雙輝技術制備06Cr19Ni10不銹鋼表面含銅-鈰合金抗菌層及抗菌性能研究.pdf

1、抗菌不銹鋼的開發(fā)與人們生產(chǎn)和生活息息相關,開發(fā)出防止微生物腐蝕的功能化抗菌金屬材料已成為近年來研究的熱點課題,這一研究具有廣闊的應用前景和科學意義。采用雙層輝光等離子表面冶金技術,結合空心陰極放電效應及尖端放電增強效應,對06Cr19Ni10不銹鋼進行銅(Cu)、鈰(Ce)共滲,再經(jīng)過特殊固溶處理,制備出了表面含 Cu-Ce合金層的抗菌不銹鋼。采用光學顯微,掃描電鏡(SEM)、電子能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)等方法研究了滲層結構

2、。通過設計電極結構,優(yōu)化滲鍍工藝參數(shù),獲得了一定條件下滲層 Cu、Ce含量,沉積層、擴散層厚度以及表面顯微硬度的變化規(guī)律。對該含 Cu-Ce滲層的試樣進行了抗菌性及抗菌持久性試驗,分析了不同固溶處理工藝及不同 Cu、Ce含量對滲層抗菌性能的影響,采用環(huán)-塊滑動干摩擦方式檢測了含 Cu、Ce不銹鋼表面的摩擦磨損性能,通過電化學腐蝕對比試驗分析了試樣的耐腐蝕性能。研究結果如下:
　　(一)陰極、源極結構
　　(1)源極材料采用棒

3、狀合金( Cu:Ce=9:1)和粉末合金( Cu:Ce=7:3)搭配,解決了高溫易導致源極熔化的問題,同時保證了 Cu、Ce元素供應量。優(yōu)化源極結構,形成空心陰極效應及尖端放電現(xiàn)象,加強源極元素的濺射量。
　　(2)采用筒狀輔助陰極,與工件之間形成不等電位空心陰極效應,進一步加強濺射,提高升溫和保溫的效率。將筒狀輔助陰極設計為徑向距離可調(diào),兩極間距離和兩工件距離可獨立控制研究。
　　(二)工藝參數(shù)
　　(1)采用雙輝等

4、離子表面冶金技術在06Cr19Ni10不銹鋼表面進行 Cu、Ce共滲,獲得最佳 Cu-Ce滲層的工藝參數(shù)為:
　　極限真空度1~3 Pa;工作氣體Ar2;工作氣壓40 Pa左右;源極電壓–1000 V左右;工件電壓–550 V左右;保溫溫度1025℃;保溫時間4.5 h。
　　(2)對經(jīng)雙輝技術滲 Cu、Ce后的不銹鋼進行特殊固溶處理,使其析出富 Ce相的最佳工藝參數(shù)為:
　　加熱至1025℃,保溫30 min,水淬。

5、
　　(三)滲層性能
　　(1)根據(jù)抗菌行業(yè)標準 QB/T2591-2003,采用薄膜密貼法對試樣進行抗菌試驗檢測,結果表明,在最佳工藝參數(shù)下制備的表面含 Cu、Ce不銹鋼對大腸桿菌和葡萄球菌的抗菌率都達到99％以上。當滲層中 Ce含量為0.11%時,不銹鋼有優(yōu)良的抗菌性能;當 Ce含量達3.25%時,不銹鋼具有強抗菌作用。
　　(2)對試樣進行抗菌持久性實驗,結果表明,表面磨損對試樣抗菌性影響不大。對滲后試樣和未處理

6、試樣在3.5% NaCl溶液中進行電化學腐蝕對比試驗,結果顯示,滲后試樣耐腐蝕性能顯著提高。此外,滲后試樣表層截面硬度也顯著提高。
　　(3)滲后不銹鋼的摩擦系數(shù)隨載荷的增加而減小。在低載和高載條件下滲層磨損量和磨損率均小于未處理試樣,滲后試樣摩擦磨損性能明顯提高。滲 Cu-Ce不銹鋼試樣的磨損機理為粘著磨損和磨粒磨損,在低載荷下主要是粘著磨損,高載荷下主要是磨粒磨損。在磨損過程中,滲層中的軟質相 Cu起到潤滑作用,硬質相起到強有