专利名称：电动剃刀的耐磨不锈切削元件、电动剃刀和制造这种切削元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种由马氏体时效型或沉淀硬化不锈钢或奥氏体不锈钢制成的用于电动剃刀(也已知为添加剂(additive)型剃刀)中的切削元件，所述切削元件具有使用等离子体渗氮技术进行硬化的表面。本发明还涉及设有这种切削元件的电动剃刀和制造切削元件的方法。
自从出现Philips Coolskin添加剂型剃刀，一种可在有水的环境中使用的并且使用在工作过程中所释放出的添加剂的电动剃刀以来，已发现外部不锈钢切削元件显示出出乎预料的高磨损，从而导致顾客的投诉。因此，有必要提供一种更耐磨的刀片，也就是，由更硬材料制成的刀片。另一方面，所述刀片不应仅足够硬，同时也要非常耐腐蚀。常规剃刀的耐蚀性问题较轻，但是由于Coolskin Philipshave型剃刀的理念是刀片更多地与湿气接触，因此耐蚀性对于CoolskinPhilipshave型剃刀来说很重要。虽然以上特别对CoolskinPhilipshave型剃刀进行了说明，但是应该清楚其它类型的剃刀的切削元件的耐蚀性的改善也是有利的。当前，用于制造这些切削元件所使用的材料是马氏体时效型不锈钢。马氏体时效型不锈钢是一种具有良好耐蚀性但是具有中等耐磨性的钢。为增加硬度，使用常规热处理工艺使材料得到硬化。
非常耐蚀的钢在绝大多数情况下难于通过热处理进行硬化，并且具有较差的摩擦特性，结果是在上述添加剂型剃刀中使用时耐磨性不够。外部刀片的磨损不仅仅是由接触在剃刀头部内的移动(例如旋转或线性移动)刀片而产生的，而且是通过与皮肤和可以是非常硬，特别是残茬的毛发相接触产生的。
如专利文件US 5851313和DE 10039169中所述，硬度可通过等离子体渗氮处理而得到进一步提高。在这一方面，日本专利文件JP60162766也是相关的。该文件披露了为获得更好的耐久性和更小的滑动载荷，例如更佳的平滑度而进行的不锈钢和镍切削元件的渗氮处理。根据该日本专利文献，使用简单的方法所述刀片的外侧仅仅在一侧上得到硬化。
本发明的目的在于提供一种用于制造所有侧面既非常耐蚀又非常耐磨的切削元件的方法。
这一目的可通过由马氏体时效型或沉淀硬化不锈钢或奥氏体不锈钢制成的具有使用等离子体渗氮技术进行硬化的表面的用于电动剃刀中的切削元件所实现，其特征在于，所述切削元件通过在刀片的所有表面上进行等离子体渗氮而被硬化，并且等离子体渗氮硬化层包括由氮过饱和的钢制成的表面化合物顶层和在进行等离子体渗氮硬化前硬度在所述顶层的硬度和钢的硬度之间的邻接所述顶层的扩散层，所述表面化合物层优选具有至少为1300HV大小的硬度，并且在使用奥氏体不锈钢的情况下，硬度至少为1100HV。本发明所提供的解决方案是要对切削元件进行全面地等离子体渗氮，即在所有侧面上，事实上给整个刀片施加外部硬化材料层，使其所有可能产生磨损的侧面具有更好的耐磨性。存在该扩散层的优点在于它另外加强了基材并且有利于所述化合物层的承载性能。切削元件的意思是单独工作的刀片或与另一剃刀刀片协同工作的刀片。例如在具有内部旋转切削元件的剃刀中可发现协同工作的剃刀刀片的这种结构，所述内部旋转切削元件被具有固定位置的外部相反的切削元件(盖)所围绕。例如可在具有内部往复(例如，线性)移动的切削元件的剃刀中发现协同工作的剃刀刀片的另一种结构，所述内部往复移动的切削元件被具有固定位置的外部相反的切削元件(盖)所围绕。内部旋转移动元件和外部固定相反切削元件在本文中均表示切削元件。
在优选实施例中，切削元件具有厚度为5微米-25微米的硬化的过饱和顶层和厚度为5微米-20微米的扩散层。在另一优选实施例中，该硬化的过饱和顶层的硬度至少为1300HV，并且在使用奥氏体不锈钢的情况下，硬度至少为1100HV。切削元件可被设计用在干用型剃刀或被用于添加剂型剃刀，被用于旋转剃刀、往复剃刀或相对移动的其它类型的剃刀中。
