強化的剃刀刀片的制作方法

專利名稱：強化的剃刀刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強化的剃刀刀片和一種強化此類剃刀刀片的方法。
背景技術(shù)：
為了改善基質(zhì)的化學(xué)和機械特性例如硬度、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性，基質(zhì)例如用于剃刀刀片的基質(zhì)具有施用到基質(zhì)的硬涂層，尤其是在切刃處。對于剃刀刀片而言， 通常被施用在切刃上的這些硬涂層起到兩種主要作用，即強化剃刀刀片(其允許外形更纖薄)和提供粘附調(diào)聚物涂層的合適界面。一般來講，剃刀刀片在其切刃處變得越細(xì)，切削力越低并且剃刀刀片的切割性能越好。包括較低切削力的切刃結(jié)構(gòu)的實例描述于美國專利 5，295，305 ；5，232，568 ；4，933，058 ；5，032，243 ；5，497，550 ；5，940，975 ；5，669，144 ； 5，217，010和5，142，785中。所得剃刀刀片的性質(zhì)極大地取決于下面的基質(zhì)和涂層二者的強度和硬度。在給使用者提供貼面和舒適剃刮方面，剃刀刀片的撓曲或彎曲是一個主要因素。 在剃刮期間和之后的某些不適通常是由于切口的緣故，其由剃刀刀片硬度過大而造成，因為存在例如非晶金剛石這樣的涂層。這種現(xiàn)象是由于硬涂層實際上改變剃刀切刃的輪廓的緣故，因為厚度通常朝向尖端較高。通常，剃刀刀片的切刃上的硬涂層具有多層結(jié)構(gòu)。這些層通常被選擇和優(yōu)化以提供含氟聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)涂層的足夠的強度和粘附性。然而，這些涂層并未被優(yōu)化給下面的基質(zhì)本身來提供合適的強度和柔韌性。盡管硬涂層可有助于剃刀刀片的總體強度，這些涂層中無一個有助于最小化涂層厚度。代替添加硬涂層，已經(jīng)試圖通過氮化處理使基質(zhì)硬化，氮化處理是用來強化黑色金屬和有色金屬材料的技術(shù)。當(dāng)施用到例如用于剃刀刀片的那些鋼基質(zhì)時，產(chǎn)生了各種 ^-Ν相的化合物層即立方γ ‘ (Fe4N)相或六方ε (Fe2_3N)相。然而，這些Y ‘和ε相實際上不增大下面基質(zhì)的強度，而代之以產(chǎn)生脆的基質(zhì)表面，尤其是在切刃處，因為形成了副產(chǎn)品生長或小丘。如果切刃在剃刀刀片上折斷，則剩余的剃刀刀片將產(chǎn)生極其不適的剃刮。等離子氮化優(yōu)于氣體和鹽浴氮化的主要優(yōu)點之一是工藝控制。通過控制功率和氣體組成，可控制處理的不銹鋼基質(zhì)的相組成、層結(jié)構(gòu)和它的厚度以及其它性質(zhì)。例如，氮化不銹鋼增加下面鋼的耐磨性以及改善疲勞強度并減小摩擦系數(shù)。因此，生產(chǎn)不包括Y'和ε相的改進剃刀刀片將是有利的。取而代之的是，改進的剃刀刀片包括包含氮化物的固溶體的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)，其實質(zhì)上不改變原始剃刀刀片輪廓。這種構(gòu)型提供改進的剃刀刀片特性例如切刃纖薄。此外，通過降低剃刀刀片的切刃的切削力改進剃刮性能也將是有利的。這可通過施用顯著變薄的硬涂層或者可能通過在施用硬涂層之前通過強化基質(zhì)消除它而實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明涉及一種包括具有切刃的基質(zhì)的剃刀刀片，所述基質(zhì)包括設(shè)置在基質(zhì)表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)，所述氮化物-基質(zhì)間混區(qū)基本上不含化合物層。