一种剪刀片及其制备方法、自磨锐剪刀与流程

1.本发明涉及自磨锐剪刀领域，尤其涉及一种剪刀片及其制备方法、自磨锐剪刀。


背景技术：

2.剪刀是人们生产生活中常常用到的工具，剪刀是一种双刃工具，剪刀的两刃交叉并且可以开合，剪刀可用于切割布、纸、绳子、圆钢等线性物体，还可用于医疗方面的切割胬肉、血筋、皮、膜等。
3.现有的剪刀刀片基底为获得比较高的硬度，通常选用不锈钢材料进行热处理以获得较高硬度值，热处理之后进行开刃处理，在剪切过程中，剪刀发生相向运动，随着使用时间延长，刃口处容易变钝，降低了剪刀的剪切力和剪切效率，且使用寿命短。


技术实现要素：

4.为克服现有技术中的不足，本技术提供一种剪刀片及其制备方法、自磨锐剪刀。
5.第一方面，本技术提供的一种自磨锐剪刀，包括：剪刀片及涂层，所述剪刀片在剪切过程中相互接触的内侧面上设置有涂层，所述涂层为包含金属单质与相应的金属氮化物、金属碳化物或金属碳氮化物中的任一种的掺杂层。
6.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述涂层中所述金属单质的重量百分比为50～95％。
7.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述金属单质为铬、钛、钼、钒、锆中的任一种。
8.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述自磨锐剪刀还包括：打底层，所述打底层设置于所述剪刀片的基底与所述涂层之间，所述打底层为金属单质层。
9.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述涂层的厚度为0.5～10um，所述打底层的厚度为0～0.5um。
10.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述涂层还设置于所述剪刀片的外侧面。
11.第二方面，本技术提供一种剪刀片的制备方法，包括以下步骤：
12.通过磁控溅射在剪刀片的内侧面上沉积，形成包括金属单质与相应的金属氮化物、金属碳化物或金属碳氮化物中的任一种的掺杂层的涂层。
13.结合第二方面，在一种可能的实施方式中，在剪刀片的内侧面上沉积形成涂层前还包括对所述剪刀片进行清洗的步骤。
14.结合第二方面，在一种可能的实施方式中，对所述剪刀片进行的清洗包括等离子体刻蚀清洗和超声清洗。
15.第三方面，本技术还提供一种剪刀片，所述剪刀片由上述的所述剪刀片的制备方法制备。
16.相比现有技术，本技术的有益效果：
17.本技术提供的自磨锐剪刀，所述剪刀片在剪切过程中相互接触的内侧面上设置有涂层，所述涂层为包含金属单质与相应的金属氮化物、金属碳化物或金属碳氮化物中的任一种的掺杂层，在所述剪刀片的打开过程中，所述剪刀片相互接触的刃口处的所述涂层发生相向运动，能使得剪切过程中受损的刃口重新磨锋利，具备自磨锐功能，提高了剪切力和剪切效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1示出了自磨锐剪刀的正视图；
20.图2示出了自磨锐剪刀剪切物料的示意图；
21.图3示出了自磨锐剪刀的后视图；
22.图4示出了自磨锐剪刀的第一剪刀片的横截面结构示意图；
23.图5示出了剪刀片的制备工艺；
24.图6示出了剪刀片的金属铬层和金属陶瓷掺杂层的制备工艺。
25.主要元件符号说明：
26.100-第一剪刀片；200-第二剪刀片；300-转轴；400-涂层区；500-涂层；600-打底层；700-第一基底；800-第一刃口；810-第二刃口；900-物料。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.实施例一
