專利名稱：具有高銳度和韌度的手術(shù)刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手術(shù)刀片和它們的產(chǎn)品，特別是，涉及那些在使用過程中可以保持高韌度和高銳度的刀片。
通常的手術(shù)刀片由外科等級的不銹鋼制成，為了在整個(gè)手術(shù)中保持它們切割刃口的銳度它們被硬化到大約54-62的洛氏硬度。它們被打磨到一個(gè)通常為26度的坡形刃口角度。我們想要降低坡形刃口角度來增加手術(shù)刀片的銳度。這種坡形刃口角度降低的結(jié)果增加了刀片彎曲卷刃的趨勢，使它效率低下。這種刀片也有一種在手術(shù)過程中斷裂的趨勢，因?yàn)楦哂捕葘?dǎo)致的低延展性和低韌性使得非常薄的刀片容易脆性斷裂。脆性斷裂在手術(shù)中要特別關(guān)注，因?yàn)槭中g(shù)刀片的碎片很難找并有可能駐留在患者的體內(nèi)。通常手術(shù)刀片坡形刃口角度的降低也會導(dǎo)致刀片在使用期間非?？斓刈冣g。
另一方面，不銹鋼可以退火把洛氏硬度降低到刀片具有合理韌度并且使脆性斷裂趨勢降低的水平。結(jié)果是刀片的錐形區(qū)域仍然具有卷刃的趨勢，這可以使它效率低下。另外，因?yàn)殇撌擒浀牟⑶也荒鼙３秩锌?，鋒利刃口的服務(wù)壽命被極大降低，所以在手術(shù)刀片做不了多少次切割就要更換掉。
需要有一種改進(jìn)的手術(shù)刀和手術(shù)刀片，它具有的增加的銳度可以保持更長的時(shí)間，而且在手術(shù)過程中不容易脆性斷裂。本發(fā)明滿足了這個(gè)需要，并且進(jìn)一步提供了相關(guān)的好處。
具有鍍層的手術(shù)刀片包含一個(gè)基底，它具有主體和錐形區(qū)域所述錐形區(qū)域上有刃口。錐形區(qū)域具有一個(gè)從大約10度到大約25度的夾角，最好是從大約10度到大約18度?；子娩撝瞥桑詈檬紫缺挥不街辽?4洛氏硬度，然后退火到大約46到大約小于53的洛氏硬度。鍍層鍍在錐形區(qū)域。鍍層的厚度從大約0.1到大約2.5微米，從大約0.1到大約1.0微米更好，最好是大約0.3微米。鍍層包含第一種金屬的第一鍍層，和覆蓋在第一鍍層上的第二鍍層。第二鍍層包含從釩、鉻、鋯、鈦、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢及它們的組合中選出的第二種金屬與從氮、炭及它們的結(jié)合物中選出的非金屬形成的化合物。第一種金屬和第二種金屬最好相同，鍍層具有第一鋯鍍層和第二氮化鋯鍍層。具有鍍層的手術(shù)刀片最好具有帶鍍層的刃口，所述刃口有原子級地鋸齒并被原子級地磨尖。
準(zhǔn)備具有鍍層的手術(shù)刀片的方法包括提供具有一個(gè)主體并且在其上有刃口的錐形區(qū)域的基底。基底由硬化到至少54洛氏硬度的鋼制成。此后基底退火降低它的硬度至少5個(gè)洛氏硬度。鍍層從噴鍍源至少噴鍍到基底的錐形區(qū)域。鍍層的厚度從大約0.1到大約2.5微米。噴鍍的步驟包含首先噴鍍第一種金屬的第一鍍層，然后在第一鍍層上噴鍍第二鍍層。第二鍍層包含從釩、鉻、鋯、鈦、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢及其組合中選出的第二種金屬與從氮、炭及其組合中選出的非金屬形成的化合物。實(shí)施第二步驟包括接近第二實(shí)施步驟末端的后面部分，在基底上加以相對于噴鍍源為負(fù)電的-70伏的電壓。這個(gè)準(zhǔn)備過程產(chǎn)生了一個(gè)具有性能良好的手術(shù)刀片，在生產(chǎn)操作中具有高度的可復(fù)性并且產(chǎn)生一致的使用性能。
退火的步驟和噴鍍的步驟最好在相同的裝置中實(shí)施。噴鍍源希望是一個(gè)陰極電弧噴鍍源。提供的步驟可能包括提供一組基底，噴鍍的步驟包括把一組基底的主體相互堆疊在一起并且使它們的刃口面向同一個(gè)方向，并且把刃口定位面向噴鍍源。以上描述的其它特征可以結(jié)合到該方法中。
