一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片及其制备方法
阅读说明：本技术 一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片及其制备方法 (Soft-hard alternating carbon nano composite coating razor blade and preparation method thereof ) 是由 朱汉钰 于 2021-05-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片,包括剃须刀刀片和设置于剃须刀刀片上的金属涂层,金属涂层上交替设有软层碳膜和硬层碳膜,剃须刀刀片最外层设有聚四氟乙烯润滑层,有益效果：交替能够有效的阻止薄膜内应力积累,防止膜内缺陷扩散,防止涂层产生裂纹、翘曲或脱落,有效提高剃须刀片的表面硬度,耐磨性,延长剃须刀的使用寿命。(The invention discloses a razor blade with a carbon nano composite coating with alternating hardness and softness, which comprises a razor blade and a metal coating arranged on the razor blade, wherein a soft carbon film and a hard carbon film are alternately arranged on the metal coating, and a polytetrafluoroethylene lubricating layer is arranged on the outermost layer of the razor blade, so that the razor blade has the advantages that: the coating can effectively prevent the internal stress accumulation of the film, prevent the diffusion of defects in the film, prevent the coating from generating cracks, warping or falling off, effectively improve the surface hardness and the wear resistance of the razor blade and prolong the service life of the razor.)
技术领域
本发明涉及一种剃须刀片，特别涉及一种具有多层强化涂层的剃须刀片及其制备技术。
背景技术
在众多切削工具中，剃须刀是人们日常生活的必需品，具有切割皮肤上毛发的功能。剃须刀刀片基材是不锈钢材料，刀刃要求具有强锋利性、不易生锈性、不易掉肉等特性，然而剃须刀在使用过程中容易发生锈蚀，刀刃破损等问题，影响刀片的使用寿命和剃刮舒适度。剃须刀片制作流程是将6Cr不锈钢片冲压成型，经过一系列热处理(包括：明火去油，高温淬火，低温冷板接触淬火，低温回火等)，再经过印字、磨刃、检验、镀膜，再喷涂聚四氟乙烯，烧烤定型，最后包装。工艺流程中镀膜环节起着至关重要的作用，涂层处理可以增加工件硬度、抗磨力和降低摩擦系数，从而延长工件寿命。市场中美国Gillette公司推出的刀片产品之所以始终占据着市场主要份额，除了基材和磨刃技术领先之外，重要的是Gillette镀膜工艺优异，如美国Gillette公司推出的新产品—镀类金刚石膜的剃须刀片，使用起来更加锋利、舒适，且寿命更长。国产剃须刀刀片采用传统的单纯镀Cr涂层已很难与Gillette剃须刀产品性能相比。
因此研究并提高镀膜工艺是提高我国剃须刀片品质的关键。如何制得一种优异的剃须刀强化涂层，使其能够缓解涂层与刀片基体之间的硬度差距，减少涂层的内应力，降低超硬涂层脱落的概率，延长刀片的使用寿命是一个亟待解决的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何制得一种优异的剃须刀强化涂层，使其能够缓解涂层与刀片基体之间的硬度差距，减少涂层的内应力，降低超硬涂层脱落的概率，延长刀片的使用寿命是一个亟待解决的问题。
(二)技术方案
为了克服如何制得一种优异的剃须刀强化涂层，使其能够缓解涂层与刀片基体之间的硬度差距，减少涂层的内应力，降低超硬涂层脱落的概率，延长刀片的使用寿命这一问题，本发明提供如下技术方案：
一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片，包括剃须刀刀片和设置于剃须刀刀片上的金属涂层，金属涂层上交替设有软层碳膜和硬层碳膜，剃须刀刀片最外层设有聚四氟乙烯润滑层；
进一步的，软层碳膜和硬层碳膜交替1-5次，并且靠近金属涂层一侧为软层碳膜。
进一步的，金属涂层作为打底层，其厚度约10-50nm。
进一步的，软层碳膜为高SP2杂化键的碳涂层，硬层碳膜为高SP3杂化键的碳涂层。
进一步的，软层碳膜和硬层碳膜做为剃须刀的强化涂层，其厚度约50-150nm。
进一步的，金属涂层是由真空离子镀制备而成，软层碳膜和硬层碳膜是由高功率脉冲离子束技术制备而成。
一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片的制备方法，包括如下步骤：
