具体实施方式

在下文中，将给出本公开的具体实施方式。本公开的说明书和权利要求书中所用的术语或词语不应限制性地理解为仅具有共同语言或词典含义，而是除非在以下描述中另外具体定义，否则应解释为具有如相关技术领域中所确定的其普通技术含义。具体实施方式将参考更好地说明本公开的具体实施例和图式，但应理解，所呈现的公开内容不限于这些具体实施例和图式。从提供为非限制性实例的本公开的一些实施例和附图的以下描述，将容易地看出本公开的特征和优点。

在一个方面，本公开涉及一种用于手持式剃刀的剃刀刀片。剃刀刀片主要由不锈钢基板构成，所述基板已经历研磨以在基板中形成边缘。更具体地说，基板经塑形以使得其终止于基板边缘部分,所述基板边缘部分具有朝向基板边缘汇聚的基板侧面。

图1展示基板边缘部分10的示例性表示。基板边缘部分10具有连续锥形几何形状，其中两个基板侧面10a、10b朝向基板边缘10c汇聚。基板边缘部分10的横截面形状的连续锥形几何形状可以是直的、成角度的、拱形的或其任何组合。此外，横截面形状可以相对于中心纵向轴线对称或不对称。图1展示基板边缘部分10的示例性横截面形状，该横截面形状关于中心纵向轴线(未展示)对称并且以线性方式朝着基板边缘10c连续地锥形化。

根据本公开，至少基板边缘10c具备包含元素钛、硼和碳的硬涂层11。当提及具备硬涂层11的基板边缘10c时，应理解，这种提及不仅提及基板主体的严格的几何边缘，而且还提及其进行切割操作的边缘。因此，术语基板边缘10c也旨在涵盖基板侧面10a、10b与基板边缘部分10的严格几何边缘紧邻的那些部分。在示例性实施例中，形成基板边缘10c的区域沿着基板边缘部分10的中心纵向轴线延伸远离基板边缘部分的严格几何边缘以下距离：5μm或更小、10μm或更小、15μm或更小、25μm或更小、50μm或更小、75μm或更小、100μm或更小、125μm或更小、150μm或更小、175μm或更小或200μm或更小。

如在图1中示意性地展示，硬涂层11不仅可设置于基板边缘10c上，而且另外还可设置于基板边缘部分10的基板侧面10a、10b上。可以有意地将硬涂层11延伸到基板侧面10a、10b(或超出)以提高剃刀刀片的性能，或者其可以是所采用的涂布技术的副产品。硬涂层11可通常遵循底层基板边缘部分10的表面和轮廓。因此，如图1所示，硬涂层11可以形成道刀片边缘11c。然而，不需要硬涂层11本身是均匀的，例如具有均匀的厚度和/或组成。

硬涂层11包含元素钛、硼和碳。当提及元素钛、硼和碳时，应理解这些元素可以任何形式存在，例如以其元素形式存在或化学键合于金属间相中，特别是在硼化物或碳化物中。当涉及硬涂层时，应理解，这样的涂层可以比经过涂布的基板部分硬和/或与未涂布的基板部分相比，经过涂布的基板部分可以整体上硬化。出于本公开的目的，可将包含元素钛、硼和碳的任何涂层视为硬涂层11。然而，还可能通过使用纳米压痕仪来确定硬涂层11或硬涂层涂布的基板的硬度，如实例中更详细描述。

确定硬涂层11中元素钛、硼和碳的存在的方法不受特别限制。例如，可以使用各种常见的表面分析方法(例如X射线光电子能谱(XPS)，俄歇电子能谱(Auger ElectronSpectroscopy；AES))通过对刀片边缘进行化学分析来检测这些元素，所述方法可以分别提供有关这些元素的定量和定性信息。图2a至2c展示含有钛、硼和碳的硬涂层11的XPS测量的示例性结果。如图2a所示，可以通过测量在约454eV处的钛2p XPS峰的存在来确定钛的存在。如图2b所示，可以通过测量在约188eV处的硼1s XPS峰的存在来确定硼的存在。如图2c所示，可以通过测量在约283eV处的碳1s XPS峰的存在来确定碳的存在。当然，也可以使用其它特征XPS峰。