所產(chǎn)生的手術(shù)刀片非常鋒利，因?yàn)樗腻F形區(qū)域具有很小的夾角并且因?yàn)樵谶@個(gè)優(yōu)選的方法中通過向著第二鍍層的噴鍍端施加很大的負(fù)電壓它被原子級地磨尖。它也相對柔軟和在金相學(xué)上堅(jiān)韌，因?yàn)殇摶妆煌嘶鹆恕ｅ儗拥拇嬖谑沟媒饘倏梢栽谕嘶鸷笕匀痪哂行〉钠滦稳锌诮嵌?，因?yàn)殄儗訌?qiáng)化了刀片的錐形區(qū)域，這樣它可以更有效地抵抗刀片的彎曲和卷刃。所產(chǎn)生的手術(shù)刀片堅(jiān)韌并且可以抵抗脆性斷裂，這樣在切割過程中極大地降低了斷裂的可能性。手術(shù)刀片也很鋒利，并且在使用中可以長時(shí)間的保持銳度。
手術(shù)刀片的結(jié)構(gòu)和功能與其它的通常用的鋒利東西如剃刀刀片截然不同。剃刀刀片在它切割刃口的整個(gè)長度上用固定器支撐，僅僅從固定器向外延伸很短的距離。另一方面，手術(shù)刀片從它的把手處懸出相對大的距離。手術(shù)刀片的鋒利端可以用來切割，必須既能經(jīng)受通常的切割作用也要能承受堅(jiān)硬物體的沖擊。它比剃刀刀片需要更大的韌度。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，從接下來的對優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)的描述并且結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明原理示例的例子，將變得很明顯。然而，本發(fā)明的范圍不局限于這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
發(fā)明詳述

圖1-3描述了一個(gè)具有鍍層的手術(shù)刀片20。手術(shù)刀片20可以被描述為一個(gè)具有一個(gè)平行側(cè)面25的主體24和具有收儉側(cè)面27的錐形區(qū)域的基底22。錐形區(qū)域26與主體24連續(xù)并且削尖成一個(gè)刃口28。錐形區(qū)域26具有一個(gè)夾角A，如圖3所示，從大約10度到大約25度，從大約10度到大約18度更好。如果夾角A小于大約10度，錐形區(qū)域26太薄以致于在使用中沒有足夠的強(qiáng)度。如果夾角A大于大約25度，手術(shù)刀片可以操作但基底的銳度不足。從大約10度到大約18度的夾角，當(dāng)基底22用后面描述的方式鍍層時(shí)可以產(chǎn)生極好的銳度和可以接受的強(qiáng)度。
基底22用鋼制成，最好是不銹鋼例如440型不銹鋼，它的公稱成份為重量百分比計(jì)的16-18％的鉻、0.6-0.75％的炭、最多1％的錳、最多0.04％的磷、最多1％硅、最多0.75％鉬、最多0.03％硫、平衡鐵。不銹鋼被硬化到至少為54，典型地為54-62的洛氏硬度，然后退火降低至少5個(gè)洛氏硬度，最好降低到約46至約53的洛氏硬度。
一個(gè)孔30穿過基底22的主體24?？?0的形狀可以使把手(沒有標(biāo)出)上相應(yīng)的銷(沒有標(biāo)出)嚙合在其中，在使用中用來固定手術(shù)刀片20。
鍍層32覆蓋錐形區(qū)域26兩邊27的至少一部分。鍍層32還可以覆蓋主體24，但不需要。隨后描述的優(yōu)選制造方法僅僅在錐形區(qū)域26的兩邊27上噴鍍鍍層32，不在主體24的兩個(gè)平行側(cè)面25上噴鍍。
鍍層32包含第一種金屬(和它的金屬合金，通常包含的第一種金屬多于其它成份)的第一鍍層34，它與錐形區(qū)域26的兩邊27至少一部分接觸并且噴鍍在其上。第二鍍層36覆蓋在第一鍍層34上。第二鍍層36包含從釩、鉻、鋯、鈦、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢及其組合中選出的第二種金屬與從氮、炭及其組合中選出的非金屬形成的化合物。第一種金屬最好與第二種金屬相同。
第一鍍層34的存在用來輔助第二鍍層36粘結(jié)在基底22上，而第二鍍層36為手術(shù)刀片20提供硬度、抗磨損和切割刃口的保持力。兩個(gè)鍍層34和36的結(jié)合強(qiáng)化了錐形區(qū)域26，使它能夠制成為從大約10度到大約25度的小夾角A。
