CN116615318A - 具有基于硼化铬的涂层的剃刀刀片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铬和硼的化合物的新型应用或基于硼化铬的涂层(例如，CrB_n，其中硼的原子百分比在所述化合物的大于0原子％至小于100原子％的范围内)在剃刀刀片的表面(即切削刃)上的应用。在剃刀刀刃上，这些新型涂层坚硬耐用，并且提供新型低切割力和高质量的涂层结构，提高了刀片性能，同时还简化了制造工艺。

Description

具有基于硼化铬的涂层的剃刀刀片

技术领域

该设备总体上涉及剃刀刀片，并且更具体地涉及剃刀刀刃上的新型涂层。

背景技术

当前的剃刀刀片通常包括锋利基底，诸如不锈钢、在不锈钢的顶部分层的用于优化刀刃强度、末端形状、耐磨性等的硬涂层以及在硬涂层的顶部分层的通常由聚合物材料(诸如聚四氟乙烯(PTFE))制成的用于赋予润滑性的软涂层。

众所周知，锋利刀片轮廓和坚硬润滑的涂层的组合通常限定了剃刀刀片元件的性能。通常，令人感兴趣的是可改善刀片元件的硬涂层性能和/或降低切割力的涂层选项。

理想的是优化刀片涂层和/或刀片生产中所需的步骤，同时保持或改善刀片性能。

发明内容

根据本发明，一种剃刀刀片设备包括锋利基底，其上设置有包括铬和硼的化合物(CrB_n)的至少一种材料，其中硼的原子百分比在该化合物的大于0原子％至小于100原子％的范围内。

在本发明的优选构造中，至少一层CrB_n材料直接设置在锋利基底上，并且至少一种CrB_n材料在锋利基底上形成至少一个层。一个或多个夹层可设置在该至少一个CrB_n层和该锋利基底之间，并且一个或多个外涂层可设置在该至少一个CrB_n层的顶部上，或设置两者。

该一个或多个夹层和该一个或多个外涂层可由聚合物材料、铌、铬、铂、钛、硅、钽、钨、钼、碳、硼或它们的任何组合或合金组成。

在本发明的一个实施方案中，至少一种聚合物材料设置在该至少一个CrB_n层的顶部上或该一个或多个外涂层的顶部上，或它们的任何组合。聚合物材料包括PTFE。

在另一个实施方案中，该一个或多个外涂层可由CrB_n材料和添加剂或第二组分组成。添加剂可以是聚合物材料、陶瓷、金属、硅、硼、碳或它们的任何组合中的一种或多种。

在本发明的另一个方面，该一个或多个外涂层具有在朝向基底的外表面的方向上增加的添加剂的浓度或在朝向基底的外表面的方向上降低的第二组分的浓度。

本发明的至少一个CrB_n层经由物理气相沉积或化学气相沉积或它们的任何组合设置在锋利基底上。锋利基底可包括不锈钢、金属、陶瓷、复合材料、金刚石、硅、聚合物材料、玻璃或它们的任何组合。基底可以是碳化物密度为约90个碳化物/100平方微米至约1000个碳化物/100平方微米的马氏体不锈钢。在一个方面，锋利基底设置在剃刀刀片的刀刃上，其中该刀刃是线性的、非线性的或它们的任何组合。

在本发明的另一个方面，该至少一个CrB_n层的硬度大于或等于15GPa。

在一个优选方面，该至少一个CrB_n层包括基本上致密平滑的无柱状结构或它们的任何组合，该剃刀刀片的末端半径范围为100埃至1000埃，该剃刀刀片的切割力范围为0.5lbs至2lbs，并且该层的厚度范围为50埃至5000埃。

一种制造剃刀刀片的方法包括提供锋利基底以及在该基底的外表面上沉积至少一层CrB_n材料。沉积可包括溅射，诸如通过物理气相沉积或化学气相沉积或它们的任何组合。基底上可存在负电压。负电压可以在小于或等于0V至负1000V(-1000VDC)的范围内。沉积步骤包括提供一个或多个靶。该一个或多个靶可以包括含有铬和硼的均质混合材料，或者包括两个靶，一个含有铬，一个含有硼。

该制造方法在剃刀刀片上产生涂层，该涂层具有50埃至5000埃范围内的层厚度、0.5lbs至2lbs范围内的剃刀刀刃的切割力、100埃至1000埃范围内的剃刀刀片末端的末端半径。在一个优选方面，该至少一层CrB_n材料包括基本上致密平滑的无柱状结构或它们的任何组合。

在本发明的另一个方面，在-250VDC和-1000VDC之间的负电压范围下，产生200埃至300埃的末端半径，并且在0VDC和-250VDC之间的负电压范围下，产生大于300埃的末端半径。

至少一层CrB_n材料的厚度在300A至800A的范围内。

在一个方面，在约-250VDC和-1000VDC之间的负电压范围下，产生约0.6lbs至约1.0lbs的剃刀刀片的切割力，并且在0VDC和-250VDC之间的负电压范围下，产生大于1.0lbs的剃刀刀片的切割力。

在本发明的又一个实施方案中，提供了一种涂覆剃刀刀片的方法，该方法包括以下步骤：提供锋利基底；在该锋利基底上沉积至少一层材料，该沉积包括溅射以及在该基底上提供电压；以及在该基底上选择第一电压范围以产生第一剃刀刀刃或在该基底上选择第二电压范围以产生第二剃刀刀刃，该第二剃刀刀刃比该第一剃刀刀刃更锋利。