在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于強化剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步驟 (a)在真空室中提供包括切刃的基質(zhì)；(b)將含氮氣體混合物供給到真空室中，所述氣體混合物包括按體積計介于約1-12%之間的氮氣和按體積計介于約88-99%之間的氫氣；和 (c)用含氮氣體混合物氮化處理所述基質(zhì)以形成設(shè)置在基質(zhì)表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)。通過該說明和附圖并通過所述權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的包括氮化物-基質(zhì)間混區(qū)的剃刀刀片的一個實例的圖解視圖；圖2是還包括第一涂層的圖1的圖解視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于施用第一涂層的一種示例性設(shè)備的圖解視圖；和圖4是還包括第二涂層的圖2的圖解視圖。
具體實施例方式術(shù)語“固溶”是指一種合金化處理，其可用來改善基質(zhì)的強度，但是其不影響基質(zhì)的總體晶體結(jié)構(gòu)。如本文所用，術(shù)語“固溶”通常被稱作間隙固溶體，通過將一種元素的溶質(zhì)離子和/或原子添加到基質(zhì)的晶格而起作用。不受理論的束縛，這個“固溶”可被實現(xiàn)， 因為溶質(zhì)離子和/或原子比形成基質(zhì)晶格的原子小得多，從而允許溶質(zhì)離子和/或原子擴散進基質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)中而不實質(zhì)上改變基質(zhì)的整個晶體結(jié)構(gòu)。如本文所用，術(shù)語“涂層”是指包括游離膜、浸漬等在內(nèi)的覆蓋物，其被施用到物體或基質(zhì)使得覆蓋物可為連續(xù)的、不連續(xù)的，可具有單一的或可變的厚度，或可存在單個或多個平面中。圖1顯示包括具有切刃(11)的基質(zhì)(10)的剃刀刀片(8)?；|(zhì)(10)包括設(shè)置在基質(zhì)(10)的表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)，使得氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(1 基本上不含化合物層。例如，如上所述，在鋼基質(zhì)中，氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)基本上不含各種I^e-N相，象立方γ ‘ (Fe4N)相或六方ε (Fe2^3N)相。取而代之的是，這個氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(1 可基本上由氮在基質(zhì)(10)中的固溶體組成。本發(fā)明并非旨在局限于剃刀刀片(8)。例如，基質(zhì)(10)可表現(xiàn)為刀具、外科器械等等的形式。一般來講，氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)的厚度可在約0. 01 μ m至約200 μ m之間變化。例如，氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)可具有約0. 01,0. 05,0. 1,0. 3,0. 5,0. 7,0. 8、1、1. 3、 1. 6、1· 8、2、2· 25、2· 5 或 2. 75 μ m 至約 3· 25、3· 5、3· 75、4、4· 25、4· 5、4· 75、5、5· 25、5· 5、 5. 75,6,6. 25,6. 5、7、7· 5、8、8. 5、10、15、20、25、35 或 40 μ m 乃至至約 60、70、80、90、100、 125、150、165、180或約200 μ m的厚度。在一個特定的實施方案中，氮化物-基質(zhì)間混區(qū) (12)的厚度為約3 μ m。氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)可通過用氮離子和/或原子等離子氮化處理基質(zhì)(10)的表面而形成。例如，基質(zhì)(10)可包括諸如不銹鋼之類的材料。