33.请参阅图1至图3，一种自磨锐剪刀，所述自磨锐剪刀包括：剪刀片及涂层。所述剪刀片包括第一剪刀片100及第二剪刀片200。所述第一剪刀片100上设置有第一刃口800。所述第二剪刀片200与所述第一剪刀片100结构相同，所述第二剪刀片200上设置有第二刃口810。所述第一剪刀片100与所述第二剪刀片200通过转轴300连接。所述第一剪刀片100与所述第二剪刀片200在剪切过程中相互接触的内侧面均设有涂层区400。所述涂层设置于所述涂层区400上。所述涂层500设置于所述第一剪刀片100靠近所述第二剪刀片200的一侧。所述涂层500还设置于所述第二剪刀片200靠近所述第一剪刀片100的一侧。
34.在本实施例中，所述涂层500为包含金属单质与相应的金属氮化物、金属碳化物或金属碳氮化物中的任一种的掺杂层。
35.在本实施例中，所述涂层500中所述金属单质的重量百分比为50～95％，余下组分为相应的金属氮化物、金属碳化物或金属碳氮化物中的任一种。
36.在本实施例中，所述涂层500为铬与氮化铬的掺杂层、铬与碳化铬的掺杂层、铬与碳氮化铬的掺杂层、钛与氮化钛的掺杂层、钛与碳化钛的掺杂层、钛与碳氮化钛的掺杂层、钼与氮化钼的掺杂层、钼与碳化钼的掺杂层、钼与碳氮化钼的掺杂层、钒与氮化钒的掺杂层、钒与碳化钒的掺杂层、钒与碳氮化钒的掺杂层、锆与氮化锆的掺杂层、锆与碳化锆的掺杂层、锆与碳氮化锆的掺杂层中的一种。
37.在本实施例中，所述涂层500中的掺杂的金属氮化物、金属碳化物或金属碳氮化物具有高致密性，使得所述涂层500的硬度高于所述第一剪刀片100的基底及所述第二剪刀片200的基底，且所述涂层500中单质金属相的塑性性能优所述第一剪刀片100的基底及所述第二剪刀片200的基底，具有类金属塑性性能。由于所述涂层500以金属相为主体，具备金属塑性变形能力，在所述第二剪刀片200与所述第一剪刀片100的剪切过程中，所述涂层区400上的所述涂层500能在相互摩擦中发生塑性变形以适应所述第一刃口800与所述第二刃口810。
38.在本实施例中，当所述涂层500为铬与氮化铬的掺杂层时，所述掺杂层中铬单质重量百分比含量在50-90％，剩余为氮化铬陶瓷，所述氮化铬陶瓷可以为密排六方氮化二铬相。
39.请参阅图4，在本实施例中，所述自磨锐剪刀还包括：打底层600。所述打底层600设置于所述第一剪刀片100的第一基底700与所述涂层500之间。
40.在本实施例中，所述打底层600还设置于所述第二剪刀片200的第二基底与所述涂层500之间。
41.在本实施例中，所述打底层600为金属单质打底层，所述打底层600用于增加所述第一剪刀片100的所述第一基底700与所述涂层500之间的结合力及所述第二剪刀片200的所述第二基底与所述涂层500之间的结合力，降低了使用过程中所述涂层500及所述打底层
600的剥落风险，提高了所述自磨锐剪刀的剪切力和剪切效率。
42.在本实施例中，所述涂层500的厚度为0.5～10um，所述打底层600的厚度为0～0.5um，所述涂层500与所述打底层600叠加的总厚度为0.5～10um。
43.在其他实施例中，所述涂层500还设置于所述第一剪刀片100及所述第二剪刀片200的外侧面。所述涂层500还设置于所述第一剪刀片100靠近所述第一刃口800的一侧及所述第二剪刀片200靠近所述第二刃口810的一侧。
44.请参阅图2，在本实施例中，所述自磨锐剪刀在闭合剪切物料900过程中，由所述第一刃口800和所述第二刃口810铰接区切断所述物料900，物料900与所述涂层区400上的所述涂层500发生摩擦而分开，由于所述涂层500以金属相为主体，具备金属塑性变形能力，所述涂层区400上的两所述涂层500能在相互摩擦中发生塑性变形以适应所述第一刃口800与所述第二刃口810，完成所述物料900的剪切，剪切完成后，在所述自磨锐剪刀的打开过程中，所述涂层区400靠近所述第一刃口800的所述涂层500与所述涂层区400靠近所述第二刃口810的所述涂层500接触并发生相向运动，能修复剪切过程中受损的所述第一刃口800及所述第二刃口810的角度，产生自磨锐效果，使得所述第一刃口800与所述第二刃口810保持锋利，提高了所述自磨锐剪刀的剪切力和剪切效率，提高了使用寿命。
