DE2125313A1 - Verfahren zur Vorbehandlung von Ra sierklmgen zwecks verbesserter Haftung eines korrosionsbeständigen Films auf den Schneidkanten - Google Patents

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg Dipl.-I ng. Ralf M. Kern

Waldgasse 20 Tel.: (07221) 63427

^WaIdga8se2° Dr. rer. nat. Lothar Feiler

.:Eiiip«oid β«*»-**«· 2125313 D-β München 90

Eduard-Schmld-Str. 2 |- -| Tel.: (0811) 663197

TelegT.-Adr.: Ellipsoid Mflndten Telex: „

The Gillette Company
Boston, Mass., V.St.A.

21. Mai 1971 Dr.H/hz

Verfahren zur Vorbehandlung von Rasierklingen zwecks verbesserter Haftung eines korrosionsbeständigen Films auf den Schneidkanten

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Rasierklingen.

Rasierklingen werden im allgemeinen aus etwa 0,038 bis 0,381 mm starkem, gehärtetem Stahlblech gefertigt, das auf einer Kante oder beiden Kanten unter Ausbildung keilförmiger Schneidkanten mit einem Materialinnenwinkel zwischen 14 bis 35° und von vorzugsweise etwa l8 bis 26° geschärft ist. Die Seitenflächen oder Flanken solcher Schneidkanten erstrecken sich von der äussersten Kante bis zu 2,54 mm oder noch weiter zurück und können zwei oder mehr "Facetten" aufweisen, die durch aufeinanderfolgendes Schleifen oder Honen gebildet sind und einander in Zonen schneiden, welche im allgemeinen parallel zur äussersten Kante verlaufen. Die letzte, also der äussersten Kante nächstbenachbarte Facette kann möglicherweise nur 0,0076 mm oder noch weniger breit sein, während die Dicke der äussersten Kante im allgemeinen weniger als 6OOO 8 und vorzugsweise weniger als 25OO S beträgt. Infolge dieses DUnnseins ist die äusserste Kante äusserst anfällig gegen Verfall durch mechanische Fehler oder Korrosion.

- 2 109850/1639

In früheren Jahren hat man die Rasiereigenschaften von Rasierklingen dadurch wesentlich verbessert, dass man an die Schneidkanten polymere Überzüge wie beispielsweise die in der US Patentschrift 2 071 856 beschriebenen Fluorkohlenwasserstoffe fest anheftete. Da die Anbringung solcher Überzüge ein Erhitzen der Schneidkante auf hohe Temperaturen (in der Grossenordnung von etwa 2βθ° bis 427°C) verlangt, müssen die Klingen aus Stählen hergestellt werden, welche bei hohen Temperaturen mechanisch fest und gegen Erweichen beständig sind.

Man hat auch schon vorgeschlagen, auf die geschärfte Rasierklingenkante vor dem Aufbringen des Fluorkohlenwasserstoff-Überzugs einen korrosionsbeständigen Film aus einem entsprechend korrosionsfestem Material wie Gold, Rhodium, Chrom, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid,, Edelraetallegierungen und dergl. beispielsweise durch Ablagerung aus der Dampfphase oder Zerstäuben, aufzubringen. Diese Filme sind vorzugsweise etwa 50 bis 500 S dick, und die besten Ergebnisse erzielt man im Dickenbereich von 100 bis 400 S₉ Mit solchen Filmen versehene Klingenkanten vermögen nicht nur die hohen Temperaturen beim Fluorkohlenwasserstoff-Aufbringen ohne übermässiges Erweichen auszuhalten, sondern besitzen auch überlegene Korrosionsbeständigkeit und schaffen langdauernde und hochwertige Rasierbeständigkeit. Es ist jedoch erforderlich, dass solche Filme an die darunter befindliche stahlkante genügend angeheftet werden, sodass der Film nicht dazu neigt, unter den beim Rasieren auftretenden Scherkräften von den Rasierkanten fortzubrechen.