AISI 440和細(xì)小硬質(zhì)合金(FC-15)是特別適合的基質(zhì)材料。例如，在AISI 440鋼基質(zhì)(10)中，考慮約0.75埃的氮離子和/或原子與基質(zhì)(10)中的鐵元素(其為約1.25埃)相比尺寸相對較小，將氮離子和/或原子引入固溶體中顯著地影響氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(1 中的壓應(yīng)力水平。此外， 等離子氮化處理改善基質(zhì)(10)的機械性能，包括增大強度、耐磨性和耐腐蝕性。除了增加基質(zhì)(10)的耐磨性之外，氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)也改善疲勞強度并降低摩擦系數(shù)。等離子氮化處理是利用氮離子和/或原子的一種先進的表面硬化工藝。這種工藝通過在基質(zhì)(10)的表面處和/或該表面之下從含氮等離子處引入一定數(shù)量的氮改變基質(zhì) (10)的表面組成。為形成氮固溶體的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(1 而不具有非期望的Y ‘和 ε相，要控制氮氣在含氮氣體混合物中的量。這可通過使用按體積計介于約1-12%之間的氮氣和按體積計介于約88-99%之間的氫氣來實現(xiàn)。例如，氮氣的體積可介于約3-10%之間以及氫氣的體積可介于約90-97%之間。在一個特定的實施方案中，氮氣的體積為10% 以及氫氣的體積為90%。也可連同含氮氣體混合物一起將其它氣體引入室中，只要所述其它氣體不干涉氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(12)的形成。可存在的其它氣體的實例為含碳?xì)怏w例如甲烷氣體，含硼氣體例如硼氣，惰性氣體等等。一般來講，使基質(zhì)(10)氧化的氣體例如氧氣需要被避免以防止形成Y ‘相、ε相或其它副產(chǎn)品生長或小丘。一般來講，基質(zhì)(10)的熱歷史是主要的限制因素，其決定其中基質(zhì)(10)可暴露于其的溫度上限，尤其是在等離子氮化處理期間。當(dāng)基質(zhì)(10)包括熱處理合金或鋼例如馬氏體不銹鋼(其引入高溫退火、淬火和應(yīng)力釋放(leave)處理)時，這尤其重要。此類合金過熱將導(dǎo)致基質(zhì)性質(zhì)的劣化，降低硬度和強度。為避免這種情況發(fā)生于這些特定種類的合金或鋼，將等離子氮化處理溫度保持在約550°C之下是重要的。例如，在馬氏體不銹鋼中，氮化處理可在介于約350°C至約549°C之間的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。更具體地講，所述溫度可為約 350、375、400、425、450、465 或 475°C至約 490、500、515、530、540°C或約 549°C。在一個特定的實施方案中，所述溫度為約480°C。然而，對于其它種類的基質(zhì)，所述溫度范圍可改變。在另一個實施方案中，如圖2所示，第一涂層(16)也可被設(shè)置在基質(zhì)(10)的表面上，一般設(shè)置在氮化物-基質(zhì)間混區(qū)(1 之上。本發(fā)明并不限于采用單個第一涂層(16)， 即，可施用多個第一涂層(16)。第一涂層(16) —般提供改善的強度和耐腐蝕性。施用到剃刀刀片(8)，第一涂層(16)改善剃刮能力以及減小基質(zhì)(10)的尖端的圓度。第一涂層(16) 可包括選自由金屬、金屬合金、金屬碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、非晶金剛石、 類金剛石碳、硼、氮化硼、它們的衍生物以及組合組成的組的材料。例如，金屬可選自由Al、 Ta、Ru、Ni、V、Ti、Pt、Cr、Nb、Hf、W、Zr、Ag、Re、Pd、Fe 以及它們的組合組成的組。也可采用其它適用的金屬。如“Handbook of Physical Vapor D印osition (PVD) ” 中所述，DLC 為非晶碳材料，其顯示具有金剛石的許多所需性質(zhì)但不具有金剛石的晶體結(jié)構(gòu)。用于第一涂層(16)的適用材料的實例例如含鈮和鉻材料、純凈或摻雜的含碳材料(例如，金剛石、非晶金剛石或 DLC)、氮化物(例如，氮化硼、氮化鈮或氮化鈦)、碳化物(例如，碳化硅)、氧化物(例如，氧化鋁、氧化鋯)或其它陶瓷材料描述于美國專利公開5，295, 305和6，684，513。美國專利公開5，232，568也描述了適用的DLC層和沉積這些層的方法。
