一种剃须刀片超薄碳膜层材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种剃须刀片超薄碳膜层材料及其制备方法，属于膜层材料制备技术领域。所述膜层材料为五层复合结构，基体层为剃须刀片韧部，中间过渡层依次为金属打底层、金属掺杂类金刚石膜层和类金刚石膜层，表层为聚四氟乙烯涂层；其中，金属打底层和金属掺杂类金刚石膜层为以金属靶为阴极，利用磁过滤在基体上沉积而得；类金刚石膜层为以碳靶为阴极，利用磁过滤在金属掺杂类金刚石膜层上沉积制得；而聚四氟乙烯涂层则利用热喷涂技术在DLC外层喷涂聚四氟乙烯得到。本发明专利技术选用磁过滤沉积制备超薄碳膜层材料，以提高碳膜和基体的结合强度及膜层硬度，不仅制备工艺简便，而且所述剃须刀片超薄碳膜具有结构致密、使用寿命长的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种剃须刀片超薄碳膜层材料及其制备方法
本专利技术属于膜层材料制备
，公开了一种剃须刀片超薄碳膜层材料，并涉及所述剃须刀片超薄碳膜层材料的制备方法，即一种剃须刀片沉积超薄碳膜的方法。
技术介绍
剃须刀作为现代人的日常生活用品，其主要性能要求为舒服且寿命长。自从1903年美国K.L吉禾U(Gillette)专利技术了保安剃须刀片和刀架以来，无论在刀片和刀架的结构上，或者在材料及其加工工艺上都得到了不断地提高和改进。双面刀片已成为人们日常生活用品，目前全世界的刀片产量约达200亿片。剃须刀片一般由基片材料如不锈钢或陶瓷等制成，而刃口处有一棱边。在使用期间，剃须刀片以大约25度的角度安装在剃刀中，并通过刃口与皮肤接触，它移过脸部时刃口碰到胡须，在楔入动作的帮助下，刃口就逐渐穿透胡须并将其切断。因为剃须刀片刃口薄、硬度低，在刮胡子时容易发生崩缺和损伤大大影响其寿命。为改善剃须刀片的使用性能及延长刀片的使用寿命，通常在剃须刀片上沉积碳膜。目前碳膜主要采用化学气相沉积法(CVD)，在CVD方法中提高碳基膜层厚度减小内应力以及提高沉积速率的主要方式是提高含碳气体的进气量以及通入杂质气体(现掺杂的元素多为非金属元素，有极少种类的含金属元素的气体)。在碳基膜层沉积不仅对基体温度要求高，还因气体的增加而致真空室污染；在应力改善方面，虽然金属元素的掺杂利于释放膜层本身应力，但其局限于含金属气体种类少，且含金属气体不易操作，安全系数偏低。此外磁控溅射沉积的碳膜不仅硬度低(一般在1000-3000HV)，还结合强度差，不适于市面推广与应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种剃须刀片超薄碳膜层材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种剃须刀片超薄碳膜层材料，所述膜层材料为五层复合结构，基体为剃须刀片韧部，中间过渡层依次为金属打底层、金属掺杂类金刚石膜层和类金刚石膜层，表层为聚四氟乙烯涂层；其中，所述金属打底层和所述金属掺杂类金刚石膜层为以金属靶为阴极，利用90度磁过滤在所述基体层上沉积而得；所述类金刚石膜层为以碳靶为阴极，利用90度磁过滤在所述金属掺杂类金刚石膜层上沉积制得；所述聚四氟乙烯涂层则利用热喷涂技术在所述类金刚石膜层上喷涂聚四氟乙烯而得。需要说明的是，所述金属打底层、金属掺杂类金刚石膜层和类金刚石膜层具体沉积物质元素为Ti、Cr、Zr等。