چگونه هنگام استفاده از مخلوطی از فولاد کربنی و لایه های فولادی ضد زنگ برای چاقوی دمشق، الزامات جلوگیری از زنگ زدگی را متعادل کنیم؟

1، ویژگی های مواد: تفاوت در ژن های جلوگیری از زنگ زدگی بین فولاد کربن و فولاد ضد زنگ
ضعف جلوگیری از زنگ زدگی فولاد کربنی ناشی از ترکیب شیمیایی آن است - آلیاژ آهن و کربن مستعد واکنش‌های الکتروشیمیایی با مولکول‌های اکسیژن و آب در محیط‌های مرطوب است و اکسید آهن شل (زنگ) ایجاد می‌کند. اگرچه فولاد با کربن بالا (مانند 1095، T10) می تواند از طریق فرآیند خاموش کردن به سختی بالای 62HRC یا بالاتر دست یابد، کاربیدهای موجود در مرز دانه ها هنگامی که محتوای کربن از 0.6 درصد بیشتر شود، فرآیند خوردگی را تسریع می کنند. به عنوان مثال، شمشیرهای سنتی سامورایی ژاپنی از یک فولاد کربن بالا ساخته می‌شوند و برای حفظ سطح صاف به یک "غلاف رنگ شده" و "پاک کردن منظم روغن چای" نیاز دارند. هر بی احتیاطی جزئی می تواند باعث ایجاد لکه های زنگ زدگی شود.

مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ به مکانیسم "خود{0}}ترمیمی" عنصر کروم متکی است. هنگامی که محتوای کروم به 10.5٪ می رسد، یک فیلم غیرفعال کننده اکسید کروم متراکم (Cr2O3) روی سطح فولاد تشکیل می شود و حتی آسیب های موضعی را می توان به طور خودکار از طریق اکسیداسیون مداوم کروم ترمیم کرد. آزمایش مقایسه ای بین فولاد ضد زنگ 304 (18٪ کروم-8٪ Ni) و فولاد ضد زنگ 440 درجه سانتیگراد (17٪ Cr-1٪ مو) نشان داد که اولی پس از 72 ساعت در آزمایش اسپری نمک هیچ خوردگی نداشت، در حالی که دومی دارای محتوای کربن بالاتر (1.1٪) بود و نیاز به عملیات برودتی برای کاهش فشار به دانه بندی داشت. این ویژگی باعث می شود که فولاد ضد زنگ ماده ای مطلوب برای سناریوهای رطوبت بالا مانند چاقوهای آشپزخانه و تجهیزات غواصی باشد.

2، طراحی فرآیند: استراتژی بهینه سازی جلوگیری از زنگ زدگی برای ساختارهای لایه ای
عملکرد ضد زنگ ساختار هیبریدی چاقوی دمشق اساساً یک "هنر سازش" بین لایه فولاد کربنی و لایه فولاد ضد زنگ در مقیاس میکروسکوپی است. تکنولوژی مدرن ساخت چاقو از طریق سه جنبه زیر به تعادل عملکرد دست می یابد:

نسبت طلایی نسبت مواد
راه حل اصلی ساختار "ساندویچ ساندویچ" را اتخاذ می کند: فولاد ضد زنگ VG10 (12.8٪ Cr-0.3٪ V) به عنوان لایه هسته استفاده می شود، و فولاد کربن بالا (مانند 1084، 0.84٪ C) به عنوان ماده لبه برش در هر دو طرف انباشته شده است. اگرچه محتوای کروم VG10 کمتر از 440 درجه سانتیگراد است، افزودن عنصر وانادیوم اندازه دانه آن را اصلاح می کند و چقرمگی خوبی را در سختی 60HRC حفظ می کند. داده های تجربی نشان می دهد که نرخ خوردگی این نوع سازه در محلول نمک طعام 5% تنها 1/5 فولاد کربنی خالص است، در حالی که حفظ تیزی لبه برش تا 30% بهبود یافته است.
کنترل میکروسکوپی آهنگری تاشو
با تا زدن و آهنگری مکرر (معمولاً 16-8 بار)، لایه های متناوب فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ با ضخامت 0.01-0.1 میلی متر تشکیل می شود. این ساختار نه تنها الگوی نمادین Mokume gane را تولید می کند، بلکه مقاومت در برابر زنگ زدگی را از طریق مکانیسم های زیر افزایش می دهد:
اثر مانع فیزیکی: لایه فولاد ضد زنگ به عنوان یک "پوشش طبیعی" عمل می کند و نفوذ مواد خورنده را به لایه فولاد کربنی به تاخیر می اندازد.
حفاظت الکتروشیمیایی: هنگامی که فیلم غیرفعال سازی موضعی آسیب می بیند، لایه فولاد ضد زنگ به عنوان کاتد عمل می کند و ترجیحا جریان خوردگی را برای محافظت از بستر فولاد کربنی مصرف می کند.
پراکندگی تنش: رابط بین لایه ای به طور موثری از انتشار ترک جلوگیری می کند و خطر ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنش را کاهش می دهد.
کنترل دقیق فرآیند عملیات حرارتی
دمای خاموش کردن باید ویژگی‌های هر دو ماده را در نظر بگیرد: لایه فولاد کربنی باید تا دمای بحرانی (بالاتر از Ac3) گرم شود تا آستنیتیزه شود، در حالی که لایه فولاد ضد زنگ باید دما را کنترل کند تا از درشت شدن دانه جلوگیری شود. به عنوان مثال، با استفاده از یک فرآیند خاموش کردن درجه بندی شده (اول نگه داشتن در 850 درجه، سپس خاموش کردن روغن، و در نهایت تمپر کردن در 200 درجه) می تواند سختی لایه فولاد کربنی را به 60HRC برساند و در عین حال مقاومت به خوردگی لایه فولاد ضد زنگ را حفظ کند. درمان برودتی (کوئنچ با نیتروژن مایع 196- درجه) می تواند آستنیت باقیمانده را حذف کند و سختی را تا 2-3HRC افزایش دهد، اما زمان باید به شدت کنترل شود تا از شکنندگی لایه فولاد ضد زنگ جلوگیری شود.
3، درمان سطح: از حفاظت غیرفعال تا تعمیر فعال
حتی با بهینه‌سازی فرآیند، ساختار مخلوط چاقوی دمشق همچنان نیاز به عملیات سطحی برای تشکیل سد محافظ نهایی دارد. فن آوری های رایج فعلی عبارتند از:

ترشی اسید و اچینگ
پس از خوردگی انتخابی لایه فولاد کربنی با محلول کلرید آهن و نمایان شدن بافت لایه ای، بلافاصله عملیات خنثی سازی (مانند تمیز کردن آمونیاک) را انجام داده و روغن ضد زنگ زدگی را اعمال کنید. این فرآیند به کنترل دقیق زمان نیاز دارد - اچ ناکافی می تواند باعث تار شدن الگوها شود، در حالی که اچ بیش از حد می تواند منجر به خوردگی لایه فولاد ضد زنگ شود. سازندگان حرفه ای چاقو از تکنیک "اچ کردن قطعه ای" استفاده می کنند، ابتدا لایه فولاد کربنی را بصورت سطحی حکاکی می کنند و سپس لایه فولاد ضد زنگ را با پولیش میکرو برای ایجاد یک بافت سه بعدی-تر استفاده می کنند.
پوشش رسوب بخار فیزیکی (PVD).
رسوب پوشش های سرامیکی در مقیاس نانو (مانند TiN، CrN) روی سطح تیغه با ضخامت کنترل شده در 2{5}}5 میکرومتر. این نوع پوشش دارای سختی بیش از 2000HV، با مقاومت در برابر سایش سه برابر بیشتر از روکش کروم سنتی و مقاومت در برابر خوردگی عالی است. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که پوشش PVD می‌تواند زمان مقاومت به خوردگی چاقوهای دمشقی با ساختار مخلوط را در آزمایش پاشش نمک به بیش از 1000 ساعت افزایش دهد، اما باید به استحکام پیوند بین پوشش و زیرلایه توجه شود - اگر زبری سطح لایه فولاد کربنی کافی نباشد، ایجاد لایه‌برداری پوشش آسان است.
فناوری اکسیداسیون میکرو قوس (MAO)
فرآیند تصفیه سطح ایجاد شده برای لایه فولاد ضد زنگ، از طریق تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا، یک فیلم اکسید سرامیکی روی سطح فلز ایجاد می کند. ضخامت لایه فیلم می تواند به 20-50 میکرومتر برسد، با سختی قابل مقایسه با پوشش های PVD، اما با چسبندگی قوی تر به بستر. چگالی جریان خوردگی لایه فولاد ضد زنگ تیمار شده با MAO در محلول 3.5% NaCl به مرتبه 10-6 A/cm² کاهش یافت و به سطح آلیاژ تیتانیوم نزدیک شد.
4، نگهداری روزانه: توانمندسازی مداوم عملکرد پیشگیری از زنگ زدگی
حتی پس از ساخت دقیق و عملیات سطح، چاقوی دمشق ساختار مخلوط هنوز برای حفظ شرایط مطلوب نیاز به نگهداری علمی دارد. اصل اصلی را می توان به عنوان "سه دفاع و سه تلاش" خلاصه کرد:

ضد رطوبت-
پس از استفاده بلافاصله تیغه را با یک پارچه میکروفیبر خشک کنید تا از لکه های آب باقیمانده جلوگیری شود. توصیه می‌شود در طول نگهداری از آستین‌های چاقوی ضد رطوبت (مانند آستین‌های سیلیکونی) یا خشک‌کننده‌ها استفاده کنید و رطوبت را زیر 50% RH نگه دارید. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که تیغه‌های محافظت‌نشده پس از 24 ساعت نگهداری در محیط 30 درجه و RH 80 درصد، لکه‌های زنگ‌زدگی قابل رویت را با چشم نشان می‌دهند، در حالی که تیغه‌های دارای معیارهای ضد رطوبت می‌توانند به مدت 30 روز بدون زنگ‌زدگی باقی بمانند.
ضد اسید
از بریدن مواد اسیدی مانند لیمو و گوجه فرنگی بدون شستشوی طولانی مدت اجتناب کنید. در صورت تماس با مواد اسیدی، بلافاصله با آب گرم بشویید و خشک کنید. در صورت لزوم، از روغن معدنی درجه مواد غذایی (مانند روغن نارگیل) استفاده کنید تا یک لایه محافظ موقت تشکیل دهید. محیط اسیدی می تواند به فیلم غیرفعال سازی فولاد ضد زنگ آسیب برساند و منجر به افزایش 3-5 برابری خطر حفره شدن شود.
جلوگیری از آسیب مکانیکی
برای تمیز کردن تیغه و جلوگیری از خراشیدگی پوشش سطح از استفاده از ابزارهای خشن مانند توپ های سیم فولادی و کاغذ سنباده خودداری کنید. اگر کمی زنگ زدگی ظاهر شد، می توان از یک سواب نقره ای (حاوی میکرو پودر آلومینا) برای پولیش ملایم استفاده کرد و سپس روغن ضد زنگ زد. زنگ شدید باید به یک سازمان حرفه ای برای درمان پولیش الکترولیتی ارسال شود. از ضد زنگ اسیدی به تنهایی استفاده نکنید.
در سوخت گیری کوشا باشید
توصیه می شود یک بار در هفته از روغن ضد زنگ (مانند بالیستول، روغن 3 در 1) استفاده کنید تا یک لایه روغن با ضخامت 0.5-1 میکرومتر تشکیل شود. فیلم روغن می تواند اکسیژن و رطوبت را جدا کند، در حالی که تیغه را روان می کند و اصطکاک را در حین استفاده کاهش می دهد. برای ابزارهای برش ذخیره شده طولانی مدت، یک لایه کاغذ ضد زنگ (مانند کاغذ VCI) را می توان دور فیلم روغن پیچید تا محافظت دوگانه حاصل شود.
مکررا چک کنید
به طور منظم اتصال بین تیغه و دسته، اطراف پرچ ها و سایر مناطقی که مستعد تجمع آب هستند را بررسی کنید. در صورت مشاهده زنگ زدگی باید فوراً با آن برخورد کرد. توصیه می شود هر 3 ماه یکبار تحت تعمیر و نگهداری کامل قرار بگیرید، از جمله جدا کردن دسته، تمیز کردن فضای داخلی و استفاده مجدد از روغن ضد زنگ.