剃刀刀片的基板可包含不锈钢。不锈钢的选择不受特别限制。尤其合适的不锈钢可包含铁作为主要合金元素，并且包含按重量计0.3到0.9重量％碳，确切地说0.49到0.75重量％碳；10％到18重量％铬，确切地说12.7到14.5重量％铬；0.3到1.4重量％锰，确切地说0.45到1.05重量％锰；0.1％到0.8％硅，确切地说0.20到0.65重量％硅；和0.6重量％到2.0重量％钼，确切地说0.85重量％到1.50重量％钼。在一些实施例中，不锈钢可基本上由上述元素组成，并且确切地说，可不含有超过3重量％，确切地说2重量％的其它元素。

在一些实施例中，例如如图1所示，硬涂层11可以直接设置于基板边缘部分10上。在一些实施例中，硬涂层11可沉积于基板边缘部分10上。

在一些实施例中，剃刀刀片进一步包含粘着促进涂层可能是有利的，以促进将硬涂层11牢固地附接到基板边缘部分。确切地说，在一些实施例中，粘着促进涂层至少沉积于所述基板边缘10c上以提供第一经过涂布的基板边缘，并且包含元素钛、硼和碳的所述硬涂层11至少沉积于所述第一经过涂布的基板边缘上。

图3中展示包含粘着促进涂层的示例性实施例。图3展示基板边缘部分20的示例性表示。包括基板边缘本身的基板边缘部分20涂布有粘着促进涂层22。然后用硬涂层21涂布粘着促进涂层22。粘着促进涂层22不仅可设置于基板边缘10c上，而且另外还可设置于基板边缘部分10的基板侧面10a、10b上。

粘着促进涂层22的类型不受特定限制。在一些实施例中，粘着促进第一涂层22可包含至少70at％，更具体地说至少80at％，并且确切地说至少90at％Ti、Cr或TiC。

在一些实施例中，粘着促进涂层22的厚度可在10与100nm之间，更具体地说在10与50nm之间，并且确切地说在10与35nm之间。

在一些实施例中，硬涂层11、21可包含碳化钛和硼化钛。在一些实施例中，硬涂层11、21可进一步包含碳化硼。当通过诸如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和相关技术的薄膜沉积技术沉积元素钛、硼和碳时，通常会形成这种碳化物和硼化物。在一些实施例中，硬涂层11、21可包含基于TiB₂的基质，并且碳分散于所述基质内。在一些实施例中，分散的碳可分别与钛和硼形成局部键。在一些实施例中，分散的碳可不分别与钛和硼形成局部键。

虽然硬涂层11、21可主要包含元素钛、硼和碳化物，但应理解硬涂层11、21还可含有其它元素。其它元素可以杂质形式存在，可能是由于元素从刀片基板进入而引起的，或者有意添加以微调某些特性。在一些实施例中，硬涂层11、21可包含至少70at％，更具体地说至少80at％，并且确切地说至少90at％元素钛、硼和碳。确切地说，硬涂层11、21可包含介于90at％与100at％之间的元素钛、硼和碳。更具体地说，硬涂层11、21可包含至少95at％元素钛、硼和碳。因此，硬涂层11、21可包含介于95at％与100at％之间的元素钛、硼和碳。更具体地说，在一些实施例中，硬涂层可主要由元素钛、硼和碳组成。在其它实施例中，其它元素可作为杂质存在，并且确切地说，其可以痕量的形式存在。

在一些实施例中，硬涂层11、21可进一步包含润滑相，例如二硫化钼(MoS₂)。这些涂层添加剂可提供较低的摩擦系数，并且可与硬涂层11、21一起共溅射。以此方式，可将润滑相设置于整个涂层体积中，减小摩擦系数并且甚至在初始表面磨损之后将剃刀刀片的硬度维持在较高水平。另外，与带有相同涂层但没有润滑相的剃刀刀片所产生的切割力相比，带有多相涂层的剃刀刀片所产生的切割力可以在剃须期间减小。