鍍層32的最優(yōu)選結(jié)構(gòu)是鋯(包括它的金屬合金)第一鍍層34和氮化鋯第二鍍層36。氮化鋯優(yōu)于其它的可操作材料例如氮化鈦，因?yàn)榈喐卸栊浴⒏鼒?jiān)硬并且更光滑。
鍍層的厚度為大約0.1到大約2.5微米，大約0.1到大約1.0微米更好，最好是大約0.3m。如果鍍層32更薄，它不能提供所需的機(jī)械特性。如果基底刃口28處的鍍層更厚，它使切割刃口變鈍并且增加從基底22裂開的趨勢。第一鍍層34十分薄，通常在大約為100-600埃的數(shù)量級，第二鍍層36彌補(bǔ)了鍍層32厚度剩余的部分。
鍍層32可以選擇性的具有附加的層。例如，可以在第一鍍層34和第二鍍層36之間噴鍍一個(gè)或多個(gè)額外的層。額外的層可以噴鍍在第二鍍層36之上，但是第二鍍層36優(yōu)選為各層的最上層。
具有最好為氮化鋯堅(jiān)硬材料第二鍍層36用來為薄的錐形區(qū)域26提供橫向的機(jī)械穩(wěn)定性。在使用過程中，這種機(jī)械穩(wěn)定性用來抑制手術(shù)刀片20錐形區(qū)域26的彎曲、卷刃和翹曲。因此可能使夾角A小于在沒有第二鍍層36情況下的夾角。更小的夾角A使手術(shù)刀片20自然地更鋒利。堅(jiān)硬鍍層32的存在本身和所述加工方法也可以輔助手術(shù)刀片20得到的更高的銳度。
具有鍍層的手術(shù)刀片20在其上具有鍍層的刃口38。當(dāng)手術(shù)刀片20被使用時(shí)，這個(gè)鍍層刃口38執(zhí)行切割工作。這個(gè)鍍層刃口38十分鋒利和耐用。為了加強(qiáng)切割作用，這個(gè)鍍層刃口38最好沿著它們的長度原子級地成為鋸齒狀并被原子級地磨尖。這個(gè)原子級的鋸齒與一些通常小刀的切割刃口的鋸齒相近，用來增強(qiáng)切割功能，只是在微觀的比例上呈現(xiàn)出來。這個(gè)原子級的鋸齒和銳化結(jié)構(gòu)通過在優(yōu)選的準(zhǔn)備方法中描述的方式來產(chǎn)生。
圖4和5描述了陰極電弧噴鍍裝置50，用來為基底22噴鍍鍍層32。噴鍍也可以用噴涂或其它可操作的方法來完成。噴鍍裝置最好在噴鍍過程中允許相對于噴鍍源在噴鍍的基底22上施加負(fù)電壓。噴鍍裝置50包括倉52，該倉52具有主體54和門56，可以打開門56允許進(jìn)入倉52內(nèi)部，當(dāng)倉52處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)可以與主體54密封。倉52的內(nèi)部通過真空泵58運(yùn)行時(shí)穿過閘式閥60可控制地抽空。真空泵58包括機(jī)械泵和擴(kuò)散泵，以通常的方式共同運(yùn)行。可以把倉52的內(nèi)部用一個(gè)回填泵64控制性地回填到氣源62選擇的氣體的分壓。所述氣源通常包括幾個(gè)獨(dú)立的可操作氣體。氣源62通常包括惰性氣體源62a例如氬氣、氮?dú)庠?2b，和含碳?xì)怏w源62c例如乙炔，每個(gè)都可以選擇性地獨(dú)立地通過各自的選擇閥65a、65b、65c提供氣體。如果需要也可以提供其它類型的氣體。
倉52內(nèi)的壓力通過一個(gè)真空計(jì)66監(jiān)測，它的輸出信號被提供給壓力控制器68。壓力控制器68控制閘式閥60和回填閥64(和可選的選擇閥65)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)抽吸和回填氣體流動的平衡，這樣在倉52中產(chǎn)生了所要求的壓力，從而在真空計(jì)66上讀出壓力。因此，倉52中回填的氣體最好是流動的或動態(tài)的空氣。
如圖所示，至少兩個(gè)最好四個(gè)線性噴鍍源70以周向隔開的方式安裝在倉52的內(nèi)部。在圖4中，可以清晰地看出四個(gè)噴鍍源70a、70b、70c、70d。四個(gè)噴鍍源70通常是矩形體，具有是細(xì)長的并平行于噴鍍源軸72(圖5)最大直線尺寸。這種類型的噴鍍源既不同于固定點(diǎn)源也不同于在噴鍍過程中可以沿基底縱方向移動的點(diǎn)源。
