马氏体时效型钢的等离子渗氮、电动剃须刀的剃刀盖、用该钢制造的切削器具以及一种电动剃须刀

摘要

本发明涉及一种对可沉淀硬化的不锈钢或马氏体时效型不锈钢进行等离子渗氮的方法。本发明还涉及一种用于电动剃须刀的剃须刀盖。本发明还涉及一种切削器具。本发明进一步涉及一种包含至少一种这样的切削器具的电动剃须刀。

说明书

本发明涉及一种可沉淀硬化的不锈钢或马氏体时效处理不锈钢的等离子渗氮的方法。本发明还涉及一种剃须刀盖和一种切削器具。本发明进一步涉及一种电动剃须刀。

多年以来，马氏体时效型钢一直被用于工业中必须使用硬化钢的应用场合。旧有的硬化钢的诸多方法，有些可追溯到数千年前，例如加热并淬火，已经被更先进的方法所代替，例如等离子渗氮，其中氮被包含在金属的结构中。金属结构的这一改变在钢制件的外表面产生了一薄层硬化的金属，使之耐磨性大大提高。

不锈钢被赋予许多有用的品质，它们在各个领域获得了广泛的应用。然而，硬度不是不锈钢特别的优点。由于一些不希望的反应，不锈钢的硬化受到折衷处理，这些反应确实能够使钢更硬，但却降低其耐腐蚀性。

到目前为止，马氏体时效型钢多被用于硬度作为首要因素的场合，但马氏体时效型钢的耐腐蚀性留下了改进的空间。已证明最近的一个硬度和耐腐蚀性之间的两难选择的例子是CoolskinPhilishave。这是一种可用来湿刮的电动剃须刀，被研制用来将使用剃刀湿刮的优点和电动剃须刀的安全特性结合。该剃须刀使用具有用非常薄的钢片制成的外部刀片的剃刀头。从Coolskin Philishave问世起就有一个外部刀片磨损过快的问题。由于所需的硬度，这种刀片用马氏体时效型钢制造以满足对足够硬的不锈钢的替代品的需求，但已证明这仍然是不够硬的耐磨层。同时显然还需要耐腐蚀性的改进，并且虽然上面特别提到的是关于Coolskin Philishave型的剃须刀，显然改善另一类型的剃须刀的切削元件的耐腐蚀性也是有利的。

根据所述工艺的现有状态进一步硬化马氏体时效型钢具有硬度确实可增高，但韧性会相应降低的缺点。换言之，硬化的钢变脆，使之不适于特定的目的。可以设想，这一问题在，例如，滚球轴承中不太敏感，因其中的硬化表面比剃须刀刀片难变形，该剃须刀刀片很薄(在70μm的数量级)且易变形。硬度的增高损害马氏体时效型钢的耐腐蚀性。

钢以不同的结晶状态存在，换言之，原子可以按不同的结构排列。加入其他元素也可以改变钢的原子结构，并因此改变其性质。不锈钢，例如，是一种具有高达18％的铬和约11％的镍的钢的合金，赋予这种钢其不生锈的耐腐蚀性能。由于其中含有碳，钢本身比纯铁硬。本发明所感兴趣的钢的主要状态是马氏体和奥氏体。其中，奥氏体是较软的、更易变形的状态。一般地可以说构件用奥氏体状态的金属成形，并随后通过加热硬化而将金属至少部分地转变为马氏体状态。传统上钢被淬火，也就是说，快速冷却下来，以在较低温度保持马氏体状态。另一广泛应用的方法是沉淀硬化。

在本领域针对改善某些不锈钢和非不锈的马氏体时效型钢的硬度的问题已经提出了几种解决方案。欧洲专利EP1008659公开了一种用特定类型的马氏体硬化钢制造钢板方法。所公开的方法教导时效硬化温度必须保持在奥氏体/马氏体转变温度以下，并且表面硬化也在奥氏体/马氏体转变温度以下的温度实现。本领域公知的方法的一个缺陷是该方法只适用于不耐腐蚀的铁-镍-钴马氏体时效型钢。

本发明的目的在于提供一种具有很高的硬度和很好的耐腐蚀性，同时保持足够的抗拉强度的钢。

为达到此目的，本发明提供一种对可沉淀硬化的钢或马氏体时效型钢进行等离子渗氮的方法，其特征在于该马氏体时效型钢是一种不锈的马氏体时效型钢，且该等离子渗氮在低于500℃的温度下进行。根据本发明的方法可以达到的最终硬度超过1400HV。与基质材料相比，化合物层的杨氏模量也提高20％到25％。根据本发明的方法可以被用于已经硬化的马氏体时效型钢和可沉淀硬化的不锈钢，或对该钢同时进行沉淀硬化和等离子渗氮。尽管现有技术公开了一种生产钢板的方法，本发明可以被用于各种产品的生产，特别是尺寸精确的产品。这些产品可以在应用根据本发明的方法之前被制成所需要的尺寸，提供了如下优点：同样小的机械零件，例如剃须刀头或切削工具的零件，可以被制成很硬，耐腐蚀性很好，且具有足够的韧性的元件。