第一剃刀刀刃的末端半径大于第二刀刃的末端半径。第一电压范围和第二电压范围为0V至负1000V(-1000VDC)。第一电压范围在0VDC和-250VDC之间，并且第二电压范围在约-250VDC和-1000VDC之间。

在另一个方面，所产生的第一剃刀刀刃的第一末端半径大于300埃，并且所产生的锋利刀刃的第二末端半径小于300埃。

在又一个方面，第一剃刀刀刃的切割力大于1lbs，并且第二刀刃的切割力在约0.5lbs至约1lbs的范围内。

在又一实施方案中，材料层包括铬、硼、碳、钛、钽或它们的任何组合。

除非另有定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。虽然在本发明的实施或测试中可使用类似于或等同于本文所述的那些的方法和材料，但下文描述了合适的方法和材料。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献均全文以引用方式并入。如发生矛盾，将以本说明书及其所包括的定义为准。此外，材料、方法以及示例仅为说明性的而不旨在进行限制。

通过以下具体实施方式和权利要求书，本发明的其它特征和优点将显而易见。

附图说明

虽然说明书以特别指出和清楚地声明被视为形成本发明的主题的权利要求书作出结论，但是据信通过以下结合附图的描述可以更好地理解本发明，在附图中类似的标号用于指示基本上相同的元件，并且其中：

图1是根据本发明的剃刀的透视图，该剃刀具有刀片架和柄部以及其上设置有CrB_n的刀刃。

图2至图11各自为根据本发明的图1的刀刃的图解视图。

图12是设置在剃刀刀片上的本发明的CrB_n材料的显微照片图像，描绘了CrB_n涂层的特征。

图13是设置在剃刀刀片上的现有技术硬涂层的显微照片图像，描绘了硬涂层的特征。

图14是根据本发明的设置在剃刀刀片上的CrB_n材料在50K放大倍率下拍摄的SEM显微照片图像以及所得到的刀刃特征。

图14a是图14中描绘的刀片中的每个刀片的多个刀刃轮廓的平均值的图。

图14b是本发明的经涂覆的剃刀刀片的图，示出了用于确定经涂覆的刀片的末端角度的方法。

图15是本发明的经涂覆的剃刀刀片的图，示出了用于确定经涂覆的刀片的末端半径的方法。

图16是根据本发明的其上设置有CrB_n材料的干式剃刀部件的透视图。

具体实施方式

本发明涉及硼化铬(称为CrB_n)的新型应用，其中硼在化合物中的原子百分比在大于0原子％至小于100原子％的范围内。例如，本发明的n值可以是任何数字，诸如1/2、2或4。在n等于2的情况下，仅作为一个示例，将基于CrB₂的陶瓷涂层施加到剃刀部件(例如，保持夹、刀片架外壳)的表面，并且具体地施加到剃刀刀片的刀刃，如本文所述。申请人发现CrB_n材料在剃刀刀片上的有益用途。对硬涂层的剃刮要求不类似于对较大工具上的磨损保护涂层的要求，这归因于许多因素，诸如刀刃上的沉积性质(例如，刀刃成角度)、剃刀刀片和被涂覆的刀刃表面的小得多的尺寸(例如，在微米尺度上)、用于生产这些涂层的方法以及剃刮中所期望的是能够在可移动表面(如皮肤)上切割某些柔软的东西(如毛发)而不切割皮肤的硬刀刃。

CrB_n涂层的硬度、强度和结构性质，以及刀刃涂层优于现有技术的刀刃涂层的令人惊奇的末端成形能力，为剃刀刀刃提供了显著的益处，诸如非常低的切割力，并且因此认为这些涂层提高了刀片性能，同时还简化了制造工艺。

根据本公开的剃刀刀片可包括基本上设置在剃刀刀片的外侧上的涂层。如本文所用，“层”可表示剃刀刀片上的至少一种材料，其满足多种因素，包括但不限于层的组成、形态或结构；层间边界的存在；用于制造产品的过程是否预期导致一个或多个层；以及是否有足够的组成或形态变化以产生一个或多个层。作为一个示例，在剃刀刀片上可能只有一种类型的材料，但是具有可区分的层，每个层具有不同的形态。如本文所用，“涂层”可表示在剃刀刀片上的一个或多个层，其中每个层包括一种或多种材料。因此，本发明“涂层”可由单层或多层限定。本发明还涵盖术语“涂层”，以表示在剃刀刀片的一侧上的总体或总涂层，其包括在剃刀刀片的一侧上的所有层。

具体地，如本文所用的“涂层”包括施加到剃刀刀片的一个外侧的所有材料层。例如，涂层可包括如本文所定义的一个或多个层，诸如基本上设置在剃刀刀片的一个外侧的一部分或整体上的第一层；形成在第一层的至少一部分的顶部上的第二层；形成在第二层的至少一部分的顶部上的第三层；等等。