Als Rasierklingen-Rohmaterial eignen sich verschiedene Stahlsorten, zu denen z.B. folgende Stahlzusammensetzungen gehören:

- 3·- 109850/1639

Zusammensetzung in

Cr Mo Si Ni

1.25	0,2	—·	0,2
1,00	6,0	—	1.4
0,96	13,9	—	0,3
0,65	10,5	1,0	0,3
0,58	14,0	—	0,3
0,40	13,5	1,25	0,3
0,09	17,0	0,70	1,2

8,0

Kohlenstoff- und chromarme stähle (mit 9# und weniger Chrom) Hessen sich jedoch schwieriger als rostfreier Stahl für solche Überzüge empfänglich machen, und besonders schwierig in dieser Beziehung waren Rasierklingenstähle, die im wesentlichen aus etwa 0,5 bis etwa 1,4$ Kohlenstoff, etwa 2 bis 9$ Chrom, etwa 0,7 bis etwa 2% Silicium, 0,0 bis etwa "*% Mangan uri im übrigen aus Eisen bestehen. Elektrische Vorbehandlungs- oder "Reinigungs"-Prozesse, wie-z.B. "Gleichstrom-Glimmentladung", die man zur Konditionierung von Rasierklingen aus rostfreiem Stahl benutzt hat, erwiesen sich bei Anwendung auf Kohlenstoff- oder chroraarrae stähle als etwas weniger wirksam. Die Überzugshaftung an solchen konditionierten Stählen war geringer als die an rostfreiem Stahl, und ausserdem ergab sich bei der Konditionierung der Klinge auf Fabrikationsbasis, also in Stapeln aus mehreren Tausend Klingen, ungleichmässige KonditionierungsIeistung in Abhängigkeit von der Klingenlage im Stapel.

Demgemäss besteht ein Erfindungsziel in der Schaffung neuer und verbesserter Verfahren zum festen Anbringen eines Films aus einem korrosionsbeständigem Material mit kontrollierter

- 4 -109850/1639

Gleichförmigkeit auf die geschärften Kanten von Rasierklingen aus Stählen mit einem Ghromgehalt von 9$ und darunter und insbesondere aus Stählen, die im wesentlichen aus etwa 0,5 bis etwa 1,4$ Kohlenstoff, etwa 2 bis 9$ Chrom, etwa 0,7 bis etwa 2.% Silicium, 0,0 bis etwa 1% Mangan und im übrigen aus Eisen bestehen.

Ein weiteres Erfindungsziel besteht fernerhin darin, Rasierklingenstahl mit einem Chromgehalt von 9$ und darunter mehr empfänglich für das Anhaften eines auf ihn durch Dampfphasenablagerung, Zerstäuben oder dergleichen aufgebrachten Films aus korrosionsbeständigem Material zu machen.

Die Erfindung bezweckt fernerhin auch noch die Schaffung eines neuartigen und verbesserten Klingenbehandlungssystems, um die geschärften Kanten einer Vielzahl von Rasierklingen in einem MassenproduktionsVorgang ausreichend und gleichförmig empfänglich zur Anbringung von korrosionsbeständigem Film auf ihnen zu machen.

Die Erfindung besteht demgemäss aus einem Verfahren zum Konditionieren der geschärften Kante einer Rasierklinge aus einem Stahl mit 9# oder weniger Chrom für das Anhaften eines korrosionsbeständigen Films, dessen kennzeichnende Besonderheit aus der Schrittfolge besteht, dass man 1) die Klinge in einem Stapel aus in Fläche zu Fläche-Beziehung stehenden Klingen mit zueinander ausgerichteten, geschärften Kanten anordnet,

2) diesen Klingenstapel in einer Umgebung aus niehtreaktivem Gas bei einem Druck von etwa 1 bis 500 Mikron aufstellt,

3) den Stapel mit dem einen Pol einer Hochfrequenz-Elektrizitätsenergiequelle verbindet, 4) ein ebenfalls dem nichtreaktiven Gas ausgesetztes Glied mit elektrisch leitender Oberfläche in einen elektrischen Kreis mit dieser Energiequelle legt,