45.实施例二
46.请参阅图5，本实施例提供一种剪刀片的制备方法，包括以下步骤：
47.s100：将剪刀片的高速钢基底置于酒精中进行超声清洗，获得光洁表面后，放入磁控溅射真空腔体，将真空腔体抽至气压为5*10-3
pa，并加热至200℃得第一工件；
48.s200：向真空腔体充入氩气，至真空腔体内的气压达到0.8pa，通过离子源清洗所述第一工件，离子源电流为10a，同时以所述第一工件为阴极，施加负偏压，设定负偏压值为200-300v，频率为80khz，占空比为80％，对所述第一工件进行等离子刻蚀清洗，清洗20min后得第二工件；
49.s300：向真空腔体充入氩气，并维持真空腔体内的气压在0.3-0.8pa，打开旋转磁控铬靶电源，铬靶电源连接hipims电源，设定电流为1～3a，频率为300hz，脉宽为80～150us，脉冲偏压与hipims脉冲同步状态，偏压值为400～600v，偏压脉冲相对hipims脉冲延迟10-40us启动，脉宽为60-100us，用相应的金属铬离子刻蚀清洗所述第二工件，清洗10min后得第三工件；
50.s400：向真空腔体充入氩气，并维持真空腔体的气压为0.3-0.8pa，向真空腔内逐渐地充入氮气，维持真空腔体内的气压在0.5-0.6pa，最终使氮气和氩气的流量比为：0.1～0.2，并逐渐降低脉冲偏压值至80v，在所述第三工件上形成涂层，所述涂层为金属相铬与氮化铬致密掺杂层，沉积60min后得所述剪刀片。
51.在本实施例中，所述s400中的所述涂层为金属相铬与氮化铬致密掺杂层，所述涂层的硬度为17.5gpa，所述涂层厚度为1.2um。
52.在其他实施例中，所述涂层采用高功率脉冲磁控反应磁控溅射方式制备。
53.在其他实施例中，所述涂层通过多弧离子镀方式制备。
54.在本实施例中，所述s300中的所述磁控铬靶电源还可以是磁控钛靶电源、磁控钼靶电源、磁控钒靶电源、磁控锆靶电源中的任一种，所述s400中的所述金属铬层对应的还可以是金属钛层、金属钼层、金属钒层、金属锆层中的任一种，所述s400中的金属相铬与氮化
铬致密掺杂层对应的还可以是金属相钛与氮化钛致密掺杂层、金属相钼与氮化钼致密掺杂层、金属相钒与氮化钒致密掺杂层、金属相锆与氮化锆致密掺杂层中的任一种。
55.在本实施例中，将沉积了金属相铬与氮化铬致密掺杂层、金属相钛与氮化钛致密掺杂层、金属相钼与氮化钼致密掺杂层、金属相钒与氮化钒致密掺杂层、金属相锆与氮化锆致密掺杂层中的任一种的所述剪刀片通过所述转轴安装成所述自磨锐剪刀。
56.实施例三
57.本实施例提供一种剪刀片，所述剪刀片由上述的所述剪刀片的制备方法制得，所述剪刀片通过转轴能安装成所述自磨锐剪刀。
58.为了更好的说明本实施例中涉及的所述剪刀片的自磨锐功能，进行以下举例验证试验：
59.实验组一：通过上述高功率脉冲磁控溅射hipims方法在高速钢基底剪刀片的内侧面上沉积形成涂层，所述涂层为金属相铬与氮化铬致密掺杂层，其硬度为17.5gpa，厚度为1.2um，将沉积了所述涂层的剪刀片通过转轴安装成第一剪刀。
60.实验组二：未涂覆实验组一中的所述涂层的高速钢基底剪刀片通过转轴组装成第二剪刀。
61.对第一剪刀及第二剪刀同时进行剪布测试得出如表1的两组剪刀使用寿命比较表，第一剪刀剪布测试40万次之后，自磨锐功能消失，刃口变钝，刃口累计磨损面宽度达到2mm，第二剪刀剪布测试6万次之后，刃口变钝，刃口累计磨损面宽度低于0.5mm。
62.表1两组剪刀使用寿命比较表
[0063][0064]