欧洲专利EP1094127提出在450-530℃的温度对马氏体时效型钢进行等离子渗氮。这一温度范围与取决于钢的组成的马氏体和奥氏体间的转变温度相对应。在这一温度，钢可以通过沉淀硬化而硬化。然而该文献未提及该工艺还可以被有用地用于不锈钢。美国专利US6033496描述了沉淀硬化和等离子渗氮的结合，其中指出两个过程同时进行。美国专利US5953966教导了在低于奥氏体/马氏体转变温度的温度进行等离子渗氮。该文献涉及螺丝刀头，其获得的硬度高达3000HV。它并未教导该方法用于不锈钢。美国专利US5503687教导了在1000-1200℃的温度对不锈钢应用溶解渗氮(solution-nitriding)。最后，美国专利US6007871教导了在500℃对含铬钢应用等离子渗氮，但将该工艺与添加一氮化钛层结合以进一步硬化。

根据现有技术的方法对精细零件，例如上述剃须刀片的生产呈现几个问题。高温处理会导致该产品的空间扭曲。而且铬化合物，特别是氮化铬的形成对耐腐蚀性有不利影响。但是，最重要的是，对不锈钢提出的方法都不能产生足够的硬度。

优选地，等离子渗氮与沉淀硬化同时进行，或在沉淀硬化之后进行。氮化和沉淀硬化的结合显然得到了一种不太复杂的工艺路线。

根据所涉及的材料的组成，进行等离子渗氮和沉淀硬化的温度范围为300℃-500℃，优选370-380℃，更优选375℃，但决不超过500℃。根据本发明的等离子渗氮方法的持续时间取决于硬化层的所需厚度和所用的温度。例如，在500℃等离子渗氮2h得到22μm的层厚，在450℃等离子渗氮5h得到17μm的层厚，且在375℃等离子渗氮20h得到8μm的层厚。根据本发明的等离子渗氮还可以根据工艺的状态进行，并使用脉冲等离子方式且用氮气作氮源。所得到的硬度可高达1500HV，一个按现有技术，特别是美国专利US6007871看来了不起的值。

根据本发明的方法可以被用于生产任何被要求同时具有很好的耐腐蚀性和耐磨性的钢构件。根据本发明的方法特别适用于薄和/或形状复杂的构件和要求高抗拉强度的构件。这样的构件的例子有剃须刀片、剃刀、切削工具、旋转刀，如厨房设备中用的，汽车零件，以及许多其他构件。

本发明还涉及一种由马氏体时效处理或可沉淀硬化的不锈钢制成的电动剃须刀的剃刀盖，其特征在于该马氏体时效型钢或不锈钢剃刀盖是在500℃以下的温度进行等离子渗氮的。所述不锈钢的优点已在上文描述。根据本发明的剃刀盖不局限于用于某种特定类型的电动剃须刀盖，所有类型的电动剃须刀都可以被提供根据本发明的盖。

本发明还涉及一种由马氏体时效处理或可沉淀硬化的不锈钢制成的切削器具，其特征在于该马氏体时效型钢或不锈钢是在500℃以下的温度进行等离子渗氮的。切削器具或切削元件是指一种单独操作的切削刀片或与其他切削刀片一起工作的切削刀片。这种一起工作的切削刀片的结构可以在，例如，一种具有由一个具有固定位置的外部相对切削元件(盖)环绕的内部运动(例如旋转或往复线性运动)的切削元件的剃须刀中发现。所述的内部旋转切削元件和外部固定相对切削元件在本申请中都称为切削元件。

本发明进一步涉及包含至少一个这样的切削元件的电动剃须刀。

本发明将通过以下给出的几个非限制性的实施例进一步说明。

实施例1

将Sandvik 1RK91马氏体时效处理的不锈钢进行等离子渗氮和时效结合的一步处理以制造根据本发明的剃须刀盖。

剃须刀头用带材冲压而成，且通过热处理使其显微结构70％转变成硬度为300HV的马氏体。该剃须刀头被加工成其最终的具有槽和孔的形状。然后将该剃须刀头在一个375℃，氮气压力为300-475Pa的脉冲等离子渗氮炉中处理20小时。在该剃须刀头被氮化的同时发生沉淀硬化(老化(ageing))。在约70μm的平均片层厚度中得到10-20μm的化合物层。这在图1的硬化层的截面图中示出。在被化合物层包围的其余基体材料中，硬度通过沉淀硬化(老化)升高到500HV。由于沉淀硬化(老化)和氮化的共同作用，化合物层硬度达到1500HV。

实施例2

将Sandvik 1RK91马氏体时效处理的不锈钢或Carpenter Custom465马氏体时效处理的不锈钢进行等离子渗氮和时效结合的一步处理以制造本发明的切削器具。

用最初显微结构中含有约80％马氏体，硬度为325HV以上的0.3mm厚冷轧带材冲压并形成一种旋转剃须切削器。通过电火花侵蚀将该切削器的腿整平并使之锋利。然后将该剃须刀头在一个375℃，氮气压力为300-475Pa的脉冲等离子渗氮炉中处理20小时。在该旋转切削剃须刀头被氮化的同时发生沉淀硬化(老化)。10-20μm的化合物层形成了切削器的整个表面。在被化合物层包围的其余基体材料中，硬度通过沉淀硬化(老化)升高到500HV或更高。通过沉淀硬化(老化)和氮化的共同作用，化合物层硬度达到1500HV。