[发明专利]具有抗菌生物活性MoO3-SiO2纳米晶复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开一种具有抗菌生物活性MoO₃‑SiO₂纳米晶复合涂层的制备方法，涉及双阴极等离子溅射沉积和离子氧化复合工艺以及涂层材料的结构设计与选材领域；本发明采用的双阴极等离子溅射沉积技术参数为：靶材电压800V~1000V,工件电压250V~350V，靶材与工件间距10mm~20mm,工作气压25Pa~40Pa，沉积温度750℃~950℃，沉积时间3.0h~5.0h；采用的离子氧化工艺参数为：靶材电压650~750V，工件电压250V~350V，靶材与工件间距10mm~20mm，工作气压25Pa~40Pa，O₂分压0.1Pa~1.0Pa，氧化试剂1.0h~2.0h；工件材料为海洋船体用各类不锈钢；本发明方法制备的MoO₃‑SiO₂纳米晶复合涂层具有高硬度、高韧性以及优异的腐蚀抗力和抗微生物腐蚀能力，能明显提高用于海洋船体用各类不锈钢的耐磨性、抗腐蚀性能和抗菌性能。

技术领域

本发明涉及双阴极等离子溅射沉积和离子氧化复合工艺以及涂层材料的结构设计与选材领域，特别是一种具有抗菌活性的MoO3-SiO2纳米晶复合涂层的制备方法，该方法适用于在不锈钢材料表面制备具有良好耐腐蚀性能、良好的抗菌性能、高的结合力与强韧性涂层。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，占地球面积71%的辽阔而神秘的海洋是生命的摇篮，人类未来也寄希望于海洋，随着陆地资源日益减少，开发广阔丰富的海洋资源成为人们不断地追求的新目标。海洋开发要面对恶劣的海洋环境，因而海洋资源开发和利用的基础设施面临着严重的海洋微生物腐蚀问题。目前全世界每年因腐蚀造成的经济损失约为7000亿美元，金属材料在海洋中的损失相当严重，并且腐蚀是导致各种基础设施和工业设备破坏和报废的主要原因。目前，采用表面改性手段在海洋金属材料表面制备各种涂层，将基体材料的力学性能和涂层材料的抗菌特性有效地结合，已成为改善海洋金属材料的耐微生物腐蚀最有效的方法之一。作为一个拥有1.8万km海岸线的世界海洋大国之一，研究海洋结构材料在海水中的微生物腐蚀具有十分重要的理论和现实意义。

海洋腐蚀环境苛刻，海水中的盐浓度高（一般在3.5%左右），富氧，并存在着大量海洋微生物，加之海浪冲击和阳光照射，海洋腐蚀环境较为严酷。在海洋环境中服役的基础设施和重工业设施的腐蚀问题严重，特别是船舶与海洋平台的腐蚀问题更加突出，腐蚀已经成为影响船舶、近海工程、远洋设施服役安全、寿命、可靠性的重要因素。而海洋微生物的存在，会附着在船底中生长和繁殖，从而使船体污损和发生腐蚀，造成船体粗糙，摩擦力增大，从而降低船舶航行的速度，增加燃耗。

MoO₃-SiO₂涂层复合材料可以有效提高基体材料的力学性能，且MoO₃为典型的光催化材料，具有无毒，光化学稳定性，可以有效降解污染物。目前制备该复合涂层的方法为化学沉积法，获得的涂层与基体结合度不好，且致密性差，晶粒度较大，无法得到均匀细小的纳米晶力学性能均较低，耐腐蚀性能差，且制备效率低，且并不涉及耐腐蚀性能及抗菌性能，无法满足现有远洋船舶材料需求。

发明内容

针对上述问题，本发明利用纳米晶MoO₃的抗菌特性，采用双阴极等离子溅射沉积技术和离子氧化的复合工艺，在工件表面制备具有抗菌特性MoO₃-SiO₂纳米晶复合涂层，该涂层具有特殊的纳米尺度表面形貌，能明显提高不锈钢的腐蚀抗力和表面抗菌活性。本发明目的是这样实现的：

分别依次采用双阴极等离子溅射沉积技术和离子氧化工艺，在工件表面制备MoO₃-SiO₂纳米晶复合涂层；

对于双阴极等离子溅射装置，通过调节靶材和工件电压以及通入真空室中的Ar气压，控制靶材（提供欲沉积的元素）溅射沉积量与工件表面的温度（较高且合适的处理温度有利于元素在基体的扩散，提高其扩散速率，并形成均匀致密的纳米晶，有利于增加涂层厚度，提高对于基体材料的保护）。