第一涂層(16)可通過采用直流偏壓濺射(比約-50伏特更大的負(fù)壓乃至比約-200伏特更大的負(fù)壓)和約2毫托氬的壓力進行施用。不受理論的限制，增強的負(fù)偏壓會提升在第一涂層(16)中的壓應(yīng)力(與拉應(yīng)力相反)。作為另外一種選擇，第一涂層(16)可通過將負(fù)壓以脈沖施加到材料上由它們的相應(yīng)材料生成離子而施用，如共同擁有并轉(zhuǎn)讓給The Gillette Company的美國專利申請 11/881，288中所述。在一個實施方案中，第一涂層(16)可包括鉻并且厚度介于約100和約700埃之間。例如，第一涂層(16)可具有約100、125、150、175、200、225、250或275埃至約325、350、375、400、450、500、550、600、650或700埃的厚度。在一個特定的實施方案中， 第一涂層(16)具有約300埃的厚度。此外，切刃(11)可包括楔形尖端，所述楔形尖端具有小于三十度的夾角和小于 1，000埃的尖端半徑。一般來講，對于剃刀刀片(8)而言，在施用第一涂層(16)之后，通過 SEM測得的尖端半徑可介于約200和約500埃之間。例如，尖端半徑可介于約100、125、150、 175、200、225、240、250、265、275 或 290 埃至約 310、325、340、355、375、400、450 或 500 埃之
間。在一個特定的實施方案中，尖端半徑為約300埃。圖3顯示用于施用第一涂層(16)的一種示例性設(shè)備，如圖2所示。所述設(shè)備包括由Vac Tec Systems (Boulder, Colorado)制造的直流平面磁控管濺射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有不銹鋼室(74)，不銹鋼室具有壁結(jié)構(gòu)(80)、門(82)和基座結(jié)構(gòu)(84)，在不銹鋼室中形成了耦接到合適的真空系統(tǒng)(未示出)的孔口(86)。安裝在室(74)中的是具有直立支撐構(gòu)件 (90)的轉(zhuǎn)盤式支撐件(88)，在其上可設(shè)置一疊基質(zhì)(10)。基質(zhì)(10)通?？删哂行Ｖ钡牟闹螛?gòu)件(90)向外朝向的表面部分(14)。同樣設(shè)置在室(74)中的是用于靶標(biāo)(96)例如第一涂層材料(16)的支撐結(jié)構(gòu) (76)用于另一個靶標(biāo)(98)的附加支撐結(jié)構(gòu)(78)也可被設(shè)置在室(74)中。靶標(biāo)(96、98)可被垂直設(shè)置在平板上，每個靶標(biāo)約十二厘米寬和約三十七厘米長。支撐結(jié)構(gòu)(76、78和88) 與室(74)電絕緣并且提供了電連接以將基質(zhì)(10)通過開關(guān)(102)連接到射頻電源(100) 以及通過開關(guān)(106)連接到直流電源(104)。靶標(biāo)(96、98)也分別通過開關(guān)(108、110)連接到直流磁控管電源(112)。將遮板結(jié)構(gòu)(114、116)分別設(shè)置在靶標(biāo)(96、98)附近以便在打開位置和遮掩相鄰的靶標(biāo)的位置之間移動。轉(zhuǎn)盤式支撐件(88)可支撐基質(zhì)(10)并可與相對的靶板(96、98)相隔約七厘米。 轉(zhuǎn)盤式支撐件(88)可繞著介于其中基質(zhì)(10)可處于與圖3所示的靶標(biāo)(96)反向?qū)?zhǔn)的第一位置和其中基質(zhì)(10)可處于與另一個靶標(biāo)(98)反向?qū)?zhǔn)的第二位置之間的垂直軸線轉(zhuǎn)動。如圖4所示，第二涂層(18)可被設(shè)置在第一涂層(16)上。