雙層輝光技術(shù)制備銅-銦抗菌不銹鋼及其性能研究.pdf

1、抗菌不銹鋼的開發(fā)與人們生產(chǎn)和生活息息相關(guān),開發(fā)防止微生物腐蝕的功能化抗菌金屬材料已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)課題,這一研究具有廣闊的應(yīng)用前景和科學(xué)意義。采用雙層輝光等離子表面冶金技術(shù),結(jié)合空心陰極放電效應(yīng),對(duì)06Cr19Ni10不銹鋼進(jìn)行銅(Cu)、銦(In)共滲,制備出了表面含Cu-In合金層的抗菌不銹鋼。研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.陰極、源極結(jié)構(gòu)
　　(1)源極材料采用板狀狀合金（Cu:In=85:15)和粉末合金(Cu:In=7

2、0:30)搭配,解決了高溫易導(dǎo)致源極熔化的問(wèn)題,同時(shí)保證了Cu、In元素供應(yīng)量。優(yōu)化源極結(jié)構(gòu),形成空心陰極效應(yīng),加強(qiáng)源極元素的濺射量。
　　(2)采用方形輔助陰極,與工件之間形成不等電位空心陰極、等電位空心陰極效應(yīng),進(jìn)一步加強(qiáng)濺射,提高升溫和保溫的效率。方形輔助陰極設(shè)計(jì)為徑向距離可調(diào),兩極間距離和兩工件距離可獨(dú)立控制。
　　2.工藝參數(shù)的優(yōu)化
　　(1)研究了工作氣壓、陰極兩板間距、保溫溫度、保溫時(shí)間等滲金屬實(shí)驗(yàn)工藝參

3、數(shù)對(duì)滲層表面銅、銦含量、滲層厚度、沉積層厚度的影響。以滲層銅、銦含量盡量高,滲層盡量厚,沉積層盡量薄為原則,確定了304不銹鋼表面滲銅、銦雙輝實(shí)驗(yàn)最佳工藝參數(shù)。
　　極限真空度1～3 Pa,工作氣體Ar2,工作氣壓33Pa左右,源極電壓–900V左右,工件電壓–450 V左右,保溫溫度1000℃,保溫時(shí)間4.5 h。
　　3.滲層結(jié)構(gòu)分析
　　(1)通過(guò)使用硫酸對(duì)試樣滲層截面進(jìn)行金相腐蝕,發(fā)現(xiàn)試樣滲層截面出現(xiàn)了白亮層(

4、厚度15~20μm)和滲層暗帶大于65μm。通過(guò)EDS分析發(fā)現(xiàn)滲層暗帶為珠光體組織。沿滲層表層向基體方向,銅、銦元素含量遞減。銦原子遞減梯度較慢,銅原子遞減梯度較快,鉻向基體表層遷移。
　　(2)進(jìn)行 XRD分析,在滲層表面發(fā)現(xiàn)了 Cu,InCrO3,CCuO3,Mn2.17Ni0.7Cu0.13O4等含有銅、銦元素的物質(zhì)。
　　4.滲層性能分析
　　(1)根據(jù)抗菌行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QB/T2591-2003,采用薄膜密貼法對(duì)

5、試樣進(jìn)行抗菌試驗(yàn)檢測(cè),結(jié)果表明,在最佳工藝參數(shù)下制備的表面含 Cu、In不銹鋼對(duì)大腸桿菌和葡萄球菌的抗菌率都達(dá)到90％以上。當(dāng)滲層中 In含量為0.11%時(shí),不銹鋼有優(yōu)良的抗菌性能;當(dāng) In含量達(dá)0.35%時(shí),不銹鋼具有強(qiáng)抗菌作用,抗菌率超過(guò)95%。
　　(2)對(duì)試樣進(jìn)行抗菌持久性實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,表面磨損后,試樣的抗菌作用仍超過(guò)95%。對(duì)滲后試樣和未處理試樣在3.5%的NaC溶液中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果顯示,滲后試樣耐腐蝕性