基底支撐74位于倉52中?；字?4對安裝在其上的基底產(chǎn)生了復(fù)合的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這個(gè)優(yōu)選的基底支撐74包括可以繞旋轉(zhuǎn)軸78旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)架76，它通過旋轉(zhuǎn)架76下面的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)80來驅(qū)動。如圖所示，至少一個(gè)最好六個(gè)行星支架82安裝在旋轉(zhuǎn)架76上。行星支架82通過與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)80的齒輪連接(沒有標(biāo)出)繞旋轉(zhuǎn)軸84驅(qū)動。另外，也可以使用在行星架82下面的單獨(dú)的行星驅(qū)動馬達(dá)。驅(qū)動馬達(dá)80的速度由旋轉(zhuǎn)控制器88控制。
為了噴鍍操作，要被噴鍍的物品40用合適的夾具安裝在行星架82上，這樣物品的長軸平行于旋轉(zhuǎn)軸84。也就是，隨著旋轉(zhuǎn)架76和行星架82旋轉(zhuǎn)，物品40連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這樣它的所有邊都被噴鍍了。為了經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，通常在每個(gè)行星架82上以描述的方式安裝多個(gè)物品，如對行星架82的其中之一所示。
在噴鍍裝置50中，如果存在的話，物品的長軸、噴鍍源軸78和旋轉(zhuǎn)軸84都大致平行于公共軸90安裝。
在噴鍍過程中，物品40的溫度通過一個(gè)加熱器92控制，它在倉52內(nèi)部的一邊平行于噴鍍源70延伸。加熱器92最好是一個(gè)輻射式加熱器，通過電阻元件運(yùn)行。經(jīng)驗(yàn)表明，由于架76和82的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和物品20的熱保持能力，在倉52一邊的單個(gè)加熱器92為基底提供了足夠的均勻的加熱。如果需要可以使用另一個(gè)的加熱器92?；孜锲?0的溫度用一個(gè)溫度傳感器94例如紅外線傳感器監(jiān)測，所述溫度傳感器可以觀測倉的內(nèi)部。用傳感器94測量的溫度提供給溫度控制器96，它可以控制輸出到加熱器92的能量。根據(jù)這種反饋方式操作，溫度控制器96使得在噴鍍手術(shù)過程中和操作過程之前都能夠設(shè)定基底物品的溫度。(物品也可以通過噴鍍操作加熱到一定程度，這樣加熱器作為微調(diào)裝置來控制物品的溫度。)在用鋯或復(fù)合鋯噴鍍鋼物品40的優(yōu)選操作中，物品從大約500°F被加熱到大約850°F的溫度。
圖6顯示了用于噴鍍源70優(yōu)選形式的陰極電弧源100。(噴涂源或其它可操作的源可以代替陰極電弧源使用。)陰極電弧源100包括槽型主體102和一個(gè)噴鍍目標(biāo)104。噴鍍目標(biāo)104是盤型的，用O型密封圈106與主體102密封起來，形成一個(gè)水密的和氣密的空心內(nèi)部108。內(nèi)部108通過穿過入水口110和出水口112的冷水流動來冷卻。兩個(gè)凹型的永久磁鐵114平行于噴鍍源軸72延伸。壓桿電極118定位在主體102外面的噴鍍目標(biāo)104之上。通過電弧源電源120在壓桿電極118和噴鍍目標(biāo)104之間施加電壓VARC。VARC最好為大約10到大約50伏。
如果需要，開始時(shí)形成噴鍍目標(biāo)104的材料，與倉中空氣的負(fù)離子物質(zhì)產(chǎn)生的氣體原子一起，被噴鍍在基底物品40上。在優(yōu)選實(shí)施例中，噴鍍目標(biāo)104由鋯(Zr)制成。其它的可操作用作噴鍍目標(biāo)材料的物質(zhì)包括從元素周期表IV-VI族中的金屬，包括但不局限于釩、鉻、鈦、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢。其它金屬例如鋁也可以使用。噴鍍目標(biāo)也可以用合金或金屬化合物制成。
