等離子滲金屬技術(shù)制備表面滲銅層抗菌不銹鋼及性能研究.pdf

1、抗菌不銹鋼是一種新型的抗菌材料,具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗菌性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、食品加工、公共衛(wèi)生等行業(yè)。因此,研究具有抗菌性能的不銹鋼成為近年來(lái)研究功能材料的新熱點(diǎn)。
　　本研究采用等離子滲金屬技術(shù),在0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼表面滲銅,制備滲銅層抗菌不銹鋼。利用金相顯微鏡和掃描電鏡(SEM)對(duì)滲銅層表面形貌、滲層組織、微觀特征進(jìn)行觀察;利用能譜儀(EDS)和 X射線衍射儀(XRD)分別對(duì)滲銅層元素分布和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行

2、分析;用顯微硬度計(jì)(HV-1000)檢測(cè)滲銅層的顯微硬度及其分布狀況;采用M200磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行滑動(dòng)干摩擦試驗(yàn),檢測(cè)滲銅層摩擦磨損性能;通過(guò)動(dòng)電位電化學(xué)腐蝕測(cè)量?jī)x(P268),獲得滲銅不銹鋼在酸、堿、鹽中的極化曲線,考核滲銅層的耐蝕性能;最后采用薄膜密著法對(duì)滲銅不銹鋼表面抗大腸桿菌的性能進(jìn)行了考核和評(píng)估。研究結(jié)果如下:
　　(1)采用等離子滲金屬技術(shù),可在0Cr18Ni9不銹鋼表面獲得滲銅層。最佳工藝參數(shù)為:預(yù)轟擊30min,工作

3、氣壓20Pa,源極電壓1000V,工件電壓500V,極間距25mm,保溫溫度950℃,保溫時(shí)間3h。
　　(2)滲銅層表面平整光滑,滲層銅含量由表及里逐漸降低,呈梯度分布,組織均勻。滲層最大厚度可達(dá)33μm,表面銅含量為3.5％,滲層與基體為冶金結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)度高。在等離子滲金屬過(guò)程中,基體中的Cr發(fā)生了向表面遷移的現(xiàn)象。
　　(3)滲銅層表面的相組成主要為Fe、Cu、CuxFe1-x、CuO、Cu0.81Ni0.19。

4、>　　(4)滲銅層硬度由表層到基體逐漸降低,呈梯度分布。
　　(5)在本工藝條件下,銅原子的濺射產(chǎn)額與離子入射能量成正比例關(guān)系,但離子入射能量超過(guò)95eV時(shí),濺射產(chǎn)額開始減小;銅的擴(kuò)散系數(shù)隨著擴(kuò)散距離的增加而減小。
　　(6)摩擦磨損性能試驗(yàn)表明:隨試驗(yàn)載荷的增加,滲銅層摩擦系數(shù)減小,磨損量小于未經(jīng)處理的不銹鋼試樣,滲銅層的磨損機(jī)理為粘著磨損和磨粒磨損。在磨損過(guò)程中,滲層中的軟質(zhì)相銅起到潤(rùn)滑作用,硬質(zhì)相起到強(qiáng)有力的支撐作用,

5、滲銅不銹鋼表現(xiàn)出良好的耐磨損能力。
　　(7)耐蝕性能試驗(yàn)表明:在1mol/LHNO3、3.5%NaCl溶液中,滲銅不銹鋼試樣耐腐蝕性能比未處理不銹鋼試樣略有下降,但在1mol/LNaOH溶液中,滲銅后不銹鋼試樣耐腐蝕性能有所提高。滲銅不銹鋼表面彌散分布含銅相,造成不銹鋼表面不能形成連續(xù)的鈍化膜,使?jié)B銅不銹鋼耐腐蝕性能有所下降,但等離子滲銅后不銹鋼表面Cr的含量提高,使不銹鋼滲銅后仍保持了與未處理不銹鋼相當(dāng)?shù)哪臀g性能。
　　

6、(8)抗菌性能試驗(yàn)表明:滲層表面銅含量為2.5wt%時(shí),表現(xiàn)出抗菌性,其抗菌率為95.3%,抗菌率隨著表面銅含量的增加而提高;滲層抗菌作用時(shí)間18小時(shí)后,表現(xiàn)出抗菌性,其抗菌率為92.3%,抗菌率隨著抗菌作用時(shí)間延長(zhǎng)而提高;當(dāng)表面銅含量為3.5wt%、抗菌作用時(shí)間36小時(shí)后,其抗菌率為99.9%。
　　(9)抗菌不銹鋼的抗菌機(jī)理:抗菌不銹鋼表面的銅以富銅相析出并以 Cu2+溶出,Cu2+穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞與硫基(-SH)結(jié)合,使蛋