- 5 -109850/1639

5) von dieser Energiequelle her eine Spannung aufdrückt, die zur Schaffung von gasförmigen Ionen zwischen dem Klingenstapel und der leitenden Oberfläche ausreicht, 6) die freiliegende Klingenkante mit diesen gasförmigen Ionen bombardiert und 7) dieses Bombardement solange fortsetzt, bis eine Gesamtenergie von mindestens etwa 10 Watt-Minuten je 645 Qroro freiliegendem Klingenkantengebiet geliefert ist. Anschliessend bringt man auf die so konditionierte Klingenkante einen dünnen Film aus korrosionsbeständigem Material durch Dampfphasen-Ablagerung, Zerstäuben oder dergleichen auf. Die Haftung dieses Films an der konditionieren, geschärften Klingenkante ist dann nach i anderen Verfahren erzielten Haftungen überlegen.

Warum und wie diese erfindungsgemäss erzielte verbesserte Haftung vor sich geht, ist z.Zt. noch nicht völlig geklärt. Man hat die Erklärung vorgeschlagen, dass die verbesserte Haftung möglicherweise auf der Entfernung von dielektrischen Materialien wie z.B. Oxiden von der Oberfläche der Klingenkante aus chromarmen Stahl beruht. Klingen aus rostfreiem Stahl besitzen jedoch ebenfalls Oxidhäute, die nicht bei anderen Konditionierungsverfahren wie z.B. Gleichstrom-Glimmentladung entfernt werden mögen, und dennoch bewirken solche Reinigungsprozesse Kanten aus rostfreiem Stahl, bei denen ausgezeichnete Uberzugshaftung besteht. Weiterhin werden gleichmässigere, zufrieden- f stellende Ergebnisse bei der Behandlung von Rasierklingenstählen, die im wesentlichen aus etwa 0,5 bis etwa 1,4$ Kohlenstoff, etwa 2 bis 9$ Chrom, etwa 0,7 bis etwa 2% Silicium, 0,0 bis etwa \% Mangan und im übrigen aus Eisen bestehen, und insbesondere bei Klingen erzielt, die im wesentlichen aus etwa 1% Kohlenstoff, etwa 6$ Chrom, etwa 1,4$ Silicium, etwa 0,0 bis 1% Mangan und im übrigen im wesentlichen aus Eisen bestehen.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus der nachstehenden Wort- und Bildbeschreibung

- 6 10988071639 ⁵ -

bevorzugter Ausführungsformen derselben erkennbar. Es zeigen

:?igur 1 ein Schaubild einer Apparatur für die Erfindungsdurchführung und

Figur 2 ein Schaubild eines Klingenstapels mit freiliegenden Klingenkanten.

In Figur 1 erkennt man einen Rasierklingenstapel 10, der in einer Druckkammer 12 montiert ist, welche mit einem nichtreaktiven Gas gefüllt und ständig mittels Vakuumpumpe 14 auf einen bevorzugten Unterdruck evakuiert ist. In der Kammer ist fernerhin ein geeigneter Vorrat 16 aus Chrom oder anderem korrosionsbeständigem Material montiert. Klingenstapel 10 und Vorrat 16 sind über Kabel 20 bzw. 24 an ein Anpass-Netz- und -Schaltergerät 26 und über dieses an eine Radiofrequenz-Kraftquelle 28 angeschlossen. Klingenstapel 1O₅ Vorrat 16 sowie beide Verbindungskabel 20, 24 sind gegen die Kammer 12 isoliert. Der im Gerät 26 befindliche Schalter ist so konstruiert, daß er entweder den Stapel 10 oder den Vorrat 16 an die Kraftquelle und den anderen von ihnen jeweils an Erde legt. Vorzugsweise arbeitet man mit Magnetfeldkontrolle, z.B. mit Hilfe eines außerhalb der Kammer 12 angeordneten Satzes von Helmholtz-Spulen.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Klingen Fläche gegen Fläche angeordnet und mit zueinander ausgerichteten Kanten auf einem messerförmigen Träger 30 angeordnet. Dargestellt sind Doppelschneiden-Klingen mit folgenden Ausmaßen: Länge 42,7 mm, Breite 21,9 mm und Dicke 0,102 mm (d.h. 250 Klingen je 25,4 mm Stapelhöhe). Für den Erfindungszweck wird das gesamte freiliegende Klingenkantengebiet als das Produkt aus Klingenumfang, d.h. zweimal (Länge plus Breite), und Gesamthöhe des Klingenstapels, definiert.

