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,具有強度高、耐腐蝕、抗菌性能好等優(yōu)點,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研究功能材料的新熱點。
　　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)對滲銅層表面形貌、滲層組織、微觀特征進行觀察;利用能譜儀(EDS)和 X射線衍射儀(XRD)分別對滲銅層元素分布和相結(jié)構(gòu)進行

2、分析;用顯微硬度計(HV-1000)檢測滲銅層的顯微硬度及其分布狀況;采用M200磨損試驗機進行滑動干摩擦試驗,檢測滲銅層摩擦磨損性能;通過動電位電化學(xué)腐蝕測量儀(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滲銅不銹鋼表面抗大腸桿菌的性能進行了考核和評估。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33μm,表面銅含量為3.5％,滲層與基體為冶金結(jié)合,結(jié)合強度高。在等離子滲金屬過程中,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95eV時,濺射產(chǎn)額開始減小;銅的擴散系數(shù)隨著擴散距離的增加而減小。
　　(6)摩擦磨損性能試驗表明:隨試驗載荷的增加,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,滲銅層的磨損機理為粘著磨損和磨粒磨損。在磨損過程中,滲層中的軟質(zhì)相銅起到潤滑作用,硬質(zhì)相起到強有力的支撐作用,

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)抗菌性能試驗表明:滲層表面銅含量為2.5wt%時,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;滲層抗菌作用時間18小時后,表現(xiàn)出抗菌性,其抗菌率為92.3%,抗菌率隨著抗菌作用時間延長而提高;當(dāng)表面銅含量為3.5wt%、抗菌作用時間36小時后,其抗菌率為99.9%。
　　(9)抗菌不銹鋼的抗菌機理:抗菌不銹鋼表面的銅以富銅相析出并以 Cu2+溶出,Cu2+穿透細胞壁進入細胞與硫基(-SH)結(jié)合,使蛋