不銹鋼表面抗菌合金層的制備及性能研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼，由于具有優(yōu)良的耐蝕性及良好的可加工性，而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。然而，常規(guī)不銹鋼不具有抗菌功能，不適宜易感染細菌、病毒等有害微生物的應(yīng)用環(huán)境。針對此問題，通過表面處理，使不銹鋼具有抗菌功能，不僅具有應(yīng)用前景，且有理論研究價值，是目前不銹鋼表面改性研究的熱點。由于傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)，很難在不銹鋼表面制備出足夠厚度且膜基結(jié)合良好的抗菌改性層，并且表面抗菌不銹鋼在使用過程中有可能承受各種腐蝕、磨損等多重因素

2、的復(fù)合工況，而過薄的抗菌改性層在復(fù)雜的工況條件下，容易損耗掉，易使表面改性不銹鋼失去其抗菌性能，一定程度限制了其的廣泛使用。因此，在滿足表面抗菌性能的前提下，改性層還應(yīng)具有一定厚度，同時有必要考核其表面常規(guī)性能指標。
　　 本文采用等離子表面合金化技術(shù)，在不銹鋼表面通過等離子滲Cu、Ni-Cu復(fù)合滲和Ni、Cu共滲，獲得表面Cu合金改性層，使不銹鋼具備表面抗菌性能。合金層是與基體冶金結(jié)合的擴散層，可為具備持久抗菌性能的表面抗菌不

3、銹鋼的制備提供參考。主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.研究了不同工藝對不銹鋼表面Cu合金層成分和厚度的影響。結(jié)果表明，工藝參數(shù)對Cu合金化不銹鋼表面Cu含量無明顯影響，對合金層厚度有較大影響。通過優(yōu)化工藝，1000℃可在不銹鋼表面形成致密、連續(xù)的Cu滲鍍復(fù)合層，厚度約26μm，表面Cu含量達到80％以上。由于Cu在不銹鋼中溶解度較低，Cu合金化需要較高溫度才能完成，并且制備的合金層主要為Cu鍍層?？紤]Ni為不銹鋼的主要合金元素，并可

4、與Cu無限互溶，因此以Ni合金層為過渡層，通過Ni-Cu復(fù)合處理，在較低溫度下可在不銹鋼表面形成Cu合金層。實驗結(jié)果表明，900℃形成的Ni-Cu合金層厚度約25μm，為擴散層。研究了不同氣壓對NiCu合金層表面結(jié)構(gòu)和成分的影響。隨著工作氣壓的增大，NiCu合金層表面Cu含量逐漸增大，合金層的厚度呈先增后減趨勢。
　　 2.對表面合金化不銹鋼的抗菌性能進行了相關(guān)測試。結(jié)果表明，表面Cu含量較高的Cu合金化不銹鋼和Ni-Cu復(fù)合處

5、理不銹鋼在較短時間內(nèi)便可表現(xiàn)出優(yōu)良的抗菌效果。比較而言，表面Cu含量相對較低的NiCu合金化不銹鋼，需要較長時間才可以完全殺滅測試細菌。探討了含Cu量不同的NiCu合金化不銹鋼的殺菌效果。在與細菌接觸相同時間內(nèi)，隨著表面Cu含量的增加，合金化不銹鋼的殺菌能力逐漸增強。
　　 3.研究了細菌與表面合金化不銹鋼作用前后DNA和菌體表面形貌的變化，分析了表面合金化不銹鋼的抗菌機理。結(jié)果表明，與測試菌種作用后，表面合金化不銹鋼表面有Cu

6、離子釋放。隨著作用時間的延長，析出的Cu離子濃度逐漸增大。Cu離子與細菌的細胞壁發(fā)生作用，導(dǎo)致細胞質(zhì)流出，細菌死亡。細菌被殺滅過程中，DNA并未受到破壞。
　　 4.以GCr15為配副，對三種合金化不銹鋼的摩擦學(xué)性能及機理進行了研究，并在相同測試條件下與不銹鋼基材的摩擦磨損性能進行對比。Cu合金層表面存在高含量的Cu，且具有與基體相近的硬度，可以有效阻止鋼球與不銹鋼基體直接接觸，顯著提高不銹鋼的減摩及耐磨性能。Ni-Cu復(fù)合處理

7、層也具有較好的減摩作用，對不銹鋼耐磨性也有一定程度改善，但合金層硬度較低，抗磨性能遠不如Cu合金層。NiCu合金層對提高不銹鋼的減摩及耐磨性能均無明顯效果。
　　 5.采用電化學(xué)方法，對不銹鋼及三種表面改性合金在0.5mol/L的 NaCl溶液中的耐蝕性進行了對比測試分析。結(jié)果表明，在相同腐蝕條件下，三種表面合金化不銹鋼的耐蝕性能均有不同程度下降，其中抗菌功能較強的Cu合金化及Ni-Cu復(fù)合處理不銹鋼耐蝕性能下降明顯。在腐蝕過程