一般來講，第二涂層 (18)減小其表面的摩擦并一般包括含氟聚合物材料例如聚四氟乙烯(PTFE)，或者稱為調(diào)聚物。作為另外一種選擇，第二涂層(18)可被設(shè)置在基質(zhì)(10)的表面上，一般靠近未示出的切刃(11)。一般來講，第一涂層(16)有助于將第二涂層(18)粘結(jié)到基質(zhì)(10)。此外， 眾所周知，當(dāng)施用大致連續(xù)的第二涂層(18)時，調(diào)聚物涂層厚度減小可提供改進的初次剃刮結(jié)果。對于剃刀刀片(8)而言，第二涂層(18) —般具有介于約100和約5，000埃之間的厚度。得自DuPont 的 Krytox LW 1200 是可被使用的適用 PTFE 材料。Krytox LW 1200是不易燃的穩(wěn)定的干燥潤滑劑，其由產(chǎn)生穩(wěn)定分散體的小顆粒組成。它以按重量計含20% 固體物的水分散液來供給并可通過浸漬、噴射或刷涂來涂敷，并且接下來可被風(fēng)干或熔融涂敷。例如，第二涂層(18)可通過在氬氣的中性氣氛中加熱基質(zhì)(10)并提供粘附的和減摩的固體PTFE的聚合物涂層來形成，如美國專利公開5，295, 305和3，518，110中所述。利用前述專利中所述的技術(shù)導(dǎo)致第二涂層(18) —般具有約1000、1100、1200、1300、1400、1500、 1600、1700、1750、1800、1850、1900、1950 或 1975 埃至約 2025、2050、2100、2150、2200、2600、 3000或5000埃的厚度。在一個特定的實施方案中，第二涂層(18)具有約2000埃的厚度。 作為另外一種選擇，美國專利公開5，263, 256和5，985，459描述了可用來減小所施用的調(diào)聚物層厚度的其它技術(shù)。利用這些其它技術(shù)，第二涂層(18)可具有約100、120、140、150、 165、175、185 或 190 埃至約 210、225、250、275、300、350、400、500、600、800、1000、1200 或 1500埃的厚度。在一個特定的實施方案中，第二涂層(18)具有約200埃的厚度。本發(fā)明也涉及一種用于強化剃刀刀片的方法。該方法也可被用來生產(chǎn)前面所述的包括氮化物-基質(zhì)間混區(qū)的剃刀刀片。所述基質(zhì)可包括諸如不銹鋼之類的材料。AISI 440 或細(xì)小硬質(zhì)合金(FC-15)是特別適合的基質(zhì)材料。在一個實施方案中，切刃可包括楔形尖端，所述楔形尖端具有小于三十度的夾角和小于約1，000埃的尖端半徑，如美國專利公開 5，295，305 和 6，684，513 中所述。例如，尖端半徑可為約 100、125、150、175、200、225、240、 250、265、275 或 290 埃至約 310、325、340、355、375、400、450、500、600、700、800、900 或 999 埃。在一個特定的實施方案中，尖端半徑為約300埃。所述方法包括以下步驟(a)在真空室中提供包括切刃的基質(zhì)；(b)向真空室中供應(yīng)含氮氣體混合物，所述氣體混合物包括按體積計介于約1-12%之間的氮氣和按體積計介于約88-99%之間的氫氣；和(c)用含氮氣體混合物氮化處理所述基質(zhì)以形成設(shè)置在基質(zhì)表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)。在一個實施方案中，步驟(C)可通過等離子氮化處理來執(zhí)行。在另一個實施方案中，氮化物-基質(zhì)間混區(qū)包括氮在基質(zhì)中的固溶體。為形成氮固溶體的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)而不具有非期望的Y'和ε相，氮在含氮氣體混合物中的量受到控制。這可通過使用按體積計介于約1-12%之間的氮氣和按體積計介于約88-99%之間的氫氣來實現(xiàn)。例如，氮氣的體積可介于約3-10%之間以及氫氣的體積可介于約90-97%之間。在一個特定的實施方案中，氮氣的體積為10%以及氫氣的體積為90%。在步驟(b)之前，所述方法也可包括(d)將清潔氣體混合物供給到真空室中并用清潔氣體混合物清潔基質(zhì)的表面部分。