基准硼化铬材料是通常含有元素铬和硼的化合物。术语“CrB_n”或“CrB_n材料”或“CrB_n层”或“硼化铬”或“基于硼化铬的”或“CrB_n合金”在本文中通常可互换使用，并且可将基础材料表示为铬和硼的化合物，或材料的变体，其中硼在所述化合物中的原子百分比在大于0至小于100的范围内。例如，在金属硼化物CrB₂中，n的值为2。

本发明还设想了由基础化合物CrB_n与各种单元素或多元素添加剂、合金或对其性质有一些影响的试剂的组合组成的材料。不含添加剂组分的CrB_n有时被称为基础或基准材料，以将其与含有第二相或固溶体添加剂或其它元素的CrB_n材料区分开。添加剂通常可包括但不限于诸如聚合物材料、陶瓷材料、金属、硅、硼、碳或它们的任何组合中的一种或多种的组分。

在本发明中，这些添加剂可以均匀地分散在CrB_n层中，或者可以在朝向所沉积的涂层的外表面的方向上增加或减少。

CrB_n是铬和硼的化学化合物，并且是一种高度耐磨和耐腐蚀的陶瓷。应当注意，当将某些元素或化合物添加到CrB_n基准材料中时，CrB_n材料通常会变得更硬。如果需要和可行的话，预期添加剂(诸如上述那些)可将显微硬度增加至大于35GPa，从而产生甚至更硬的材料。例如，基准CrB_n材料通常可显示大于约15GPa、通常大于约30GPa或约32GPa至约40GPa的显微硬度。

CrB_n材料已证明对不锈钢具有极好的粘附性。当直接设置在剃刀刀片的不锈钢基底上时，CrB_n材料通常不会脱层或以其它方式磨损掉。当设置在剃刀刀刃上时，CrB_n材料还有利地表现出高硬度(例如，大于15GPa)。

在本发明的一个实施方案中，剃刀刀刃上的CrB₂材料涂层表现出极其致密的无柱状末端区域，具有平滑度和高硬度(大于15GPa)，导致极好的切割力和有利地良好的耐腐蚀性质。

因此，包括CrB_n的剃刀刀片上的涂层通过提供单一涂层而具有超过施加到剃刀刀刃的当前离散硬涂层的功能性的潜力，从而节省成本和时间。由于CrB_n涂层通常是硬的和粘附的，它们可以理想地提供用于刀刃的单一硬涂层溶液。对软润滑外涂层的需要通常可能是必要的，但是根据刀刃的期望属性和所施加的CrB_n涂层的特征，可能需要或可能不需要在剃刮等期间增强对基底或对软润滑外涂层的粘附性或减轻末端倒圆的其它材料夹层。不具有附加层潜在地消除了那些层所需的加工步骤，导致简化的制造，同时潜在地产生具有增强的性能的产品。

此外，剃刀刀片上的CrB_n涂层的硬度通常导致刀片剃刮性能的若干改进。施加到标准锋利刀片基底或几何结构上的CrB_n涂层可与提供增强的刀刃强度和耐磨性的现有硬涂层相当或优于现有硬涂层。CrB_n涂层也可应用于不同的刀片轮廓，这可导致进一步优化的刀片性能。

用CrB_n材料加工刀片的设备理想地包括目前使用的工艺，即溅射。可以使用物理气相沉积(PVD)技术，诸如磁控溅射、连续或脉冲DC溅射、RF溅射或阴极电弧沉积，然而本领域已知的其它可行方法(诸如化学气相沉积(CVD))也被认为是本发明中可应用的加工技术。在使用本发明工艺的溅射期间，基底偏置电压在约0V至负1000伏DC(-1000VDC)的范围内。

包括待沉积在用于本发明的溅射室中的刀片上的源材料的靶可优选地形成为均质或混合材料靶，因为铬和硼均包括在一个靶中，然而分布或形成为一个靶中的单独的铬区域和单独的硼区域(例如，拼接形式)。在本发明中还设想了共溅射，其中两种或更多种单独的源材料在真空室中从单独的靶同时溅射或依次溅射。另外，可利用阴极电弧沉积来沉积CrB_n。

因此，本发明的新型涂层可以以铬和硼之间的不同比例沉积。本发明的优选组合物包括Cr₂B或CrB_1/2、CrB、CrB₂和CrB₄，但也可设想其它比例，并且对于特定的剃刮应用可能是期望的。

在本发明中，硼的浓度可以在非常低的浓度(刚刚超过0原子％)至小于100原子％的非常高的浓度的范围内。

沉积在刀片基底上的CrB_n涂层有利地形成比现有技术更宽范围的可能末端形状。这是因为发现所得涂层末端几何结构对在溅射工艺期间施加的基底偏置电压高度敏感。例如，在0VDC和-250VDC之间的范围内的基底偏置电压下，末端形状是钝的或倒圆的，具有通常大于300埃的末端半径，并且在-250VDC和-1000VDC之间的范围内的基底偏置电压下，末端形状是极其尖的或锋利的，具有通常小于或等于300埃的末端半径。

本发明所得的末端形状范围从倒圆到非常尖锐，如图14(显微照片)所示，如下所述。

尽管不锈钢由于其为剃刀刀片的常见基底而为本发明的所期望的基底，在本发明中也设想由另一种或多种金属、陶瓷、聚合物材料、玻璃、金刚石、硅或它们的任何组合组成的刀片基底。