针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术选用DLC膜具有良好的化学稳定性，可防止酸碱及有机溶液侵蚀，而且DLC膜具有低温沉积的优点，可防止薄膜沉积时工件发生变形，因此DLC膜非常适合作为化工机械部件和多种装饰件的涂层，特别是剃刀和剃须刀片上。如美国Gillette公司的DLC膜“MACH3”的剃须刀片，不仅使刀片变得更锋利，而且在剃须时不易刮伤脸面，使用更舒适，同时又可使刀片得到保护，不受腐蚀，利于清洗和长期使用。进一步地，所述金属打底层的沉积厚度为0.1～20nm；所述金属掺杂类金刚石膜层的沉积厚度为0.1～10nm；所述类金刚石膜层的沉积厚度为0.1～10nm；所述聚四氟乙烯涂层的喷涂厚度为0.1～10μm。本专利技术还请求保护上述剃须刀片超薄碳膜层材料的制备方法，所述方法即为一种剃须刀片沉积超薄碳膜的方法，具体包括以下步骤：I、利用金属等离子体对剃须刀片韧部基体表面进行清洗，获得粗糙度为0.01～0.2μm的基体表面，备用；需要说明的是，本专利技术中金属离子束选用的是磁过滤沉积技术，利用金属起弧时产生等离子体通过磁过滤管道进入真空腔室对基体进行清洗。因为剃须刀片韧部很薄1～50μm，金属离子束能量和密度均需进行严格控制，其中等离子体密度小于1016/cm3，束流强度为100～200mA；同时在剃须刀片韧部周围设置辅助电极，使得在剃须刀基体周围电场强度差值不大于±20％。II、在步骤(I)制备的剃须刀片韧部基体表面上，以金属靶为阴极，并利用磁过滤沉积制备金属打底层；III、在步骤(II)制备的金属打底层上，以金属靶为阴极，并利用磁过滤沉积制备金属掺杂类金刚石膜层；具体地，利用90度磁过滤管道，在管道内设置进气口，通入流量为50～200sccm的乙炔气体，管道内等离子体对乙炔进行电离，并通过磁过滤管道引出碳离子和金属离子，在此过程中控制碳等离子密度与金属离子密度比值在2～4之间；且引出的金属和碳混合的等离子体到剃须刀片基体进行金属掺杂膜层沉积，其中沉积膜层的厚度不大于10nm。IV、在步骤(III)制备的金属掺杂类金刚石膜层上，以碳靶为阴极，并利用磁过滤沉积制备类金刚石膜层；此外，在进行DLC沉积时，设置起弧电流为50～100A，真空度小于2×10-3Pa，沉积厚度为1～10nm；并对基体施加直流偏压；直流偏压的电压为100～400V，占空比为1～80％。该过程集高低占空比于一体，既能利用高压高占空比的热峰效应降低内应力以提高结合力，又能利用低高占空比提高膜层的连续性和降低因长时间高负压造成的膜层溅射现象。同时需要说明的是，在沉积时，以上各参数相互影响，起弧电流以及基体复合偏压等因素相互配合与相互制约，在以上因素参数下复合制备的膜层沉积速率高、致密性好；且便于在晶体表面形成膜基结合力优越、膜层内应力低以及抗潮解的DLC。V、在步骤(IV)制备的类金刚石膜层上，利用热喷涂技术喷涂聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯涂层，以最终制得所述剃须刀片超薄碳膜层材料。本专利技术利用热喷涂技术在纯DLC表面喷涂聚四氟乙烯，喷涂厚度小于10μm，喷涂后在烘箱内200℃～300℃内烘烤1～3h，且喷涂烘干后整体膜层的摩擦系数小于0.05，同时亲水角大于100°，有明显的疏水特性。进一步的，所述步骤(I)中的金属离子束能量为1～200eV，真空室压强为2.0×10-3～5.0×10-3Pa，负压为-100～-200V，及束流强度为100～200mA。需要说明的是，金属离子束能量不能高于200eV，若能量高于200eV可使刀片韧部会产生明显的崩缺和不可逆的损伤，以致严重影响刀片质量和寿命。