清潔氣體混合物可包括選自由氫氣、氬氣以及它們的組合組成的組的氣體。根據(jù)基質(zhì)材料的種類，用氫氣清潔可能更適合，因為氬氣可損壞基質(zhì)的表面。一般來講，步驟(d)在比步驟(b)和/或(c)低的壓力和高的電壓下執(zhí)行。在一個示例性的加工序列中，清潔即步驟(d)和氮化處理即步驟(b和C)通過將基質(zhì)放進真空室中并使室排氣到所期望的真空壓力循環(huán)開始。在達(dá)到期望的真空時，例如從約0. 1托至小于約2. 0托，所述單元往回充滿清潔氣體混合物以開始預(yù)熱循環(huán)。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)熱循環(huán)在溫度上的范圍為約350°C至約549°C，如上所述。在一個特定的實施方案中，所述溫度為約480°C。當(dāng)預(yù)設(shè)加熱時間例如約1-15分鐘已經(jīng)過去時，基質(zhì)經(jīng)受離子轟擊以從表面清除雜質(zhì)。清潔氣體混合物被施加到基質(zhì)上的電壓離子化。這種離子化氣體與從表面移除雜質(zhì)和準(zhǔn)備基質(zhì)以便氮化處理開始的產(chǎn)品相沖突。
例如，步驟(d)可通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)進行。RIE利用化學(xué)反應(yīng)等離子來移除沉積在基質(zhì)上的材料。一般來講，等離子在低壓(真空)下通過電磁場來生成。來自等離子的高能離子與基質(zhì)表面反應(yīng)。等離子可通過將強射頻(RF)電磁場施加到基質(zhì)上而形成。 例如，射頻可為約13. 56MHz并以幾百瓦施加。由射頻產(chǎn)生的振蕩電場通過奪取它們的電子電離氣體分子，從而產(chǎn)生等離子。在電場的每個循環(huán)中，電子在室中被電加速。吸收到基質(zhì)的電子使基質(zhì)積累電荷。 這種電荷積累在基質(zhì)上發(fā)展到大的負(fù)壓，通常在幾百伏左右。等離子本身顯露略微正電荷， 由于與游離的電子相比，正離子的濃度較高。因為電壓差大，正離子往往朝向要蝕刻的基質(zhì)漂移。離子與基質(zhì)表面之上的材料化學(xué)反應(yīng)以及通過轉(zhuǎn)移它們的一些動能撞擊(濺射)一些材料。當(dāng)基質(zhì)表面被充分清潔時，氮化處理周期開始。將控制的含氮氣體混合物流引進真空室中，通常在約2托至約5托的壓力范圍下，同時在至少基質(zhì)即表面部分和電極之間建立靜電場。由于靜電場的原因，含氮氣體混合物被離子化，其引起氮離子和/或原子朝向基質(zhì)的表面加速并至少部分地擴散進基質(zhì)表面中以形成氮化物-基質(zhì)間混區(qū)。這個氮化處理周期持續(xù)約2至約72小時，直到獲得期望的殼體厚度為止。處理時間取決于進行氮化處理的鋼的組合物和所要求的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)的厚度。在另一個實施方案中，如前所述，第一涂層也可被施用在基質(zhì)表面之上，即，一般在氮化物-基質(zhì)間混區(qū)上。在另一個實施方案中，含氟聚合物材料的第二涂層可被施用在第一涂層之上，或者在第一涂層不存在的情況下，直接施用在基質(zhì)表面之上。為了說明本發(fā)明，下面闡述了各種實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些實施例旨在是例證性的而不旨在是限制性的。實施例下面的實施例使用AISI 440不銹鋼基質(zhì)，它們是四分之一圓形的并且約8mm厚。 在氮化處理之前，基質(zhì)樣品通過在介于約0. 3和約0. 5托之間的低室壓下以最低約5cm3/ min的吐氣體流量、高達(dá)約900V的很高電位和約IA的低電流陰極地濺射基質(zhì)樣品進行清潔。實施例1對清潔過的基質(zhì)樣品進行等離子氮化處理以形成氮化物-基質(zhì)間混區(qū)。等離子氮化處理用直流(DC)等離子在介于約350°C和約549°C之間的樣品溫度下，在約10% N2和約 90% H2的氣體混合物中執(zhí)行。