本发明还涉及设置有所披露的切削元件的电动剃刀。这种剃刀在根据本发明所述的切削元件方面具有如上所述的优点。再一次应注意的是，根据本发明所述的电动剃刀不限于特定类型的电动剃刀；所有类型的电动剃刀都可设有所披露的切削元件。
本发明还涉及一种制造切削元件的方法，其特征在于，切削元件由马氏体时效型不锈钢制成，所述切削元件的所有侧面上都使用等离子体渗氮而得到硬化，所述顶层被硬化至硬度至少为1300HV。根据本发明所述的方法能够由未经硬化的(奥氏体)不锈钢制造剃刀元件，所述元件在后面的生产工艺中通过较硬的和耐磨的化合物顶层的向内生长而得到硬化，由此简化了制造工艺。所述未经硬化的不锈钢可相对容易地进行加工。在根据现有技术生产Coolskin型剃刀切削元件的工艺中所遇到的另一个问题是在现有技术中用于生产剃刀头部(例如直至现在还用于生产剃刀头部的Scandvik 1RK91马氏体时效型不锈钢)的可进行硬化的钢仅可从一个来源得到。从物流和商业观点角度说，这种所不希望的情况根据本发明现已得到解决，由于根据本发明所述的方法使得有可能使用到目前为止不合适(和相对便宜的)类型的钢生产根据本发明所述的切削元件。渗氮参数为温度300℃-500℃，处理时间5-40小时，渗氮压力250Pa-550Pa以及脉冲等离子工艺。
以下，结合附图对本发明进行详细描述，其中
图1是渗氮1RK91马氏体时效型不锈钢的显微照片；图2示出了NPR+硬化1RK91不锈钢的扩散曲线；图3是硬化片层的剖视图；图4是马氏体时效型不锈钢中片层的纵向部分的示意图；图5是奥氏体不锈钢中片层的纵向部分的示意图；和图6是片层部分的示意图，图中示出了化合物层和扩散区。
本发明提供一种通过使马氏体时效型不锈钢硬化而制造切削元件的方法，所述方法在于对生产出的切削元件进行等离子体渗氮，使得刀片的整个表面包含过饱和钢的化合物层，在所述化合物层下面存在扩散层，在所述扩散层中，所述化合物层的氮已扩散进入钢中，形成硬度梯度。根据本发明制造出来的切削元件的硬度值与现有技术相比特别高，约为1500HV。
除马氏体时效型不锈钢之外，马氏体时效型奥氏体钢也适用于制造根据本发明所述的剃刀头部。实际上，由于与马氏体钢相比具有更好的耐蚀性，所以奥氏体不锈钢是优选的，它也可以广泛地得到。通过进行等离子体渗氮，奥氏体不锈钢可具有足够的耐磨性，并且若渗氮温度保持低于450℃，则奥氏体钢的耐蚀性不会受到不利影响。
在渗氮过程中，氮从外部向内渗入并扩散进入基材。在所谓的化合物层中，硬度是非常均匀的并且所述金属结构是氮过饱和的。该层的厚度取决于渗氮过程的持续时间。在该层之下是扩散层，其中氮扩散进入基材，基材的硬度随深度而减小。图1和图2中示出了这一现象。
根据本发明所述，马氏体时效型钢和沉淀硬化不锈钢可在进行等离子体渗氮之前或在进行等离子体渗氮的同时进行沉淀硬化步骤。
如图6所示，在根据本发明所述的剃刀头部的片层中的扩散区近乎接合或重叠。外表面的硬度取决于所使用的材料。图4示出了化合物层硬度为1500HV，扩散层的平均硬度为500HV。对于奥氏体不锈钢来说，该数据分别为1400HV-1600HV和200HV以上，如图5所示。这些数值在现有技术条件下是不寻常的和至今未公知的。由于在化合物层下面的扩散区近乎接合或重叠，因此所述片层的机械强度显著增大。金属的硬化常常是以韧性为代价的。换句话说，金属变得更脆。若刀片均匀硬化至1500HV，那么刀片将变得非常脆，由此易于突然折断。使用根据本发明所述的工艺可克服该缺点。
如图3所示，图中示出了经过等离子体渗氮处理的片层的剖面，该化合物层实际上以均匀的方式覆盖整个表面，确保所有侧面上都具有足够的耐磨性。虽然美国专利647280中说明当对复杂形状工件进行等离子体渗氮处理时，难于获得均匀的硬化材料层(基于此，建议使用两步渗氮工艺)，本生产工艺不存在这一问题。如图3所示的剖视图可见，获得了具有均匀厚度的渗氮层。