S1：清洗刀片：将剃须刀刀片依次使用70-90℃水浸泡5-10分钟，有机溶液超声清洗5-10分钟，水基清洗剂超声清洗5-10分钟，常温水冲洗，烘干备用；
S2：制备金属涂层：将经过超声清洗烘干处理的剃须刀片置于磁过滤阴极真空弧沉积设备中，在剃须刀片基层均匀沉积一层致密的金属打底层，包含但不限于Ti、Cr、Pd等金属，弧源阴极为纯度99.9％的金属靶材；
S3：制备软层碳膜和硬层碳膜：利用高功率脉冲离子束技术，通过控制离子束能量制备软层碳膜和硬层碳膜；
S4：制备聚四氟乙烯润滑层：调配聚四氟乙烯溶液，喷涂在载有软层碳膜和硬层碳膜的剃须刀表面，经过300-400℃烧结20-50分钟，使聚四氟乙烯固化和定型后获得具有软层碳膜和硬层碳膜的剃须刀刀片。
进一步的，步骤S2中，金属沉积真空条件为1×10-3-6×10-3Pa，弧源为纯度99.9％的Ti靶或Cr靶或Pd靶，沉积弧流为80-130A，负偏压为-150V～-350V，占空比为50％-100％，沉积时间为5-15分钟。
进一步的，步骤S3中，沉积真空条件为1×10-3-6×10-3Pa；弧源为纯度99.9％的C靶，其中软涂层负高压为3000-8000V，脉宽1-100μs，沉积弧流为70-130A，沉积时间为2-5分钟；硬涂层负压为50-400V，占空比为50％-100％，沉积时间为2-5分钟；软硬涂层交替1-5次。
(三)有益效果
本发明的有益效果在于：
(1)有效提高剃须刀片的表面硬度，提升剃须刀的锋利程度；
(2)有效提高剃须刀片的耐磨性，延长剃须刀的使用寿命；
(3)交替能够有效的阻止薄膜内应力积累，防止膜内缺陷扩散，防止涂层产生裂纹、翘曲或脱落。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为切纸测试数据折线图；
图中：101-剃须刀刀片、102-金属涂层、103-软层碳膜、104-硬层碳膜、105-聚四氟乙烯润滑层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供如下技术方案：包括剃须刀刀片101和设置于剃须刀刀片101上的金属涂层102，金属涂层102上交替设有软层碳膜103和硬层碳膜104，剃须刀刀片101最外层设有聚四氟乙烯润滑层107，软层碳膜103和硬层碳膜104交替能够有效的阻止薄膜内应力积累，防止膜内缺陷扩散，防止涂层产生裂纹、翘曲或脱落。
进一步的，软层碳膜103和硬层碳膜104交替1-5次，并且靠近金属涂层102一侧为软层碳膜103。
进一步的，金属涂层102作为打底层，其厚度约10-50nm。
进一步的，软层碳膜103为高SP2杂化键的碳涂层，硬层碳膜104为高SP3杂化键的碳涂层。
进一步的，软层碳膜103和硬层碳膜104做为剃须刀的强化涂层，其厚度约50-150nm。
进一步的，金属涂层102是由真空离子镀制备而成，软层碳膜103和硬层碳膜104是由高功率脉冲离子束技术制备而成。
一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片的制备方法，包括如下步骤：
S1：清洗刀片：将剃须刀刀片依次使用70-90℃水浸泡5-10分钟，有机溶液超声清洗5-10分钟，水基清洗剂超声清洗5-10分钟，常温水冲洗，烘干备用；
S2：制备金属涂层：将清洗烘干后的剃须刀片固定于离子束复合真空设备的工件转架台中，剃须刀片运动状态为公转和自转，当真空达到1.5×10-3时，开始沉积金属Ti层。此时沉积条件为：弧源采用纯度99.9％的Ti靶，沉积弧流为60-130A，负偏压为-150V-350V，占空比为50％-100％，偏转电源为1-5A，沉积时间为5-15分钟，在剃须刀片表面均匀沉积一层金属Ti层，该金属层包含但不限于Ti、Cr、Pd等金属，弧源阴极为纯度99.9％的金属靶材；
S3：制备软层碳膜和硬层碳膜：利用高功率脉冲离子束技术，通过控制离子束能量制备软层碳膜和硬层碳膜，其中在设有一层Ti涂层的剃须刀片表面上沉积软层碳膜103和硬层碳膜104交替的碳纳米复合涂层。此时沉积真空条件为1.5×10-3Pa；弧源为纯度99.9％的C靶，其中软涂层高功率脉冲负偏压为3000-8000V，脉宽1-100μs，沉积弧流为70-130A，沉积时间为2-5分钟；硬涂层负压为50-400V，占空比为50％-100％，沉积时间为2-5分钟；软层碳膜103和硬层碳膜104交替1-5次；
S4：制备聚四氟乙烯润滑层：调配聚四氟乙烯溶液，喷涂在载有软层碳膜和硬层碳膜的剃须刀表面，经过300-400℃烧结20-50分钟，使聚四氟乙烯固化和定型后获得具有软层碳膜和硬层碳膜的剃须刀刀片。
根据上述步骤制备的一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片进行切纸寿命测试,，评估100次切断纸张所需切割值的变化，并且制作下表：
根据上表制作折线图，如图2所示，结果发现，一种软硬交替的碳纳米复合涂层的剃须刀片在50刀内切割值保持在11-14N波动，超过50次后，切割值不断增长，说明剃须刀片此时失效。同时，测试了无涂层处理的剃须刀片，其测试切纸不足十次，切割值已经超过14N后，并且失效，可见本发明提供的纳米多层结构设计最终实现增强刀片表面硬度，提高刀片耐磨性能，延长刀片的使用寿命的目的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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