- 7 1098ÖÜ/1639

Klingenelemente vom Typ eines fortlaufenden Streifens werden in einem Stapel vom Spulentyp angeordnet konditioniert, bei dem eine grosse Zahl von Klingenlängen zu einem langen, aufgespulten Streifen vereinigt sind, wobei die Oberflächen wieder Fläche gegen Fläche anliegen und die geschärften Kanten der Klingenelemente in aufeinanderfolgenden Windungen zueinander ausgerichtet sind.

Um die freiliegenden Klingenkanten zu konditionieren, wird der Schalter im Gerät 26 so betätigt, dass der Vorrat 16 ge- · erdet ist. Die Radiofrequenz-Kraftquelle 28 legt über den Gas- a spalt zwischen Klingenstapel 10 und Vorrat 16 genügend Spannung, um Gasionen zu bilden, die den Klingenstapel bei der aufgedrückten Frequenz in einem Oberflächenkonditionierungsvorgang bombardieren. Nach genügender Konditionierung der Klingenkanten wird der Geräteschalter umgelegt und dadurch der Stapel 10 an Erde und der Vorrat 16 an die Kraftquelle 28 gelegt. Danach wird die Radiofrequenz-Kraftquelle 28 erneut eingeschaltet, dadurch eine Spannung zwischen Stapel 10 und Vorrat 16 angelegt, die Gasionen erzeugt, welche den Vorrat 16 bombardieren und auf den Kanten der im Stapel 10 befindlichen Klingen einen korrosionsbeständigen Überzug in einer Dicke von weniger als 600 8 niederschlagen.

Nachdem auf den ersten Klingenkanten ein überzug aufgebracht ist, wird der Klingenstapel um l8o° gedreht und auf den anderen Kanten ein überzug niedergeschlagen.

Ein bevorzugter Frequenzbereich für die Radiofrequenz-Kraftquelle 28 liegt zwischen/2 und 27 mHz, wobei 13,56 mHz eine brauchbare, handelsübliche Frequenz darstellen. Eine wirtschaftlich annehmbare Bombardementszeit liegt im Bereich von 2 bis 10 Minuten.

- 8 -109850/1639

Die angelegte Spannung muß so ausreichend sein, daß sie im Raum zwischen dem Klingenstapel und den geerdeten Elementen in der Kammer Gasionen erzeugt. Diese Spannung hängt z.B. von der Natur der Gasumgebung einschließlich Gasart und -druck sowie von der Kammergeometrie ab. Die Spannung darf andererseits auch nicht zu hoch sein, damit keine Überhitzung und demzufolge möglicherweise eine Beschädigung der Klingenkanten eintritt. In ähnlicher Weise darf auch die Stromstärke nicht zu hoch sein, damit die Klingen nicht beschädigt werden, muß aber andererseits zusammen mit der Spannung ausreichen, um genügend Energie für eine Klingenreinigung innerhalb vernünftiger Zeit zu liefern.

Angemessene Konditionierung der Klingenkanten ist eine gemeinsame Punktion von Energie, Zeit und freiliegendem Klingenkantengebiet im Stapel. Man erreicht sie beispielsweise mit einem Minimum von 10 Watt-Minuten je 645 qmm.

Zu den in der angeregten Umgebung ausreichend nicht-reaktiven Gaskomponenten gehören beispielsweise die Edelgase und Wasserstoff. Im allgemeinen sollten die Gasdrucke niedrig genug sein, damit kein Kurzschluß zwischen Klingenstapel und leitendem Glied auftritt, und im Mittel für kleinere Gasmoleküle höher liegen. Bei Verwendung von Wasserstoff arbeitet man brauchbarerweise mit Drucken von etwa 100 bis 500 Mikron und vorzugsweise mit JOO bis 400 Mikron als oberer Grenze. Bei Edelgasen wie Argon eignen sich Drucke von 1 Mikron (oder bei Benutzung spezieller magnetischer Unterstützung noch darunter) bis zu 500 Mikron, wobei vorzugsweise mit 5 bis 50 Mikron und am besten mit 5 bis 20 Mikron Druck gearbeitet wird.