可有利于产生适当锋利的刀刃的一种基底材料为具有较小的较精细分布的碳化物但具有相似的总碳重量百分比的马氏体不锈钢。精细的碳化物基底提供了具有增强的可硬化性、在硬化后具有更大的脆性的更硬的基材，并且使得能够制造更薄且更强的刀刃。此类基底材料的示例为马氏体不锈钢，其具有更细的平均碳化物尺寸，其中碳化物密度为约90个碳化物/100平方微米至约1000个或更多个碳化物/100平方微米，如通过扫描电子显微镜(SEM)所测定的。横截面图像可以通过SEM在4000倍或更高的放大倍率下获得。

本发明中的术语“剃刀刀片”理想地表示由不锈钢组成的“基底”，其包括刀片主体和至少一个侧翼。期望地，剃刀刀片包括形成刀刃和刀片主体的两个侧翼。两个侧翼相交于某个点或末端、或通常所称的最终末端。每个侧翼可具有一个、两个或更多个斜面。刀片主体一般为剃刀刀片在侧翼或斜面下面的剩余区域。如图1的引出部分所示，刀片14包括刀片主体29、两个侧翼27中的每个侧翼的两个斜面28，这两个侧翼相交于形成刀刃14a的末端23处。“基底”表示在本发明中起作用的物质或材料。本文的示例性实施方案涉及通常用于剃刀刀片形成的不锈钢基底。

现在转向图1，剃刀10通常包括附接到柄部18的剃刮或刀片架单元16，其中剃刮单元16具有一个或多个刀片14(例如，所示的3个刀片)，每个刀片具有根据本发明的锋利刀刃14a。顶盖12和防护件13也可包括在剃刮单元16中，顶盖12优选地包括附连在其上的剃刮助剂复合材料12a。剃刮单元16可适于与剃刀柄部18联接和脱离联接，使得在刀片变钝时新的刀片架单元16可联接到柄部，或者可以与柄部18成一整体，以便当刀片变钝时丢弃整个剃刀10。需注意，图1中的刀片中的一个或多个刀片14具有设置在其上的CrB_n材料，优选地设置在刀刃区域上。

在本发明的图2中示出了刀片或锋利基底，特别是图1的刀刃14a的刀刃区域20的示意图。刀片包括具有在一系列珩磨操作中形成的锋利刀刃的不锈钢基底22，该珩磨操作形成刀刃侧翼27和半径通常小于500埃的末端部分23，该刀刃侧翼可以包括或可以不包括一个或多个斜面28，如图1的引出部分所示。根据本发明的一个优选的实施方案，沉积在基底22的末端23和侧翼27上的是包括CrB_n材料24的至少一个层24a。CrB_n材料24的厚度可以理想地在约50埃至约5000埃的范围内，优选地在约400埃至约1800埃的范围内，并且可以均匀地或可以不均匀地沉积在整个末端和侧翼上。应当注意，不管侧翼27的长度、角度和纵横比(例如，从刀片末端部分23到末端26的距离与末端部分23处的CrB_n材料涂层24的宽度的比率)有任何变化，都可以沉积CrB_n材料。

如图2a中的第一另选实施方案所示，除了CrB_n材料24之外，层24a还可以包含一种或多种添加剂或第二组分25。本发明的添加剂或第二组分25包括但不限于聚合物材料、陶瓷、金属、硅、硼、碳或它们的任何组合中的一种或多种。因此，在本发明中设想了氮化铬(CrN)、硼化钛(例如，二硼化钛(TiB₂))、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)和/或合金剂。

CrB_n涂层可从最终末端向下延伸到刀刃侧翼27的任何长度，并且可延伸到或可不延伸到刀片主体29。在本发明的一个优选的实施方案中，CrB_n涂层中n的值为2，化学式为CrB₂，并且通常称为二硼化铬。在本发明的另一个优选的实施方案中，CrB_n涂层中n的值(例如，硼的量)被增加或减少，例如n＝1或n＝4，分别具有化学式CrB或CrB₄，以实现所期望的性质。

涂层24的硬度通常大于15GPa。

本发明的剃刀刀片的新型涂层还提供刀片锋利度的改善。刀片锋利度可以通过测量与锋利度相关的切割力来量化。切割力是通过羊毛毡切割器测试而测量的，该羊毛毡切割器测试通过测量每个刀片切断羊毛毡所需的力来测量刀片的切割力。每个刀片切断羊毛毡5次并在记录仪上测量每次切割的力。将5次切割中最小的力定义为切割力。

市售刀片通常具有约1.10lbs至约1.60lbs的刀片切割力。其上设置有涂层24的刀刃区域20的切割力令人惊讶地通常远小于具有类金刚石涂层(例如，DLC)的市售剃刀刀片。例如，其上设置有CrB₂的本发明刀片(诸如图2至图10中描绘的成品刀片)通常产生约0.5lbs至2lbs、优选地小于1lbs、或约0.60lbs至约1.00lbs、更优选地约0.69lbs至约0.98lbs的切割力。对于在负250VDC(-250VDC)至负750VDC(-750VDC)的范围内的偏置电压和大于约500埃的CrB₂涂层厚度，获得后一范围的切割力。