在氮化處理階段，保持比用于濺射的壓力高的壓力，例如約 2. 7-2. 8托。氮化處理持續(xù)時間在約6和120小時之間變化。在完成所述工藝后，樣品被原位緩慢冷卻到60°C以下的溫度以使表面氧化最小化。實施例2來自實施例1的基質(zhì)樣品通過以約10毫托的壓力、約120cm7min的N2氣體流量、 約九百瓦的13. 56MHz射頻偏壓濺射進行清潔。然后，接著將第一涂層添加到基質(zhì)樣品。下面的用于添加第一涂層的示例性工藝在直流平面磁控濺射系統(tǒng)上執(zhí)行，所述磁控濺射系統(tǒng)如上所述并如圖3所示由Vac Tec Systems (Boulder, Colorado)制造。來自實施例1的基質(zhì)被固定在支撐件(90)上并且室(74)被排空。鈮靶標(biāo)(96)和石墨靶標(biāo)(98) 通過直流濺射五分鐘而清潔。在室(74)中在2.0毫托的壓力下將氬氣流量調(diào)整到150sCCm。閉合開關(guān)(106)以將-25伏特的直流偏壓施加在基質(zhì)(10)上并且閉合開關(guān)(108)以一千瓦功率開始濺射。靶標(biāo)(96)前面的遮板(114)被打開三十秒以將鈮沉積在基質(zhì)(10)的表面上。室(74)中的壓力可在兩毫托與150sCCm的氬氣流量下被保持。閉合開關(guān)(110)以在750瓦下濺射石墨靶標(biāo)(98)。閉合開關(guān)(102)以將八百瓦的13. 56MHz射頻偏壓(-420 伏特直流自給偏壓)施加在基質(zhì)(10)上。同時，遮板(116)被打開二十分鐘以在基質(zhì)(10) 的表面上沉積約2，000埃厚度的DLC材料，即第一涂層。實施例3第二涂層接著通過在氬氣的中性氣氛中加熱基質(zhì)(10)并施用PTFE涂層添加到實施例2的基質(zhì)。實施例4第二涂層接著通過實施例3中所述的工藝被添加到實施例1的基質(zhì)樣品上。不受理論的束縛，在等離子氮化處理(實施例1)之前和之后基質(zhì)樣品的微硬度通過采用ASTM E-384試驗來確定，該試驗是用于測量材料對變形抵抗力的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明，該試驗采用Mitutoyo HM-124試驗機用0. 05kg載荷在10秒間隔來執(zhí)行。氮化處理前基質(zhì)樣品具有640HV的平均維氏硬度以及氮化處理后(實施例1)具有1486HV的平均維氏硬度。這些結(jié)構(gòu)表明氮化處理過的基質(zhì)樣品比未氮化處理過的基質(zhì)樣品明顯更硬并且更強壯。這些結(jié)果建議，較纖薄輪廓的基質(zhì)可用于剃刀刀片而不犧牲下面基質(zhì)的強度。此外，這些結(jié)果表明，基質(zhì)上的涂層厚度可被減小或消除而不犧牲整個剃刀刀片的強度。本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴(yán)格地限于所述的精確值。相反，除非另外指明，每個這樣的量綱是指所引用的數(shù)值和圍繞該數(shù)值的功能上等同的范圍。例如，公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。除非明確排除或換句話講有所限制，本文中引用的每一個文件，包括任何交叉引用或相關(guān)專利或?qū)＠暾垼鶕?jù)此以引用方式全文并入本文。對任何文獻的引用均不是承認(rèn)其為本文公開的或受權(quán)利要求書保護的任何發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)、或承認(rèn)其獨立地或以與任何其它一個或多個參考文獻的任何組合的方式提出、建議或公開任何此類發(fā)明。此外，如果此文獻中術(shù)語的任何含義或定義與任何以引用方式并入本文的文獻中相同術(shù)語的任何含義或定義相沖突，將以此文獻中賦予那個術(shù)語的含義或定義為準(zhǔn)。雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不背離本發(fā)明實質(zhì)和范圍的情況下可以做出多個其他改變和變型。因此，有意識地在附加的權(quán)利要求書中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種包括具有切刃的基質(zhì)的剃刀刀片，所述基質(zhì)包括設(shè)置在所述基質(zhì)表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)，所述氮化物-基質(zhì)間混區(qū)基本上不含化合物層。