Zu den chromarmen Stählen, welche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichend aufnahmefähig für korrosionsbeständige Überzüge gemacht werden können, gehören "Kohlenstoff"-

- 9 1098B0/1639

Stahl sowie Stähle, die aus etwa 0,5 bis etwa 1,4$ Kohlenstoff, etwa 2 bis 9$ Chrom, etwa 0,7 bis etwa 2$ Silicium, 0,0 bis etwa 1$ Mangan und im, übrigen aus Eisen (nebst üblicherweise vorgefundenen kleinen, nicht-legierungsbildenden Mengen von Verunreinigungen) bestehen. Ein vorteilhafter Rasierklingenstahl, der mit Hilfe der vorliegenden Erfindung besser zur Rasierklingenbildung geeignet gemacht wird, ist ein solcher, der etwa 0,70 bis 1,2$ Kohlenstoff, etwa 4 bis 8$ Chrom, etwa 0,9 bis 1,6$ Silicium und etwa 0,0 bis 1$ Mangan enthält, und speziell ein Stahl, der aus etwa 1$ Kohlenstoff, etwa 6$ Chrom, etwa 1,4$ Silicium und etwa 0,75$ Mangan besteht, während der Rest jedesmal Eisen ist. t

Zu den korrosionsbeständigen Materialien, die auf erfindungsgemäss konditionierte Klingenkanten aufgebracht werden können, gehören Chrom, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid sowie Legierungen aus einem Edelmetall wie Platin und einem verfestigendem Metall wie Chrom. Nach Erzeugung von fest haftenden, korrosionsbeständigen Filmen kann man die so beschichteten Schneidkanten weiterhin mit einem polymeren Überzug versehen. Geeignete Beispiele für einen solchen Überzug sind die Organosiloxangele gemäss US-PS 2 937 976, die polymeren Kohlenwasserstoffe, z.B. Polyäthylen, gemäss US-PS 3 071 858 sowie die polymeren Fluorkohlenwasserstoffe gemäss US-PS 3 07I 856. Erfindungsgemäss a behandelte Klingen eignen sich besonders für polymere Überzüge z.B. aus polymeren Fluorkohlenwasserstoffen, die im allgemeinen auf den^ffi&ten bei höheren Temperaturen zwischen z.B. etwa 288° und/^7⁰C ausgehärtet werden.

Gemäss einem speziellen Beispiel wurde ein 356 mm hoher Stapel 10 aus Doppelschneiden-Klingen (etwa 3500 an der Zahl) aus einem Stahl, der aus etwa 1$ Kohlenstoff, etwa 6$ Chrom, etwa 1,4$ Silicium, 0,75$ Mangan und im übrigen praktisch aus Eisen bestand, in eine Argonatmosphäre von 10 Mikron Druck zusammen

- 10 109850/1639

mit einer Chromstange 16 in eine Kammer 12 aus rostfreiem Stahl eingebracht. Zwischen den Klingenstapel und die an Erde liegende Kammerwand wurde eine Radiofrequenz-Energiequelle geschaltet. Um die Klingenkanten zu konditionieren, wurde von der Energiequelle her 6 Minuten lang 0,2 KW Energie bei null-reflektierter Energie aufgedrückt. Das gesamte Klin-

p ρ

genkantengebiet betrug etwa 458 cm , und je 6,45 cm freiliegendem Kantengebiet wurden insgesamt etwa 17 Watt-Minuten aufgewendet.