如将在下面详细讨论的图12所示，本发明的示例性CrB_n涂层被描绘为在具有平滑表面的最终末端附近具有基本上致密的无柱状区域。

另外，由于在CrB_n层24中存在硼，CrB_n层24提供了比纯铬高得多的抗腐蚀屏障，同时还为使用者的皮肤提供了安全且耐用的刀片。

如上所述，图2至图10所示的用于加工刀片的设备可以理想地包括磁控溅射，该磁控溅射包括脉冲溅射条件，而本领域已知的其它可行方法也被认为是本发明中可应用的加工技术。

在本发明的第二另选实施方案中，图3描绘了具有设置在CrB_n材料涂层或层34与不锈钢基底32之间的一个或多个夹层36的刀刃区域30。如果必要的话，夹层36可理想地包括可有助于CrB_n材料34和不锈钢基底32之间的粘附的材料，并且该材料可包括铌、铬、铂、钛、硅、钽、钨、钼、碳、硼或上述的合金和/或它们的任何组合。夹层36可以具有约50埃至约5000埃的厚度。夹层36可理想地设置在基底32和CrB_n材料涂层34之间，以有助于CrB_n涂层34粘附到基底32上，并可为刀刃区域30提供附加的强度或刚度。

在本发明的第三另选实施方案中，图4描绘了具有设置在CrB_n材料层44的顶部上的一个或多个层49(例如，通常称为外涂层)的刀刃区域40，该CrB_n材料层设置在不锈钢基底42的顶部上。在本发明中，外涂层49(以及本文所述的其它聚合物层)可理想地由通常高度润滑的聚合物材料诸如含氟聚合物(例如，聚四氟乙烯调聚物，通常称为PTFE)组成，或者可由通常或多或少具有润滑性的聚合物材料或其它材料(例如，分别具有小于或大于PTFE的摩擦系数)组成。在刀刃的最外表面上提供调聚物(例如，PTFE)使得使用者的皮肤在接触时润滑。图4的润滑外涂层49和本文所述的其它类似层可具有约50埃或更大的厚度。

因此，在本发明中，即使CrB_n层44固有地通常可提供硬的和抗腐蚀的性质，润滑性或增强的润滑性也可能是期望的以提供足够的或增强的剃刮属性(例如，滑移、较小的拉扯)，并且因此可将润滑材料诸如PTFE添加到CrB_n层44顶部上的刀刃区域40。刀刃上的不同性质在刀片单元中可能是期望的。

如图5中本发明的第四另选实施方案所示，图4的实施方案可包括不锈钢基底52和一个或多个外涂层58，该一个或多个外涂层可由聚合物材料、铌、铬、铂、钛、硅、碳、钽、钨、钼、硼或上述的合金和/或它们的任何组合组成。一个或多个外涂层58可以具有约50埃至约5000埃的厚度。外涂层58可用于帮助将聚合物层或PTFE层59粘附到CrB_n材料层54上，该CrB_n材料层设置在基底52上，用于为刀刃区域50提供附加的强度。

在图6所示的本发明的第五另选实施方案中，修改图4的实施方案，描绘了刀刃区域60具有设置在CrB_n材料层64的顶部上的一个或多个聚合物外涂层69和设置在CrB_n层64和基底62之间的一个或多个夹层66。如上所述，外层69可理想地由聚合物材料诸如PTFE组成，而夹层66可理想地包括铌、铬、铂、钛、硅、钽、钨、钼、碳、硼或上述的合金和/或它们的任何组合。层66可以具有在约50埃至约5000埃的范围内的厚度。通过其位置，夹层66有利地可以有助于CrB_n层64中的CrB_n材料粘附到基底62上，并且可以为刀刃区域60提供附加的强度或刚度。聚合物外层69可理想地向接触使用者皮肤的最外表面提供润滑性，从而提供更舒适的剃刮。

图7所示的第六实施方案是图6的修改并且包括刀刃区域70，其基本上与刀刃区域60相同，该刀刃区域具有基底72、CrB_n层74、上文所述类型的夹层76和聚合物外涂层79，与图6的唯一区别在于添加了另一外涂层78。新添加的外涂层78是先前结合图5的外涂层58描述的类型。

如果需要的话，可以使用任何已知的方法部分地去除本发明的聚合物材料的外涂层以提供更薄的层，例如1999年11月16日公布的转让给本发明的受让人的名称为“Methodof Treating Razor Blade Cutting Edges”的美国专利号5,985,459，该专利全文以引用方式并入本文。

现在参考图8，描述了本发明的刀刃区域80的又一个实施方案，其中至少一个CrB_n层84设置在基底82上(如图2所示)，但在图8中，至少一个CrB_n外涂层85另外设置在CrB_n层84上。CrB_n外涂层85包括含有CrB_n材料和至少一种其它元素或化合物的复合材料。后一种材料可理想地由一种或多种陶瓷材料组成。该至少一种其它元素(或添加剂)也可由聚合物材料(例如，PTFE)、金属、硅、硼、碳或它们的任何组合中的一种或多种组成。聚合物材料(例如，PTFE)的外层86可设置在层85上。以此方式，CrB_n外涂层85具有外表面85a，该外表面相比于其上未设置外涂层85的表面84a可具有改善的性质(例如，包括但不限于硬度)。