在进行渗氮工艺前，马氏体时效型和沉淀硬化钢必须首先通过时效热处理进行硬化。由于根据本发明所述，这一步在相同温度下进行，因此这一步可有选择地与渗氮工艺相结合。在此所使用的等离子体渗氮工艺是已公知的技术。
优选实施例为了更好地解释本发明，以下给出了两个实例，其中分别使用马氏体时效型不锈钢和奥氏体不锈钢。这些实例为严格地非限制性的，可以使用任何类型的具有相适应性质的钢。
实例1
根据本发明的剃刀头部是由1RK91马氏体时效型钢制成的。
在制造出以后，该切削元件在375℃475Pa氮气压力条件下被保持在脉冲氮化炉中20小时，在这一过程中进行渗氮。当片层的平均厚度为约70微米时，导致化合物层为约10-20微米厚。如图6中示意性示出，扩散区刚好相接触。在1RK91钢的情况下，在化合物层外侧上最初500HV大小的硬度已增大至1500HV。同时，化合物层中的杨氏模量增加了23％，从177GPa增大至217GPa。
实例2本实例与实例1相类似，但是使用了AISI 316奥氏体钢。所选定的温度为425℃。得到的硬度从片层中心的最初200HV至其外表面处的1400HV。
因此，示出通过等离子体渗氮可对多种钢进行硬化，以获得约1500HV大小的所需硬度。在每一种情况下，耐蚀性不会受到不利影响。
根据本发明所述的方法还可明显地应用在高摩擦和腐蚀性条件下使用的其它装置中，例如但不限于，剃刀、旋转刀具、切削工具、某些汽车部件等。
权利要求
1.一种由马氏体时效型或沉淀硬化不锈钢制成的具有使用等离子体渗氮技术进行硬化的表面的在电动剃刀中所使用的切削元件，其特征在于，所述切削元件通过等离子体渗氮而使刀片的所有表面得到硬化，并且等离子体渗氮硬化层包括由氮过饱和的钢制成的表面顶层和在通过等离子体渗氮进行硬化前硬度在所述顶层的硬度和钢的硬度之间的邻接所述顶层的扩散层。
2.根据权利要求1所述的切削元件，其特征在于，所述硬化的过饱和顶层的厚度范围为5微米-25微米。
3.根据权利要求1或2所述的切削元件，其特征在于，所述扩散层的厚度范围为5微米-20微米。
4.根据前述权利要求中任一项所述的切削元件，其特征在于，所述硬化的过饱和顶层的硬度至少为1300HV。
5.根据前述权利要求中任一项所述的切削元件，其特征在于，所述切削元件被设计用在干用型剃刀中。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的切削元件，其特征在于，所述切削元件被设计用在添加剂型的剃刀中。
7.一种包括根据权利要求1-6中任一项所述的切削元件的至少一个的电动剃刀。
8.一种制造切削元件的方法，其特征在于，切削元件由奥氏体不锈钢制成，通过等离子体渗氮使所述切削元件的所有表面得到硬化，使顶层的硬度至少为1100HV。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述切削元件已由马氏体时效型不锈钢或沉淀硬化不锈钢制成之后，所述切削元件在进行等离子体渗氮前或在进行等离子体渗氮的同时得到沉淀硬化。
全文摘要
公开了一种在电动剃刀中使用的切削元件。所述元件由马氏体时效型或沉淀硬化不锈钢制成，并具有使用等离子体渗氮技术进行硬化的表面。所述切削元件在刀片的所有表面上得到等离子体渗氮硬化，并且所述等离子体渗氮硬化层包括由氮过饱和的钢制成的表面顶层和在进行等离子体渗氮前硬度在所述顶层的硬度和钢的硬度之间的邻接所述顶层的扩散层。同时，还公开了一种包括至少一个上述切削元件的电动剃刀以及一种生产切削元件的方法。
文档编号B26B19/00GK1675397SQ03818624
公开日2005年9月28日 申请日期2003年7月22日 优先权日2002年8月2日
发明者H·S·布拉奥, H·德比尤斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司