Danach wurde der Schalter 26 so betätigt, daß die Chromstange 16 an die Energiequelle 28 gelegt und der Klingenstapel 10 geerdet wurde. Das System wurde dann so betrieben, daß auf die freiliegenden Klingenkanten eine 100 8 dicke Chromschicht aufgesprüht wurde. Die Pehlerfrequenz der so behandelten Klingen erwies sich bei der anschließenden Prüfung auf Korrosionsbeständigkeit als merklich niedriger als jene von Klingen, deren Kanten gleich lange mit Gleichstrom-Glimmentladung konditioniert worden waren. Eine ähnliche Verbesserung erzielte man, wenn der korrosionsbeständige Überzug mittels Verdampfungstechnik auf die konditionierte Klingenkante aufgebracht wurde.

Bei einem weiteren speziellen Beispiel wurde ein 102 mm hoher Stapel aus Doppelschneiden-KlIngen der gleichen Stahlsorte bei ebenfalls 13,56 mHz und 0,2 KW 2 Minuten lang an seinen Kanten konditioniert. Je 6,45 cm freies Klingengebiet wurde so insgesamt etwa 20 Watt-Minuten verbraucht. In dieser Weise konditionierte Klingenkanten eigneten sich zum Beschichten mit einem aufgesprühten Chromüberzug, wobei die Ergebnisse die gleichen wie bei dem 356 mm hohen Stapel waren.

Weitere im Rahmen der Erfindung liegende Ausführungsformen sind für den Fachmann ersichtlich.

- 11 109850/1639

Claims (10)

1. Patentansprüche

   fl J Verfahren, um die geschärften Kanten von Rasierklingen aus einem Stahl mit 9# oder weniger Chrom für das Anhaften eines korrosionsbeständigen Films zu konditionieren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Quelle hochfrequenter elektrischer Energie mit den Klingen und einer elektrisch leitenden Oberfläche verbindet, die einem nichtreaktiven Gas bei einem Druck von etwa 1 bis 500 Mikron ausgesetzt sind, wobei die Klingen in Fläche gegen Fläche-Beziehung stehen und ihre geschärften Kanten zueinander ausgerichtet sind, und von der Energiequelle her eine Spannung aufdrückt, die ausreicht um gasförmige Ionen zwischen den Klingen und der leitenden Oberfläche zu erzeugen und mit ihnen die geschärften Klingen so lange zu bombardieren, bis je 6,45 cm freiliegendem Klingengebiet insgesamt mindestens etwa 10 Watt-Minuten aufgedrückt sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-reaktives Gas ein Inertes Gas bei einem Druck von etwa 5 bis 20 Mikron angewendet wird.
3. J5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Frequenz von 2 bis 27 mHz gearbeitet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   man das Bombardement etwa 2 bis 10 Minuten lang durchführt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man es nacheinander an den beiden geschärften Kanten von Doppelschneiden-Rasierklingen und zwar z.B. durch Umkehren der Relativstellungen der beiden Kanten nach Behandlung der einen von beiden durchführt.

   - 12 1098 50/1639
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Klingen aus einem Stahl behandelt, welcher im wesentlichen aus etwa 0,5 bis etwa 1,4# (vorzugsweise 0,70 bis 1,2^) Kohlenstoff, etwa 2 bis 9% (vorzugsweise 4 bis Q%) Chrom, etwa 0,7 bis etwa 2% (vorzugsweise 0,9 bis 1,6%) Silicium, etwa 0,0 bis 1% Mangan und im übrigen aus Eisen besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Quelle hochfrequenter elektrischer Energie anschließend mit einem Vorrat von korrosionsbeständigem Material in der nicht-reaktiven Gasumgebung verbindet, um von diesem Vorrat Material zwecks Bildung eines Films auf den konditionierten Klingenkanten zu übertragen.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialvorrat und die Klingen nacheinander und abwechselnd geerdet werden, um die Klingenkante zu konditionieren und nachfolgend zu überziehen.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Film aus korrosionsbeständigem Material in einer Dicke von weniger als 600 8 aufbringt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als weiteren Schritt einen Überzug aus polymerem Fluorkohlenwasserstoff auf den Film aus korrosionsbeständigem Material aufsintert.

    1 0 b b υ 0 / 1 6 3 9