為了實(shí)現(xiàn)噴鍍，在壓桿電極118和噴鍍目標(biāo)104之間產(chǎn)生電弧，局部加熱噴鍍目標(biāo)104并使得正電荷的金屬離子從噴鍍目標(biāo)104噴射出來。(因此在噴鍍過程中噴鍍目標(biāo)104逐漸變薄。)在噴鍍目標(biāo)104上電弧的放電點(diǎn)沿著噴鍍目標(biāo)104縱向的路線移動。在噴鍍目標(biāo)104和基底物品40之間通過偏壓電源122施加了一個(gè)負(fù)的偏壓VBIAS，這樣正電荷的金屬或金屬化合物離子向著物品40加速。
VBIAS最好為大約-50到大約-600伏。為VBIAS選擇的值決定了離子向著物品40表面沖擊的能量。在通常情況下，VBIAS在開始時(shí)可以選擇相對大的負(fù)壓，典型地大約-400伏，以使第一鍍層34很好地粘結(jié)在物品基底22上。相應(yīng)地減小VBIAS，當(dāng)噴鍍第二鍍層36和任何其它的堅(jiān)硬鍍層時(shí)，典型地為-50伏，以在層中形成均勻精細(xì)的微結(jié)構(gòu)。
在最頂端鍍層噴鍍的最后階段，在優(yōu)選實(shí)施例的第二鍍層36中，VBIAS被調(diào)整到負(fù)于大約-70伏的值，最好在從大約-70到大約-600伏的范圍內(nèi)。VBIAS的這種大的負(fù)值理想地在鍍層刃口38產(chǎn)生輕微地不均勻粗化作用，從而達(dá)到原子可以強(qiáng)化切割性能的鋸齒和銳化效果。據(jù)信，這種不均勻的粗化作用是由于沿著鍍層刃口38反向噴射去掉第二鍍層36材料的很小部分形成的，鍍層刃口38具有非常小的曲率半徑因此受到反向噴射的影響。產(chǎn)生不均勻粗化作用的這個(gè)過程最多實(shí)施幾分鐘，防止在其它位置去掉大量的第二鍍層36。
陰極電弧源是首選的，但其它類型的源例如噴射源也可以使用。
圖7描述了一個(gè)用于準(zhǔn)備具有鍍層的手術(shù)刀片20的優(yōu)選方法。這個(gè)所示的方法生產(chǎn)具有高度可復(fù)性的物理結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的手術(shù)刀片。在這個(gè)方法中，提供許多基底22，見標(biāo)號。如圖8所示，基底22堆疊在一起，用標(biāo)號210表示，利用一個(gè)銷202伸入對齊的孔30中來對齊基底22。對齊的基底22堆被放置在噴鍍裝置50中作為要噴鍍的物品40。
基底22最好是外科等級的不銹鋼，提供的硬化條件至少為54洛氏硬度，典型地在大約54到大約62之間。它們利用加熱器92通過把它們加熱到大約800°F到850°F的范圍保持大約45到大約90分鐘來退火，用標(biāo)號220表示。退火使不銹鋼的硬度降低了大約5個(gè)洛氏硬度。在典型情況下，不銹鋼退火到小于53的洛氏硬度，典型地得到大約46到小于大約53的范圍。大多數(shù)不銹鋼手術(shù)刀片在洛氏硬度計(jì)上測得的硬度在大約54到大約58的范圍內(nèi)。它們退火實(shí)現(xiàn)了至少降低5點(diǎn)硬度，使得最終手術(shù)刀片的洛氏硬度從大約46到小于大約53。然而，在一些情況下，不銹鋼手術(shù)刀片得到的洛氏硬度從大約58到大約62。退火這個(gè)手術(shù)刀片至少降低大約5點(diǎn)硬度，使得最終手術(shù)刀片的洛氏硬度從大約53到大約57，在一些應(yīng)用中這也是可接受的。然而，當(dāng)前最終手術(shù)刀片最好具有從大約46到小于大約53的硬度。
一般地公知有退火的不銹鋼，但是迄今為止這樣的退火還不為被夾角小于大約26度的切割刃口具有小夾角A的手術(shù)刀片所接受，因?yàn)樗a(chǎn)生的手術(shù)刀片的切割刃口在切割操作中太軟。用鍍層32噴鍍手術(shù)刀片的本方法使得不銹鋼退火到較低的硬度并仍然可以操作。退火的重要優(yōu)點(diǎn)是增加了最終手術(shù)刀片20特別是錐形區(qū)域26處的不銹鋼基底的延展性和韌度。因此，最終的具有鍍層的手術(shù)刀片，當(dāng)手術(shù)刀片碰到骨頭或其它堅(jiān)硬材料時(shí)，具有基底材料的韌度，而同時(shí)又具有非常高的銳度(由于小夾角A、鍍層32和鋒利的鍍層刃口38)，這在使用中可以保持較長的時(shí)間。