由于难以保证实验条件完全一致，所以以上实验数据存在一定的误差，但不影响最终的实验结果，由表1可知，第一剪刀的使用寿命明显高于第二剪刀，第二剪刀在剪布测试6万次之后，刃口变钝，不能再剪断布料，由于剪切寿命小，所以第二剪刀刃口变钝的累计磨损面宽度小于第一剪刀刃口变钝的累计磨损面宽度，由于第二剪刀的基材的塑性变现能力弱，不能使剪切时受损的刃口角度修复，随着使用时间延长，刃口处就容易变钝，相对于具备自磨锐功能的第一剪刀，其使用寿命更短。
[0065]
需要说明的是，表1中实验组一中的第一剪刀在累计剪布40万次后，刃口累计磨损面宽度达到2mm时，此时，第一剪刀的自磨锐功能消失，刃口变钝，但第一剪刀还能继续剪断布料，直到第一剪刀的基底磨损至失效。
[0066]
实施例四
[0067]
请参阅图6，本实施例提供一种剪刀片的金属铬层和金属陶瓷掺杂层的制备方法，包括以下步骤：
[0068]
s100：将剪刀片的高速钢基底置于酒精中进行超声清洗，获得光洁表面后，放入磁控溅射真空腔体，将真空腔体抽至气压为5*10-3
pa，并加热至200℃得第一工件；
[0069]
s200：向真空腔体充入氩气，至真空腔体内的气压达到0.8pa，通过离子源清洗所述第一工件，离子源电流为10a，同时以所述第一工件为阴极，施加负偏压，设定负偏压值为200-300v，频率为80khz，占空比为80％，对所述第一工件进行等离子刻蚀清洗，清洗20min后得第二工件；
[0070]
s300：向真空腔体充入氩气，并维持真空腔体内的气压在0.3-0.8pa，打开旋转磁控铬靶电源，铬靶电源连接hipims电源，设定电流为1～3a，频率为300hz，脉宽为80～150us，脉冲偏压与hipims脉冲同步状态，偏压值为400～600v，偏压脉冲相对hipims脉冲延迟10-40us启动，脉宽为60-100us，用相应的金属铬离子刻蚀清洗所述第二工件，清洗10min后得第三工件；
[0071]
s310：维持真空腔体内的气压在0.3-0.8pa，设定电流为12a，频率为400hz，脉宽为100us，脉冲偏压值降为200v-120v，其他参数不变，在所述第三工件上沉积得所述金属铬层，沉积10min后，所述金属铬层厚度为0.2um，得第四工件；
[0072]
s400：保持氩气流量不变，向真空腔内逐渐地充入氮气，维持真空腔体内的气压在0.5-0.6pa，最终使氮气和氩气的流量比为：0.1～0.2，并逐渐降低脉冲偏压值至80v，在所述第四工件上沉积60min后形成所述金属陶瓷掺杂层，所述金属陶瓷掺杂层的硬度为17.5gpa，所述金属陶瓷掺杂层的厚度为1.2um。
[0073]
在本实施例中，所述s400中的金属铬层为打底层，所述s500中金属陶瓷掺杂层为金属相铬与氮化铬致密掺杂层。
[0074]
在本实施例中，所述金属铬层处于剪刀基底与金属陶瓷掺杂层之间，将沉积了金属打底铬层和金属相铬与氮化铬致密掺杂层的剪刀片通过转轴能安装成具有自磨锐功能的剪刀。
[0075]
在其他实施例中，所述s300中的所述磁控铬靶电源还可以是磁控钛靶电源、磁控钼靶电源、磁控钒靶电源、磁控锆靶电源中的任一种，所述s400中的所述金属铬层对应的还可以是金属钛层、金属钼层、金属钒层、金属锆层中的任一种，所述s500中的金属相铬与氮化铬致密掺杂层对应的还可以是金属相钛与氮化钛致密掺杂层、金属相钼与氮化钼致密掺杂层、金属相钒与氮化钒致密掺杂层、金属相锆与氮化锆致密掺杂层中的任一种。
[0076]
实施例五
[0077]
本实施例提供一种剪刀片，所述剪刀片包括上述的所述剪刀片的金属铬层和金属陶瓷掺杂层的制备方法制备的金属铬层和金属陶瓷掺杂层，所述金属铬层增强了所述剪刀片的基底与金属陶瓷掺杂层的结合力，降低了所述剪刀片在使用过程中金属陶瓷掺杂层剥落的风险，提高了剪刀片的使用寿命。
[0078]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0079]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。