雙輝技術(shù)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(kāi)發(fā)與人們生產(chǎn)和生活息息相關(guān),開(kāi)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(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)及尖端放電增強(qiáng)效應(yīng),對(duì)06Cr19Ni10不銹鋼進(jìn)行銅(Cu)、鈰(Ce)共滲,再經(jīng)過(guò)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(xué)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(jié)構(gòu)

2、。通過(guò)設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu),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(kuò)散層厚度以及表面顯微硬度的變化規(guī)律。對(duì)該含 Cu-Ce滲層的試樣進(jìn)行了抗菌性及抗菌持久性試驗(yàn),分析了不同固溶處理工藝及不同 Cu、Ce含量對(duì)滲層抗菌性能的影響,采用環(huán)-塊滑動(dòng)干摩擦方式檢測(cè)了含 Cu、Ce不銹鋼表面的摩擦磨損性能,通過(guò)電化學(xué)腐蝕對(duì)比試驗(yàn)分析了試樣的耐腐蝕性能。研究結(jié)果如下:
　　(一)陰極、源極結(jié)構(gòu)
　　(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(dǎo)致源極熔化的問(wèn)題,同時(shí)保證了 Cu、Ce元素供應(yīng)量。優(yōu)化源極結(jié)構(gòu),形成空心陰極效應(yīng)及尖端放電現(xiàn)象,加強(qiáng)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(yīng),進(jìn)一步加強(qiáng)濺射,提高升溫和保溫的效率。將筒狀輔助陰極設(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)立控制研究。
　　(二)工藝參數(shù)
　　(1)采用雙輝等

4、離子表面冶金技術(shù)在06Cr19Ni10不銹鋼表面進(jìn)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(shí)間4.5 h。
　　(2)對(duì)經(jīng)雙輝技術(shù)滲 Cu、Ce后的不銹鋼進(jìn)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(biāo)準(zhǔn) QB/T2591-2003,采用薄膜密貼法對(duì)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、Ce不銹鋼對(duì)大腸桿菌和葡萄球菌的抗菌率都達(dá)到99％以上。當(dāng)滲層中 Ce含量為0.11%時(shí),不銹鋼有優(yōu)良的抗菌性能;當(dāng) Ce含量達(dá)3.25%時(shí),不銹鋼具有強(qiáng)抗菌作用。
　　(2)對(duì)試樣進(jìn)行抗菌持久性實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,表面磨損對(duì)試樣抗菌性影響不大。對(duì)滲后試樣和未處理

6、試樣在3.5% NaCl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(jī)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(guò)程中,滲層中的軟質(zhì)相 Cu起到潤(rùn)滑作用,硬質(zhì)相起到強(qiáng)有