噴鍍鍍層32，用標(biāo)號230表示。第一鍍層34的噴鍍，用標(biāo)號240表示，所用的金屬最好但非必須與上覆的第二鍍層36的金屬成份相同。第一鍍層34輔助上覆層粘結(jié)到基底22的表面。第一鍍層32最好十分薄，在大約100埃到大約600埃的數(shù)量級。第一鍍層34通過用大約5微米的惰性氣體例如流動的氬氣(在發(fā)明者使用的裝置中以每分鐘大約200-450標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)的速率流動)較分壓回填噴鍍倉來實(shí)現(xiàn)噴鍍，然后使用大約-400伏的VBIAS從噴鍍目標(biāo)104噴鍍鋯或金屬合金。因?yàn)闅鍤獠慌c鋯產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，所以第一層34是金屬鋯或金屬合金。在通常情況下，第一層34要噴鍍大約6分鐘。
第二鍍層36的噴鍍，用標(biāo)號250表示，覆蓋在第一鍍層34上。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，第二層36是氮化鋯(ZrN)，它用大約5微米的流動的氮?dú)?在發(fā)明者使用的裝置中的流速大約為150-500sccm)較分壓回填噴鍍倉，然后使用大約-50伏的VBIAS從噴鍍目標(biāo)104噴鍍鋯。鋯原子與氮離子結(jié)合在第一鍍層36中產(chǎn)生ZrN層。第二鍍層36具有的厚度使鍍層32的總厚度從大約0.1到大約2.5微米。
在較后面的第二鍍層噴鍍步驟250中，VBIAS最好降低到一個(gè)負(fù)于-70伏的值，在大約-70伏到大約-600伏的范圍內(nèi)更好，最好為大約-400伏。在優(yōu)選的情況中，氮化鋯鍍層的噴鍍在這個(gè)電壓下連續(xù)進(jìn)行。結(jié)果是鍍層刃口38具有顯著增加的銳度，與在第二鍍層噴鍍步驟250的整個(gè)過程中保持VBIAS在-50伏時(shí)的銳度相比。這個(gè)強(qiáng)化銳度的可操作性不依賴于精確的機(jī)械知識，但是據(jù)信鍍層刃口38通過在步驟250的后面階段的反向噴射原理被原子級地磨成鋸齒并原子級地銳化。在通常情況下，噴鍍鍍層32大約為0.3微米厚，在第二鍍層噴鍍步驟250中，用-50伏的VBIAS噴鍍大約4-8分鐘，用大約-70到大約-600伏的VBIAS噴鍍大約30秒到大約3分鐘。為了得到更厚的鍍層32，在噴鍍步驟250中使用-50伏VBIAS的部分要延長，通常大約60-90分鐘產(chǎn)生2-1/2微米鍍層32。在噴鍍步驟250中使用大于-70伏VBIAS的部分最好不要顯著地延長，因?yàn)殄儗拥囊恍﹨^(qū)域可能被反向噴射過分削薄。
手術(shù)刀片20可以根據(jù)需要進(jìn)行后處理用于特定的應(yīng)用，用標(biāo)號260表示。這種后處理可以包括，例如通過拋光額外銳化鍍層刃口38，或者在鍍層32上施加另外的保護(hù)性涂層例如聚四氟乙烯。
雖然本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例以舉例的目的進(jìn)行了詳細(xì)描述，可以進(jìn)行各種修改和加強(qiáng)而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。相應(yīng)地，除所附的權(quán)利要求之外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，包含基底(22)，它具有主體(24)和在其上具有切割刃口(28)的錐形區(qū)域(26)，基底(22)由鋼制成，鋼被硬化到至少54洛氏硬度，然后退火到大約46到小于大約53的洛氏硬度；以及鍍層(32)，覆蓋在錐形區(qū)域(26)上，鍍層(32)的厚度從大約0.1到大約2.5微米，并且包含第一種金屬的第一鍍層(34)，和覆蓋在第一鍍層(34)上的第二鍍層(36)，第二鍍層(36)包含從釩、鉻、鋯、鈦、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢和其組合物中選出的第二種金屬與從氮、炭和其組合物中選出的非金屬形成的化合物，具有鍍層的手術(shù)刀片(20)在其上具有鍍層刃口(38)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，其特征在于，鍍層(32)的厚度為大約0.1到大約1.0微米。