虽然包含钛，硼和碳的硬涂层11、21通常由于硬度、抑制断裂起始和扩展的断裂韧性以及抑制断裂扩展的抗压应力性的非常合适的组合而具有改良的耐磨性，但本发明人还令人惊讶地发现适当调节钛、硼和碳的原子比可进一步改良剃刀刀片的耐磨性。

因此，在一些实施例中，硼与钛之间的原子比可以在2.3:1与1.2:1之间。测定原子比的方法不受特定限制，并且例如可以通过能量分散X射线(EDX)、X射线光电子光谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、X射线荧光(XRF)和二次离子质谱(SIMS)进行。在一些实施例中，硼与钛之间的原子比在2.3与1.2:1之间，更具体地说在2.1与1.4:1之间，并且确切地说在2.0与1.5:1之间可能是有利的。

在一些实施例中，硬涂层11、21可包含介于t 2与25at％之间的碳。测定涂层中碳量的方法不受特别限制，并且可以通过与上文对于硼和钛之间的原子比概述的相同方法来进行。在一些实施例中，可能有利的是，硬涂层11、21包含介于4与18at％之间的碳，更具体地说介于4.5与14at％之间的碳，并且确切地说介于5与9at％之间的碳。

在一些实施例中，可能有利的是，硬涂层11、21中的硼与钛之间的原子比在2.1与1.4:1之间，并且硬涂层11、21包含介于4与18at％之间的碳。

在一些实施例中，可能有利的是，硬涂层11、21中的硼和钛之间的原子比在2.1和1.4:1之间，并且硬涂层11、21包含4.5与14at％之间的碳，并且确切地说在5与9at％之间的碳。

在一些实施例中，可能有利的是，硬涂层11、21中的硼与钛之间的原子比在1.9与1.4:1之间，并且确切地说在2.0与1.5:1之间，并且硬涂层11、21包含介于4与18at％之间的碳。

在一些实施例中，可能有利的是，硬涂层11、21中的硼和钛之间的原子比在1.9和1.4:1之间，并且确切地说在2.0和1.5:1之间；硬涂层11、21包含4.5和14at％的碳，并且确切地说5与9at％之间的碳；并且硬涂层11、21包含至少70at％，更具体地说至少80at％，并且确切地说至少90at％的元素钛、硼和碳。

适于沉积硬涂层11、21的沉积方法允许硬涂层11、21的多种设计。因此，在一些实施例中，硬涂层11、21可以由包含钛、硼和碳的单层构成。在一些实施例中，硬涂层11、21可由复数个子层构成，其中第一组子层包含钛和硼，并且第二组子层包含钛和碳。在一些实施例中，多个子层可形成包含碳化钛的层和包含硼化钛的层的交替布置。在一些实施例中，多个子层可包含介于3与20个之间的子层，更具体地说介于4与15个之间的子层，并且确切地说介于6与12个之间的子层。在一些实施例中，包含碳化钛的子层可具有1至4nm，确切地说2至3nm的厚度，并且包含硼化钛的子层可具有0.5至2nm，确切地说0.8至1.3nm的厚度。

在一些实施例中，硬涂层11、21的厚度可以在10与500nm之间，更具体地说在50与300nm之间，并且确切地说在80与250nm之间。

在一些实施例中，硬涂层11、21与粘着促进涂层22之间的厚度比可在20:1到5:1之间，更具体地说在14:1到6:1之间，并且确切地说在12:1到8:1之间。

剃刀刀片可进一步包含其它涂层。在一个实施例中，剃刀刀片进一步包含设置于硬涂层11、21上的外层。外层可为润滑层，其可包含含氟聚合物，确切地说聚四氟乙烯(PTFE)。将润滑层用于减少剃须期间的摩擦。在其它实施例中，也可以施用其它亲水性涂层，例如基于硅的润滑剂，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或包含聚乙二醇(PEG)的润滑涂层，以提供润滑效果。在另一个实施例中，剃刀刀片进一步包含设置于硬涂层16上的含铬顶涂层。在使用含铬的顶涂层和润滑层两者的情况下，在含铬的顶涂层上设置润滑层，而在硬涂层11、21上设置含铬的顶涂层。

