具市場調(diào)查報告中顯示，在我國高檔的刀具市場中，國外刀具占著壟斷的地位，且其價格也高的令人咋舌，如德國的“雙立人”，法國的“歐克歐”，丹麥的“歐森丹爾”等。因此開發(fā)出具有我國自主品牌的高檔刀具迫在眉睫。根據(jù)這一實際情況，本中心將激光技術(shù)與刀具生產(chǎn)加工相結(jié)合，自主研制出了可以與國外高端刀具相媲美的“懶漢刀”。

“懶漢刀”學名納米刀，是在激光表面強化技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出來的。該技術(shù)的原理是當高能量的激光束照射工件時，工件吸收光能，加工部位被瞬間加熱 ，產(chǎn)生升溫、熔化、汽化，工件表層組織發(fā)生改變，從而達到材料改性的目的。根據(jù)工件吸光后表現(xiàn)出的不同狀態(tài)，該技術(shù)的作用可以分為三種：加熱、熔化、汽化，而納米刀的制作主要依靠激光的加熱及熔化作用，最終達到合金化的效果。

圖1廚刀涂層微觀組織

合金化層的產(chǎn)生是利用激光熔覆工藝在普通材料上(局部或大面積)產(chǎn)生一層厚度可調(diào)的新合金，新合金層可具有特殊性能：高耐磨、耐蝕、耐高溫等。在合金化的工藝中，要想獲得較深的合金層，必須采用較低的掃描速率，而這對較薄的刀具明顯存在變形和回火區(qū)較寬等問題。本中心根據(jù)試件的微觀組織分析、硬化曲線分析及實際應用，判斷優(yōu)化對比各種表面處理參數(shù)，尋找到了合適的激光強化工藝。試驗中，取淬火態(tài)3Cr13鋼廚刀，在廚刀的一側(cè)采用預置式激光快速熔覆 , 即在廚刀一側(cè)預置自己設(shè)計的納米合金層, 再用7KWCO2 橫流激光器多功能加工系統(tǒng)對預置合金層進行掃描激光處理，并根據(jù)廚刀的特點設(shè)計理想的工藝參數(shù)，最后得到厚度在0.02～0.08mm、寬度在5～6mm、均勻的高耐磨熔覆層 , 且變形小，熔覆層表面均勻美觀，其涂層微觀組織如圖1所示，其晶粒尺寸為20~30nm，屬于納米級。#p#分頁標題#e#

圖1廚刀涂層微觀組織

為了能夠更深入地了解納米刀的奧秘，本中心做出了上述工藝熔覆過刀具的界面示意圖，如圖2所示。該圖示意地顯示了表面熔覆層的分布、位置及相應的組織分布。為了反映出從三個不同方向測定的硬度值，本中心分別在圖2所示的A、B、C三個方向從外向里進行硬度測定，得到如圖3、圖4和圖5所示硬度曲線。從實際使用情況看，A向的硬度分布是決定廚刀質(zhì)量的關(guān)鍵，因此直接影響刀尖的耐磨性和鋒利度。

從圖3可見，A向硬度層深與熔覆帶寬相近，且硬度較高、呈連續(xù)平緩過渡。因此，保證了每次磨刃都能有較高的硬度和強度。此外，從硬度層分布看還有一個軟化區(qū)，寬度只有 0.2mm左右的是回火帶，它改善了使用時的擊韌性。圖4為小刀刃處沿B 向的硬度分布。從圖4可知，熔覆層的最高硬度超過了1000HV，厚度在0.02～0.08mm之間，這層熔覆層的存在，提高了刃口的硬度，從而提高了廚刀的耐磨性和鋒利度。圖5反映了刀刃大刃處的截面硬度分布情況。從圖5可知，在基體與硬化區(qū)之間存在一個硬度低谷，即回火區(qū)。回火區(qū)的寬度與熔覆處理的工藝參數(shù)有關(guān)，本試驗把該區(qū)控制在 0.2mm以內(nèi)，硬度為440～470HV。通過硬度測定可知，在廚刀截面上形成了三個區(qū)域，即表面熔覆區(qū)、硬化帶和回火帶，其分布如圖2所示，其金相低倍照片如圖6所示。

        圖3沿刀尖A向的硬度分布曲線

                                                               圖4 小刃處沿B向的硬度分布曲線

             圖5大刃處沿B向的硬度分布曲線    

      圖6 刀刃低倍金相照片 32x

熔覆區(qū)以熔覆合金為主要成分，硬度在990～1300HV之間，厚度為 0.02～0.04mm , 其中大量未熔的硬質(zhì)顆粒，起到了彌散強化的作用。硬化過渡區(qū)，包含與熔覆層相接的合金化層，與回火區(qū)相接的淬火區(qū)，占硬化層的80%，硬化層硬度平緩過渡，組織主要為細化的馬氏體和碳化物?；鼗饏^(qū)在硬度測試時顯示硬度下降。調(diào)整掃描速度，可以改變回火區(qū)的寬度。該區(qū)組織為回火索氏體及碳化物。回火區(qū)的存在有利于保持刃口的韌性，在高硬度物體沖擊下避免斷裂出現(xiàn)，即刃口既有高的硬度，又有好的韌性。目前，本中心激光熔覆處理的廚刀性能已全面達到德國“雙立人”廚刀的水平，但其價格卻不到“雙立人”的50 %。

為了更加體現(xiàn)“懶漢”二字，本中心別出心裁地提出，只對刀具的一面進行強化處理。如此一來，在刀具的刃口上，處理過的一面會比未處理的硬的多，因此在切、削過程中，該面磨損的要比未處理的慢的多，如此便實現(xiàn)了刀具的“自銳性”，即刀具的使用過程便是磨礪過程。

姚建華研究小組研制的納米菜刀

該項技術(shù)已獲得兩項發(fā)明專利和兩項實用新型專利。中心經(jīng)過8年時間的潛心研究，對“懶漢刀”進行了5次更新?lián)Q代。目前已經(jīng)試制了一萬把刀具，在浙江工業(yè)大學校園里人氣很高，各學院、相關(guān)的合作企業(yè)以及廚師都會來訂購，得到一致好評。還有一部分刀具甚至被刻上浙江工業(yè)大學的?；?，成為校方贈送貴賓的標志性禮物。

如果此種工藝投放到市場，那么讓普通的老百姓用上高檔的刀具將不再是夢想，相信在將來“磨剪子，戧菜刀”只能從電視上聽到了。