在图9中，根据本发明，描述了图8的实施方案的修改，显示了具有CrB_n外涂层复合层95的刀刃区域90，其中组分材料在层内以浓度梯度组合。在外涂层95包括CrB_n材料和至少一种其它元素或化合物(理想地由添加剂组成)的复合材料的情况下，优选地形成梯度，使得该外涂层95的添加剂/第二组分的浓度在从CrB_n层94的外表面94a朝向刀刃的外表面95a的方向上增加。因此，CrB_n材料自身的浓度在从CrB_n层94的外表面94a朝向外表面95a的方向上降低。因此，如果在CrB_n层94中不存在期望的性质，则以图9中所描绘的方式朝向表面95a增加陶瓷材料的浓度(在CrB_n复合外涂层95内)在理论上增强包括耐久性、粘附性和减少刀刃损坏在内的性能因素。

如果需要，上述浓度梯度可以颠倒，因为CrB_n外涂层95将在从CrB_n层94的外表面94a朝向外表面95a的方向上具有增加的CrB_n材料浓度，并且CrB_n外涂层95的陶瓷组分将在从CrB_n层94的外表面94a朝向外表面95a的方向上具有降低的浓度。

应当注意，如本发明图8和图9中所述的浓度梯度的存在也设想用于CrB_n层，无论是否存在CrB_n外涂层。

此外，代替本文所述的陶瓷或除了本文所述的陶瓷之外，CrB_n外涂层95可以是由CrB_n材料和一种或多种其它元素或化合物组成的复合材料，以提供特定的性能益处，诸如但不限于硬度、粘附性、切割力和/或润滑性。

在本发明中还设想CrB_n材料层94本身形成为具有浓度梯度。在本发明中，在CrB_n涂层内，化合物涂层中的铬或硼的量可以在沿一个方向或另一个方向增加。在图10中，一个实施方案描绘了CrB_n材料涂层104中的铬105的量(由增加的梯度点图案表示)随着涂层接近剃刀刀片100的外表面100a而增加，而硼106的量(由没有点的区域表示)在外表面100a处最小化。也可以设想相反的情况。改变硬CrB_n材料涂层104中的铬含量以增加朝向外表面100a的铬浓度的益处是改善设置在CrB_n材料涂层104的顶部上的PTFE材料107的粘附性和耐久性，同时还减小末端倒圆效应。

本文所述的实施方案已大体描述了具有大致平面或直刀刃区域和斜面的线性刀片。然而，本发明还设想CrB_n材料114设置在刀刃区域110中的基底(未示出)的非线性(示出为圆形)刀片单元边缘117a的上表面117上，如图11所描绘的。CrB_n材料可使用本文所述的方法中的任何方法沉积。由此可见，图2至图10所示的与线性刀片结合的另选实施方案中的任何另选实施方案可类似地扩展到图11中的实施方案。例如，结合图3和图6，图11的非线性刀刃可首先涂覆有夹层(图11中未示出)，在该夹层的顶部上沉积有CrB_n材料114层。

本发明的非线性刀刃可以是在1989年2月28日公布的名称为“Shaving Device”的美国专利号4,807,360和/或1989年10月24日公布的名称为“Shaving Device”的美国专利号4,875,228中描述的类型，这两个专利均转让给本发明的受让人，并且这两个专利全文以引用方式并入本文。

图12描绘了使用PVD溅射和刀片基底上的-500VDC的偏置电压生产的本发明的涂覆有CrB₂的刀刃120的示例性扫描电子显微镜(SEM)显微照片。可以看出，刀片120具有独特的性质。刀片120的靠近最终末端122区域A的末端区域明确地且强制地示出了致密的无柱状区域124。整个涂层结构区域A的均匀性是有益的。整个最终末端122还具有非常平滑的外表面123。致密的无柱状区域124与平滑的末端表面123一起提供了期望的刀片末端和刀刃，为刀片提供了有益的硬度，以便在剃刮期间维持较少的损坏，增强剃刮性质(如切割力)并且改善总体耐久性。区域A从最终末端延伸，并且如图所示，其从最终末端122延伸至约0.10微米或更大。与区域A相邻但不如区域A那么致密的区域B也具有有益性质，因为它具有高度致密的柱状结构125。该区域用于为剃刀刀片120提供附加的结构支撑并增强刀片的耐久性。最远离最终末端122且刚好超过区域B的区域C可被视为具有低于区域B的低致密的柱状结构126，其中结构126包括柱侧127。本发明的刀片120非常锋利，具有约0.5lbs至约1.0lbs的切割力。

比较图12和现有技术图13，后者描绘了在与刀片120基本相同的条件下使用碳而不是CrB₂材料的PVD溅射生产的现有技术的经涂覆的刀刃130的示例性扫描电子显微镜(SEM)显微照片，可以看出刀片130的性质不如图12中的那些有益。例如，代替包括如图12中的区域A的致密的无柱状结构，图13包括区域D中的高度致密的柱状结构和区域E中的低致密的柱状结构，而没有任何无柱状区域。区域E不如区域D那么致密，后者更靠近末端区域。然而，即使区域D中的致密区域134也不是理想地无柱状的。区域E具有柱136和它们之间的缺陷137。这些缺陷137中的许多缺陷从最终末端132发出并从末端垂直向下穿过区域D并向下进入区域E。因此，最终末端132不包括与末端122一样平滑的表面。现有技术的此类大缺陷可导致刀片涂层的损坏，并且通常对剃刮性能和耐久性产生不利影响。刀片130的切割力为约1.20lbs，并且因此高于图12的本发明的切割力。

