[发明专利]一种抗菌不锈钢的加工方法

说明书

本发明公开了一种抗菌不锈钢的加工方法，将奥氏体不锈钢试样置于表面合金化设备中，充入少量氮气,在阴极和源极之间施加直流电压，轰击清理试样表面，利用阴极与源极间形成的空心阴极效应使试样升温，试样温度升至900‑1000℃时,调整阴、源两极电压,使温度保持稳定进行渗铜，保温60min后关闭源极电压；调整阴极电压使试样温度保持在800‑900℃,保温3h后,关闭阴极电压,试样随炉冷却。本发明本采用等离子表面合金化和辉光轰击热扩散技术,在不锈钢表面制备获得了表面含铜的合金层，制得的不锈钢抗菌表层厚度3.0μm，表面含铜质量百分数为5.26％，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都表现出良好的抗菌效果。

技术领域

本发明涉及一种抗菌不锈钢的加工方法，属于金属材料加工领域。

背景技术

不锈钢因其具有好的耐腐蚀性和强度，因而被广泛应用于制造手术刀等医疗器械，然而想要应用于卫生领域还需要具有优良的抗菌性能。目前常见的方法是在不锈钢生产过程中直接添加一些具有抗菌作用的金属元素(如银、铜等),再通过特殊的抗菌处理即可使不锈钢具有抗菌性,但这种整体冶炼方法工艺复杂,并且低熔点银/铜合金元素的添加,易导致不锈钢整体力学性能的劣化。实际使用时发挥抗菌功能的区域是其与其它介质接触的表面,因此,可以考虑通过表面改性提升抗菌能力。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种操作简单的抗菌不锈钢的加工方法，可以使不锈钢获得抗菌性能，且不影响不锈钢的整体力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗菌不锈钢的加工方法，包括如下步骤：

(1)将奥氏体不锈钢试样用砂纸打磨、抛光至表面粗糙度Ra＜0.03μm；

(2)将奥氏体不锈钢试样置于表面合金化设备中，充入少量氮气,在阴极和源极之间施加直流电压,产生辉光放电,轰击清理试样和纯铜靶材表面，利用阴极与源极间形成的空心阴极效应使试样升温，试样温度升至900-1000℃时,调整阴、源两极电压,使温度保持稳定进行渗铜，保温60min后关闭源极电压；

(3)调整阴极电压使试样温度保持在800-900℃,保温3h后,关闭阴极电压,试样随炉冷却。

作为本发明的一个优选方案，所述奥氏体不锈钢主要成分为0.076wt％C、18.18wt％Cr、8.37wt％Ni。

作为本发明的一个优选方案，所述表面合金化设备中的极限真空度＜6.7×10^-2Pa。

作为本发明的一个优选方案，所述表面合金化设备中的工件电压-550～-600V。

铜在不锈钢中的扩散机制主要是空位机制,铜原子通过与空位交换位置而实现迁移.普通渗金属过程中,一定温度下金属基体中存在一个平衡空位浓度.本研究采用的等离子表面冶金技术,由于离子对工件表面的轰击,造成金属基体表层形成大量空位的晶体缺陷层,从而可以溶入更多的合金元素,在基体表层形成空位浓度梯度.此外,等离子渗金属过程中,氩离子对工件表面的轰击可以侵蚀掉表面氧化物等钝化层,不断活化工件表面,增强基体对金属离子的吸附能力

在等离子表面合金化过程中,铜元素很容易从阴极表面溅射出来,即形成反溅射。由于铜在不锈钢中的固溶度很低，会制约铜向不锈钢基体的扩散，而铜自身溅射率很高,可以提供充足的供给量,从而在不锈钢表面会形成沉积层。因此,本实验采用在不锈钢表面形成一定的铜元素浓度梯度之后,关闭源极切断铜元素的供给,借助工件极辉光等离子轰击及热扩散效应使铜元素继续向基体内部扩散。

本发明本采用等离子表面合金化和辉光轰击热扩散复合处理技术,在不锈钢表面制备获得了表面含铜的合金改性层,制得的不锈钢抗菌表层厚度3.0μm，表面含铜质量百分数为5.26％，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都表现出良好的抗菌效果。

具体实施方式