2.如權(quán)利要求0所述的剃刀刀片，其中所述切刃包括楔形尖端，所述楔形尖端具有小于三十度的夾角和小于1，000埃的尖端半徑。
3.如權(quán)利要求0所述的剃刀刀片，所述剃刀刀片還包括設(shè)置在所述基質(zhì)表面之上的第一涂層。
4.如權(quán)利要求3所述的剃刀刀片，所述剃刀刀片還包括設(shè)置在所述第一涂層之上的第二涂層，其中所述第二涂層包括含氟聚合物材料。
5.如權(quán)利要求0所述的剃刀刀片，所述剃刀刀片還包括設(shè)置在所述基質(zhì)表面之上的第一涂層ο
6.一種用于強化剃刀刀片的方法，所述方法包括以下步驟a.在真空室中提供包括切刃的基質(zhì)；b.向所述真空室中供應(yīng)含氮氣體混合物，所述氣體混合物包括按體積計介于約 1-12%之間的氮氣和按體積計介于約88-99%之間的氫氣；和c.用所述含氮氣體混合物氮化處理所述基質(zhì)以形成設(shè)置在所述基質(zhì)表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括在步驟(b)之前的步驟(d)供應(yīng)清潔氣體混合物進入所述真空室并用清潔氣體混合物清潔所述基質(zhì)的表面部分。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述清潔氣體混合物包括選自由氫氣、氬氣和它們的組合組成的組的氣體。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氮化物-基質(zhì)間混區(qū)包括氮在所述基質(zhì)中的固溶體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氮化物-基質(zhì)間混區(qū)基本上不含化合物層。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括步驟(e)在所述基質(zhì)表面之上施用第一涂層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一涂層包括選自由金屬、金屬合金、金屬碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金剛石、非晶金剛石、類金剛石碳、硼、氮化硼、它們的衍生物以及組合組成的組的材料。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述金屬選自由下列組成的組Al、Ta、Ru、Ni、V、 Ti、Pt、Cr、Nb、Hf、W、Zr、Ag、Re、Pd、Fe 以及它們的組合。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括步驟(f)在所述第一涂層之上施用第二涂層，其中所述第二涂層包括含氟聚合物材料。
15.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述切刃包括楔形尖端，所述楔形尖端具有小于三十度的夾角和小于1，000埃的尖端半徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括具有切刃的基質(zhì)的剃刀刀片，所述基質(zhì)包括設(shè)置在所述基質(zhì)表面處或該表面之下的氮化物-基質(zhì)間混區(qū)，所述氮化物-基質(zhì)間混區(qū)基本上不含化合物層。
文檔編號C23C8/38GK102449184SQ201080022851
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者J·馬迪拉, K·G·馬切夫 申請人:吉列公司