图14描绘了使用PVD溅射方法在其上仅沉积有CrB₂材料的各种刀刃的一系列显微照片A至E。如图14中在50K放大倍率下的SEM显微照片所示，存在五个刀片1、2、3、4和5，每个刀片具有沉积在其上的CrB₂材料，平均涂层厚度为约780埃。刀片1-5中的每一者上的涂层通过在刀片基底上使用不同的DC偏置电压的溅射来沉积。刀片1的涂层在基底上的偏置电压为零电压(0V)的情况下产生，刀片2的涂层在基底上的偏置电压为负250V(-250VDC)的情况下产生。刀片3的涂层在基底上的偏置电压为负500V(-500VDC)的情况下产生。刀片4的涂层在基底上的偏置电压为负750V(-750VDC)的情况下产生。刀片5的涂层在基底上的偏置电压为负1000V(-1000VDC)的情况下产生。虽然在本发明中设想了任何类型的刀片基底轮廓或基底厚度，但是图14所示的刀片1-5的基底厚度是在美国专利号9,079,321中大体描述的类型，该专利全文以引用方式并入本文。

因此，如图所示，经涂覆的刀片中的每个刀片都具有末端区域。从刀片1的显微照片A到刀片5的显微照片E的进展描绘了从较圆的末端区域141到较细的、非常尖锐的末端区域145的逐渐过渡。

图14的经涂覆的CrB₂刀片1-5的末端区域141-145分别具有末端半径141a、142a、143a、144a和145a。对在不同偏置电压下生产的剃刀刀片1、2、3、4和5的末端半径进行测量，并且这些测量是基于以下图15中的描述确定的。所得末端半径值在表1中量化。

	刀片1	刀片2	刀片3	刀片4	刀片5
						偏置电压	0V	-250VDC	-500VDC	-750VDC	-1000VDC
末端半径	748埃	258埃	292埃	289埃	258埃
						末端角度	69.6度	70.3度	60.6度	54.8度	51.9度
T0.5μm	0.47μm	0.49μm	0.47μm	0.47μm	0.44μm
						T1.0μm	0.68μm	0.70μm	0.69μm	0.72μm	0.73μm

表1-图14的涂覆有CrB₂ 的刀片的测量

唯一的变化是图14所示的刀片之间的偏置电压，当负偏压从-250V增加到-1000V时，表1中列出的刀片末端半径特征从258埃的值变化到289埃的值，但这些值基本上相似，而末端半径高得多，即当偏置电压处于0V时为748A。还观察到，每个刀片的末端角度(其确定在下文关于图14b描述)跨越如上表1中所示的偏压值而极大地变化。已发现，跨越偏置电压的末端半径和末端角度的可调性的组合提供具有独特性质的新型刀片，诸如具有获得极低切割力(例如，0.60lbs)的能力的宽范围的可能切割力。

因此，如果期望剃刀刀片架中较钝、较不锋利的刀片，则可实施使用约0V或介于0V与小于-250V之间的偏置电压的过程，而如果期望剃刀刀片架中较锋利或非常锋利的刀片，则可实施使用-250V至-1000V的偏压中的任一偏压的过程。本发明的范围考虑到偏置电压与末端形状相关。

总之，发现在溅射期间向基底(例如，刀片)施加负偏压和改变负偏压导致等离子体中的离子对基底的轰击增加，并且这不仅影响如图14所示的刀片的所得末端形状，而且还影响膜的质量，使其在最终末端处更致密、无柱状且平滑，如图13所示。

图14a是图14中描绘的刀片中的每个刀片的多个刀刃轮廓的平均值的图。可以看出，在0V的偏置电压下产生的刀片1的多个刀刃轮廓的平均值显示为实线，在-250VDC的偏置电压下产生的刀片2显示为点划线，在-500VDC的偏置电压下产生的刀片3显示为点线，在-750VDC的偏置电压下产生的刀片4显示为点划线，并且在-1000VDC的偏置电压下产生的刀片5显示为虚线。该图图示了上表1的结果。

在图14b中，示出了描绘末端角度的确定的图示。该图示说明了本发明的概念，但是应当注意，其不是按比例绘制的。图14a的轮廓的平均最终末端147与末端区域中的末端角度α一起示出。如图14a所示，通过从最终末端147向下沿着每个斜面绘制或拟合线L1和L2来确定末端角度α。这些线通常停止在距离D0.3处，该距离与最终末端相距0.3μm。夹角或末端角度α在L1和L2之间测量。

现在参考图15，末端半径通过首先绘制将经涂覆的刀片150一分为二的线154来确定。在线154平分经涂覆的刀片150的地方绘制第一点155。在与点155相距225埃的距离处垂直于线154绘制第二线151。在线151平分经涂覆的刀片150的地方绘制两个附加点156和157。然后根据点155、156和157构建圆圈152。圆圈152的半径R表示经涂覆的刀片150的末端半径。

因此，如上所述，在刀刃上使用CrB_n材料的情况下，有可能提供单一涂覆溶液以提供优化的刀片性能和简化的制造。

本发明的刀片涂层可用于任何数量的不同类型的刀片架单元。已经确定，当在剃刮力高的刀片架中需要硬的、锋利的且耐用的剃刀刀片切削刃时，本发明的刀片可承受这种力，这很大程度上是由于刀片涂层的高质量。这对于用于将毛发切割成特定长度的剃刀刀片架、修剪器或传统剃刀刀片架可能是有用的。