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，其特征在于，第一鍍層(34)包含鋯，第二鍍層(36)包含氮化鋯。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，其特征在于，第一種金屬和第二種金屬是相同的金屬。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，其特征在于，錐形區(qū)域(26)具有大約10到大約25度的夾角。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，其特征在于，鍍層刃口(38)被原子級地磨成鋸齒。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的具有鍍層的手術(shù)刀片(20)，其特征在于，基底(22)是外科等級的不銹鋼。
8.一種準(zhǔn)備具有鍍層的手術(shù)刀片(20)的方法，包含以下步驟提供手術(shù)刀片(20)形狀的基底(22)，手術(shù)刀片(20)具有一個(gè)主體(24)和一個(gè)在其上具有切割刃口(28)的錐形區(qū)域(26)，基底(22)由鋼制成，鋼被硬化到至少54洛氏硬度；然后退火基底(22)把它至少降低5個(gè)洛氏硬度；以及從噴鍍源在基底(22)的至少錐形區(qū)域(26)上噴鍍鍍層(32)，鍍層(32)的厚度為大約0.1到大約2.5微米，噴鍍步驟包含以下步驟首先噴鍍第一種金屬的第一鍍層(34)，然后在第一鍍層(34)上噴鍍第二鍍層(36)，第二鍍層(36)包含從釩、鉻、鋯、鈦、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢和其組合物中選出的第二種金屬與從氮、炭和其組合物中選出的非金屬形成的化合物，其中，第二次噴鍍的步驟包括在基底(22)相對于噴鍍源施加一個(gè)低于大約-70伏的負(fù)壓。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，噴鍍源是一個(gè)陰極電弧噴鍍源。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，鍍層(32)的厚度為大約0.1到大約1.0微米。
11.如權(quán)利要求8-10中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一種金屬和第二種金屬是相同的金屬。
全文摘要
一種手術(shù)刀片(20)通過在基底(22)的錐形區(qū)域(26)噴鍍鍍層(32)而制成，它被用一個(gè)從大約10到大約25度的夾角削尖成一個(gè)刃口。基底(22)用外科等級的不銹鋼制成，所述鋼被硬化到至少54的洛氏硬度，然后把它退火到大約46到小于大約53的洛氏硬度。覆蓋在錐形區(qū)域(26)上的鍍層(32)的厚度從大約0.1到大約2.5微米，并且包括第一種金屬的第一鍍層(34)和覆蓋在第一鍍層(34)上的第二鍍層(36)。第一鍍層(34)最好是鋯或鋯基合金，第二鍍層(36)最好是氮化鋯。通過在基底(22)上相對于噴鍍源施加一個(gè)較大的負(fù)電壓，刃口可以被原子級地銳化，同時(shí)噴鍍上第二鍍層(36)的部分厚度。
文檔編號B26B9/00GK1427751SQ01809098
公開日2003年7月2日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月15日
發(fā)明者內(nèi)森·K·梅克爾 申請人:分子冶金公司