[发明专利]一种不锈钢表面铜银渗镀层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面渗镀离子的方法，尤其是一种采用双层辉光离子渗金属方法和化学镀覆方法相结合在不锈钢表面渗镀铜银的方法。

背景技术

现有抗菌不锈钢分为表面涂层抗菌不锈钢、复合抗菌不锈钢、添加抗菌元素抗菌不锈钢。

表面涂层抗菌不锈钢一般是以不锈钢为基体，通过喷涂、辊涂、溶胶、复合镀等工艺将有机抗菌剂、光触媒粉末材料涂覆其上，形成具有独特抗菌性的涂层产品。但是，金属材料经常需要高温热处理，而有机抗菌剂的耐热性比较差。另外，光触媒涂层只有在阳光照射下才具有抗菌效果，这样就大大限制了其应用。

复合抗菌不锈钢是利用铜合金的抗菌性能与不锈钢材料的力学性能及其工艺性，将两者复合到一起而获得抗菌性，但是工艺过程较为复杂。

添加抗菌元素抗菌不锈钢是通过添加铜、银元素和不锈钢整体冶炼，或双层辉光离子渗铜或银元素，或离子注入铜或银元素来得到具有抗菌性的不锈钢。

添加铜、银整体冶炼法是在进行不锈钢冶炼过程中加入抗菌元素铜或银，此方法消耗能源与原料太多，且经过锻造、轧制、固溶时效热处理工艺后，抗菌元素银和铜在不锈钢基体内均匀地弥散析出，从而起到抗菌杀菌作用，其工艺复杂，难以掌控。由于抗菌不锈钢发挥抗菌功能的区域是与其他介质接触的表面，因此，如果能够在表面形成抗菌改性层，不仅可以降低能源和资源的消耗，减少环境污染，还能简化工艺，节约成本。

双层辉光离子渗铜或银的方法是将不锈钢基材置入双层辉光离子渗金属炉中进行铜或银元素的渗透，有专利记载其工艺参数为：源极电压为0.7～1.4KV，工件电压为0.6～1.2KV，温度为800～1050℃，极间距为10～20mm，渗入时间为2～4h。但是，由于银元素的抗菌杀菌效果是由银单质或银离子的作用引起的，在该技术下，银极易被氧化，使银不能以单质的形态存在，进而影响不锈钢的杀菌效果。

离子注入铜或银的方法是将不锈钢基材置入设备中注入铜或银离子，该方法注入层膜一般＜1μm，对于金属离子在钢中注入，一般仅几十至二三百纳米，从而抗菌不锈钢的抗菌层极易被磨损掉，抗菌持久性能差；另外，设备造价高，对于复杂形状的工件难以实现注入，严重影响其推广应用。

双层辉光离子渗金属及其渗金属炉是一种表面合金化的技术和设备，可以在金属基材上形成金属靶材元素的渗镀层，由于渗镀层中靶材元素的浓度由基体至表面逐渐增大，呈梯度分布，因此，表面渗镀层与基体之间有很好的结合强度。该技术具有无公害、可处理大批量及大面积工件、渗镀厚度和成分范围均很宽等诸多优点。

化学镀覆技术是用还原剂将溶液中的需镀元素离子还原沉积在具有催化活性材料表面上形成镀层的一种技术，具有以下特点：均镀和深镀能力好，可以在复杂的材料表面产生厚度均匀的镀层；镀层晶粒细，致密，空隙率低，具有优异的表面性能；工作温度低，镀层与基材结合强度高，厚度可控；镀层具有特殊的机械，物理和化学性能；设备简单，操作容易。

因此，本发明采用双层辉光离子渗金属技术渗铜，化学镀银，最后进行真空热扩散制备抗菌不锈钢。

发明内容

本发明提供一种不锈钢表面铜银渗镀层的制备方法，以克服现有整体冶炼法所带来的能源与原料消耗较多，后续工艺复杂，难以掌控的问题；离子注入法造成的抗菌效果不能持久的问题；单一双层辉光离子渗金属技术或化学镀技术所产生的灭菌速率小的问题；喷涂、辊涂、溶胶、复合镀等技术带来的受高温处理和阳光照射条件约束的问题。

本发明自称的一种不锈钢表面铜银渗镀层的制备方法，包括双层辉光离子渗金属方法，化学镀覆方法，该方法利用双层辉光离子渗金属方法在不锈钢基材表面渗铜，并去除不锈钢基材表面的氧化层和铜膜；然后利用化学镀覆方法在不锈钢基材表面镀银；最后将镀银后的不锈钢基材进行热扩散处理，使不锈钢基材表面形成铜、银梯度分布的抗菌杀菌膜层。

上述技术方案中利用双层辉光离子渗金属方法在不锈钢基材表面渗铜是首先将不锈钢基材置入双层辉光离子渗金属炉，溅射靶材选用铜板，靶材和基材采用竖直悬挂设置，间距为25mm，本体真空度为1.8Pa，工作气体为高纯氩气；其次对不锈钢基材表面进行基材溅射清理，工艺参数为：工作气压20±5Pa，基材工作电压200～500V，清理时间0.5h；最后对不锈钢基材表面进行渗铜，工艺参数为：工作气压40±5Pa，溅射靶电压680～700V，基材工作电压380～420V，试样温度910～920℃，保温时间4h。