参照图16，根据本发明的另一个实施方案示出了设置在电动或干式剃刀部件上的CrB_n材料164的示例，诸如设置在箔160部件或干式剃刀切割器元件162的外表面和/或内表面上。电动或干式剃刀通常由一组振荡或旋转刀片或切割器162组成，这些刀片或切割器保持在穿孔金属箔160后面，该穿孔金属箔防止刀片与皮肤接触并且其作用非常类似于剪刀中的第二刀片。当剃刀保持抵靠皮肤时，胡须穿过箔160中的孔161并被移动的切割器162切割。尽管典型地在干式剃刮中不施用润滑剂来改善剃刮性能，但例如在箔的外表面上添加CrB_n材料或CrB_n涂层可增强具有平滑致密层的箔的耐久性，同时改善剃刮的性能和切削刃的耐久性。此外，在箔(未示出)的内表面上具有CrB_n涂层的优点通常可包括降低刀刃耐磨性以及减少箔与切割器之间的摩擦，这可提供更凉爽的剃刮、增加电池寿命和/或增加箔寿命。如图16所示，设置在切割器元件162自身的外表面上的CrB_n涂层164也可理想地提高切割器的寿命或耐磨性。

因此，如上所述，可将CrB_n材料施加到干式剃刀部件诸如箔和切割器元件上，并进而提供改善的剃刮有益效果诸如降低的刀刃耐磨性和降低的摩擦。

本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。术语“约”在本文中应被解释为在典型的制造公差内。

除非明确排除或换句话讲有所限制，否则将本文引用的每篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或申请，全文均以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出各种其他变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求书中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。

Claims (16)

1.一种剃刀刀片设备，所述剃刀刀片设备包括：

锋利基底，其上设置有以铬和硼的化合物(CrB_n)为特征的至少一种材料，其中硼的原子百分比在所述化合物的大于0原子％至小于100原子％的范围内。

2.根据权利要求1所述的剃刀刀片设备，其中所述至少一种CrB_n材料直接设置在所述锋利基底上。

3.根据权利要求1或2所述的剃刀刀片设备，其中所述至少一种CrB_n材料在所述锋利基底上形成至少一个层，并且硼的所述原子百分比在整个所述至少一个层中是恒定的。

4.根据权利要求3所述的剃刀刀片设备，其中一个或多个夹层设置在所述至少一个CrB_n层和所述锋利基底之间，一个或多个外涂层设置在所述至少一个CrB_n层的顶部上，或设置两者，并且其中所述一个或多个夹层和所述一个或多个外涂层包括聚合物材料、铌、铬、铂、钛、硅、钽、钨、钼、碳、硼或它们的任何组合或合金。

5.根据权利要求4所述的剃刀刀片设备，其中至少一种聚合物材料设置在所述至少一个CrB_n层的顶部上或所述一个或多个外涂层的顶部上，或它们的任何组合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述一个或多个外涂层由CrB_n材料和第二组分组成，其中所述第二组分为聚合物材料、陶瓷、金属、硅、硼、碳或它们的任何组合中的一种或多种。

7.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述一个或多个外涂层具有在朝向所述基底的外表面的方向上增加的所述第二组分的浓度或在朝向所述基底的外表面的方向上降低的所述第二组分的浓度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述锋利基底由不锈钢、金属、陶瓷、复合材料、金刚石、硅、聚合物材料、玻璃、或它们的任何组合、或碳化物密度为约90个碳化物/100平方微米至约1000个碳化物/100平方微米的马氏体不锈钢组成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述锋利基底位于所述剃刀刀片的刀刃上，其中所述刀刃是线性的、非线性的或它们的任何组合。

10.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述至少一个CrB_n层具有大于或等于15GPa的硬度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述至少一个CrB_n层包括基本上致密平滑的无柱状结构、高度致密的柱状结构、低致密的柱状结构或它们的任何组合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的剃刀刀片设备，其中所述剃刀刀片的末端半径在100埃至1000埃范围内，所述剃刀刀片的切割力在0.5lbs至2lbs范围内，并且所述至少一个CrB_n层的厚度在50埃至5000埃范围内。

13.一种涂覆剃刀刀片的方法，其特征在于

提供锋利基底；

在所述锋利基底上沉积至少一层材料，所述沉积包括在所述基底上施加电压；以及

在所述基底上从第一电压范围内选择以产生第一剃刀刀刃，或者在所述基底上从第二电压范围内选择以产生第二剃刀刀刃。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一电压范围在0VDC和-250VDC之间，并且其中在所述第一刀刃上产生大于300埃的末端半径，并且产生大于1.0lbs的切割力。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述第二电压范围在约-250VDC和-1000VDC之间，并且其中在所述第二刀刃上产生在200埃至300埃的范围内的末端半径，并且产生在约0.5lbs至约1.0lbs的范围内的切割力。

16.根据权利要求13至15所述的方法，其中所述至少一层材料包括CrB_n材料，其中硼的原子百分比在所述化合物的大于0原子％至小于100原子％的范围内。