进一步地，所述步骤(II)中，磁过滤沉积时磁过滤管道中线包电流强度为1～3A，且沉积电流控制在10～100mA之间，沉积真空度为2.0×10-3～5.0×10-3Pa，沉积厚度为0.1～20nm。此外，金属打底层的最大厚度不能大于掺杂DLC和纯DLC厚度之和；若金属打底层的厚度超过掺杂DLC和纯DLC厚度时膜层整体硬度下降，寿命明显降低。进一步地，所述步骤(III)中，利用90度磁过滤管道，在管道内设置进气口，通入流量为50～200sccm的乙炔气体；通过磁过滤管道引出碳离子和金属离子，并控制碳等离子密度与金属离子的密度比值在2～4之间，且沉积厚度为0.1～10nm。值得说明的是，碳等离子体密度与金属等离子体密度比值小于2时，掺杂DLC膜层过硬，内应力过大会产生剥落；而二者比值大于4时膜层沉积速度过快，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种剃须刀片超薄碳膜层材料，其特征在于，所述膜层材料为五层复合结构，基体为剃须刀片韧部，中间过渡层依次为金属打底层、金属掺杂类金刚石膜层和类金刚石膜层，表层为聚四氟乙烯涂层；其中，/n所述金属打底层和所述金属掺杂类金刚石膜层为以金属靶为阴极，利用磁过滤在所述基体层上沉积而得；/n所述类金刚石膜层为以碳靶为阴极，利用磁过滤在所述金属掺杂类金刚石膜层上沉积制得；/n所述聚四氟乙烯涂层利用热喷涂技术在所述类金刚石膜层上喷涂聚四氟乙烯而得。/n

【技术特征摘要】
1.一种剃须刀片超薄碳膜层材料，其特征在于，所述膜层材料为五层复合结构，基体为剃须刀片韧部，中间过渡层依次为金属打底层、金属掺杂类金刚石膜层和类金刚石膜层，表层为聚四氟乙烯涂层；其中，
所述金属打底层和所述金属掺杂类金刚石膜层为以金属靶为阴极，利用磁过滤在所述基体层上沉积而得；
所述类金刚石膜层为以碳靶为阴极，利用磁过滤在所述金属掺杂类金刚石膜层上沉积制得；
所述聚四氟乙烯涂层利用热喷涂技术在所述类金刚石膜层上喷涂聚四氟乙烯而得。


2.根据权利要求1所述的一种剃须刀片超薄碳膜层材料，其特征在于，所述金属打底层的沉积厚度为0.1～20nm；所述金属掺杂类金刚石膜层的沉积厚度为0.1～10nm；所述类金刚石膜层的沉积厚度为0.1～10nm；所述聚四氟乙烯涂层的喷涂厚度为0.1～10μm。


3.一种如权利要求1或2所述的剃须刀片超薄碳膜层材料的制备方法，其特征在于，所述方法即为一种剃须刀片沉积超薄碳膜的方法，具体包括以下步骤：
I、利用金属等离子体对剃须刀片韧部基体表面进行清洗，获得粗糙度为0.01～0.2μm的基体表面，备用；
II、在步骤(I)制备的剃须刀片韧部基体表面上，以金属靶为阴极，并利用磁过滤沉积制备金属打底层；
III、在步骤(II)制备的金属打底层上，以金属靶为阴极，并利用磁过滤沉积制备金属掺杂类金刚石膜层；
IV、在步骤(III)制备的金属掺杂类金刚石膜层上，以碳靶为阴极，并利用磁过滤沉积制备类金刚石膜层；
V、在步骤(IV)制备的类金刚石膜层上，利用热喷涂技术喷涂聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯涂层，以最终制得所述剃须刀片超薄碳膜层材料。


4.根据权利要求3所述的一种剃须刀片超薄碳膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，欧阳潇，欧阳晓平，罗军，陈琳，庞盼，张旭，吴先映，英敏菊，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11