如上文所解释，归因于硬度、断裂韧度和抗压应力性的极其合适的组合的改良的耐磨性使得硬涂层11、21尤其适合于相对较薄的刀片边缘设计。因此，在一些实施例中，剃刀刀片边缘部分的横截面具有终止于刀片尖端的基本上对称的锥形几何形状，其中所述横截面具有源自所述刀片尖端的中心纵向轴线，并且其中在沿着所述中心纵向轴线距所述刀片尖端5μm距离处量测，所述刀片边缘部分的厚度在1.5μm与2.4μm之间，确切地说为1.57至2.35μm。在一些实施例中，在沿着中心纵向轴线距刀片尖端20μm距离处量测，刀片的边缘部分的厚度在4.6μm与6.8μm之间，确切地说4.62至6.74μm。在一些实施例中，在沿着中心纵向轴线距刀片尖端50μm距离处量测，刀片的边缘部分的厚度在10.3μm与14.4μm之间，确切地说10.32至14.35μm。在一些实施例中，在沿着中心纵向轴线距刀片尖端100μm距离处量测，刀片的边缘部分的厚度在19.8μm与27.6μm之间，确切地说19.82至27.52μm。

可以通过任何合适的方式来制造上述剃刀刀片。更具体地说，刀片基板的制备和研磨可通过任何合适的方式进行，例如如US 2017/136641A1中所公开，其以全文引用的方式并入。

涂层也可通过任何合适的方式施用。可分别使用诸如物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)的薄膜沉积技术来沉积硬涂层16和粘着促进涂层18两者。确切地说，在PVD技术家族中，在Ar气氛中使用烧结的TiBC靶可采用DC溅射、RF溅射、封闭磁场非平衡磁控溅射(CFUMS)、离子束溅射、阴极电弧沉积和大功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)。还可能通过在Ar气氛或TiB₂中共溅射TiB₂和TiC烧结靶和Ar气氛中的C靶来提供硬涂层16。硬涂层16也可以在Ar/CH₄气氛中使用TiB₂涂层沉积。用于生产硬涂层16的CVD技术的实例包括使用前驱体的低压CVD(LPCVD)、常压CVD(APCVD)、原子层沉积(ALD)和金属有机CVD(MOCVD)。在US 2018/215056 A1和US 10,442,098 B2中描述了示例性沉积工艺，其两者以全文引用的方式并入。在一些情况下，在工业量产环境中，可为经选择用于沉积硬涂层11、21的方法可将一些统计变化性引入到硬涂层11、21的化学组成。因此，在一些实施例中，可能有利的是本说明书中其它地方所指示的原子百分比和比率是指从多次测量测定的平均值，例如，5次测量的平均值。

例如润滑涂层的外涂层也可以通过任何合适的方式施用。制造方法是技术人员众所周知的。

在另一方面中，本公开针对一种包含一个或多个如上文各方面所述的剃刀刀片的剃刀架。

在下文中，将更详细地描述根据本公开的第一方面制备剃刀刀片涂层的示例性方法：

在将刀片卡销装载到沉积腔室的旋转固定装置上之后，将腔室抽真空至10^-5托的基础压力。然后将Ar气体插入腔室中，压力高达8毫托(8×10^-3托)。刀片卡销的旋转以6rpm的恒定速度开始，并且靶在0.2安培的DC电流控制下操作。将200-600V的DC电压施加在不锈钢刀片上4分钟，以便进行溅射蚀刻步骤。在另一实施例中，将100-600V的脉冲DC电压施加在不锈钢刀片上4分钟，以便进行溅射蚀刻步骤。

