磁控濺射Cu-TiN納米抗菌多層膜制備及性能研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，健康生活越來(lái)越成為了人們追求的一種生活理念和社會(huì)發(fā)展的潮流?？咕牧显诰G色生活中演繹著越來(lái)越重要的角色。由于不銹鋼在生活中的廣泛應(yīng)用，制備具有抗菌性能的不銹鋼具有著重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。
　　本論文應(yīng)用直流和射頻磁控濺射的方法，在不銹鋼基體上制作了不同調(diào)制周期的銅/TiN納米多層膜，同時(shí)，用金屬蒸汽真空弧離子源(MEVVA)金屬離子注入的方法，在不銹鋼、鈦合金和純鋁試樣上進(jìn)行了Cu離子的注入。利用光學(xué)顯微鏡和

2、掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)多層膜表面形貌以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，利用X射線(xiàn)光電子能譜儀(XPS)、X射線(xiàn)能譜儀(EDS)和X射線(xiàn)衍射儀(XRD)對(duì)表面膜層的元素分布、價(jià)態(tài)，相結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析。通過(guò)動(dòng)電位電化學(xué)腐蝕測(cè)出Tafel曲線(xiàn)以及0.87％生理鹽水中浸泡，以評(píng)估表面的腐蝕性能。同時(shí)也檢測(cè)了表面的摩擦磨損性能、顯微硬度和納米硬度。最后利用平板計(jì)數(shù)法對(duì)表面抗大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌的性能進(jìn)行了評(píng)估和分析。
　　通過(guò)截面觀察發(fā)現(xiàn)多層膜

3、的納米多層結(jié)構(gòu)，單層厚度過(guò)大時(shí)，由于表面應(yīng)力過(guò)大而易于產(chǎn)生裂紋，因此在合適的調(diào)制周期和單層厚度下制備的納米多層膜具有較好的表面結(jié)構(gòu)和性能。顯微硬度表明多層膜試樣的硬度有著較大提高，納米硬度分析表明硬度值隨TiN整體含量的增大而增大。憑借黃銅膜層良好的潤(rùn)滑性和TiN層較高的硬度，多層膜表現(xiàn)出了較好的摩擦磨損性能，在合適的調(diào)制周期下，多層膜試樣不僅表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)，而且具有很長(zhǎng)的磨透時(shí)間，最長(zhǎng)超過(guò)8000秒。通過(guò)對(duì)Cu離子注入樣品的摩擦

4、磨損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Cu離子注入不銹鋼和鈦合金試樣的摩擦磨損性能沒(méi)有提高，Cu離子注入鋁試樣的摩擦磨損性能有明顯提高。多層膜的耐腐蝕性能比不銹鋼稍有降低，但是降低幅度不大，基本上達(dá)到了不銹鋼的耐腐蝕效果。
　　EDS和XRD分析結(jié)果表明，多層膜的主要組成元素為Cu、Ti和Zn，多層膜總體上表現(xiàn)出TiN(200)和Cu(111)的擇優(yōu)取向。XPS分析證明，在TiN層中有一定的銅的單質(zhì)的存在，含量在5%左右；同時(shí)含有很少量的Zn。
　

5、　抗菌結(jié)果發(fā)現(xiàn)多層膜試樣在24小時(shí)內(nèi)的抗菌率都在99%以上。銅在外層TiN膜中的摻雜分布使多層膜具有了良好的抗菌性。由于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌各自不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，多層膜試樣對(duì)兩種細(xì)菌顯示出了不同的抗菌效率，在1小時(shí)抗菌后對(duì)大腸桿菌的抗菌率都為99%以上，而對(duì)于金黃色葡萄球菌在1小時(shí)的抗菌率在30%～95%之間，在6小時(shí)后對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率達(dá)到了99%以上。由于Zn強(qiáng)的氧化性，抗菌檢測(cè)后在多層膜表面形成了氧化鋅的小顆粒，并在小顆粒