随后，在溅射蚀刻步骤结束之后，沉积粘着促进夹层，将腔室压力调节至3毫托。夹层靶在3-10安培的DC电流控制下操作，同时在旋转刀片上施加0-100V的DC电压。调节沉积时间，在沉积硬涂层之前沉积5-50nm的夹层。在另一实施例中，可在夹层沉积期间施加0-100V的脉冲DC电压。

在沉积夹层之后，将TiBC化合物膜沉积在其顶部上形成硬涂层。TiB₂和C靶同时操作。可以通过将C靶电流从例如1安培改变为7安培，同时保持TiB₂靶电流恒定来控制沉积的C的相对量。在沉积过程中，在旋转刀片上施加0-600V的DC偏压电压。

最后，在硬涂层的顶部，在Cr靶上以3安培的电流和0-450V的偏压电压可沉积Cr顶层。

如上文所解释，在一些实施例中，硬涂层11、21中的任一者或粘着促进涂层22不仅可设置于基板边缘10c上，而且另外还可设置于基板边缘部分10的基板侧面10a、10b上。

实例

按照以上概述的制造程序，将各种组成的TiBC硬涂层(实例1至5)沉积于不锈钢刀片基板上。可以通过改变C靶电流，同时保持TiB₂靶电流恒定来改变TiBC硬涂层的相对组成。所有其它参数和条件保持不变。在沉积过程中，在旋转刀片上施加0-600V的DC偏压电压。通过XPS分析获得的硬涂层的所得化学组成。结果如下表1所示：

表1：

因此，调节C靶电流产生包含以下C浓度的共溅射TiB₂/C硬涂层：

表2：

对使用上述工艺参数获得的TiBC硬涂层的代表性样品进行了纳米压痕测试。简而言之，进行纳米压痕测试的步骤如下：在纳米压痕过程中，将已知其特性(机械特性、几何形状、尖端半径等)的硬质尖端穿透待分析的硬涂层样品。在当前情况下，将Berkovich尖端用于压痕测试。压头尖端施加的载荷随着尖端进一步穿入到样品中而增加，直到达到50-100nm的穿透深度为止。此时，负载保持恒定持续一段时间，然后卸下压头。测量样品中残留压痕的面积。硬度H为，定义为最大负载P_max除以残留压痕面积A：

获得了以下结果：

表3：

如从上表3可见，包含Ti和B的硬涂层提供15.13GPa的硬度(比较实例)。如果碳分散于TiB₂基质中，那么硬度在所有情况下改良(比较实例相对于实例1到5)。此外，令人惊讶地发现，硬度不随分散于TiB₂基质中的碳量线性变化，而是在特定的C浓度下具有最佳值(实例2、3和4)。

此外，评估了涂布有TiBC硬涂层的剃刀刀片的刀片边缘劣化。确切地说，与针对具有TiBC硬涂层的最佳实例3和实例4所述制备的剃刀刀片相比，如针对比较实例所述制备的剃刀刀片具有常规TiB₂硬涂层。如下进行评估：

使用测力计在移动毡上对每个样品批次中的10个刀片进行20个连续切割，以测量切割操作中刀片上的负载。已发现，最后第20次切割经TiBC涂布的刀片的负载范围至少等于具有比较TiB₂硬涂层的刀片的负载。这表明具有TiBC涂层的刀片在切割操作中保持了其切割能力(即形状和完整性)。另外，借助光学显微镜评估了在上述测试过程中切割20次后对刀片边缘造成的损坏。根据缺失材料的面积(即已破碎并从边缘去除的材料)来量化叶片边缘的损坏。结果报告于下表4中。

表4：

与具有比较实例的TiB₂涂层的刀片相比，实例3和实例4的经TiBC涂布的刀片展现缺失材料面积的至多50％减少。同样，刀片边缘的缺失长度得到了显著改良。以上表明，用TiBC涂层涂布剃刀边缘可以改良在使用期间的耐磨性和抗劣化性。

尽管已经出于说明性目的公开了本公开的实施例，但是所属领域的技术人员将理解，各种修改和更改是可能的。还应理解，这类修改和更改被并入本公开和所附权利要求书的范围内。