含銅不銹鋼及其表面改性的方法

1143 編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng) 來源：太原科技大學(xué)

2022-11-10 15:05:55

權(quán)利要求

1.含銅不銹鋼表面改性的方法，其特征在于，采用真空電子束掃描方式對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描，所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為40-100kV，束流為6-10mA，掃描速度為200-300mm/min，掃描半徑為0.8-1.5mm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為50-100kV，束流為6-9mA，掃描速度為200-280mm/min，掃描半徑為0.8-1.3mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為50-90kV，束流為7-9mA，掃描速度為220-280mm/min，掃描半徑為0.8-1.2mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行連續(xù)掃描時(shí)的真空度＜10-2Pa。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行連續(xù)掃描時(shí)的真空度＜10-3Pa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描之前先進(jìn)行含銅不銹鋼表面清洗。

7.含銅不銹鋼，采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含銅不銹鋼，其特征在于，所述含銅不銹鋼的硬度≥155HV；表面粗糙度Ra≤2.5；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥98%和≥97%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-210mV。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含銅不銹鋼，其特征在于，所述含銅不銹鋼的硬度≥160HV；表面粗糙度Ra≤2.0；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥99%和≥99%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-200mV。

10.權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的含銅不銹鋼在醫(yī)療衛(wèi)生和家庭衛(wèi)生設(shè)備的應(yīng)用。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種含銅不銹鋼及其表面改性的方法。

背景技術(shù)

[0002]銅元素是不銹鋼中常見的合金元素，因其具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗菌性能，被廣泛添加在各種合金材料中，用于增強(qiáng)材料的綜合性能。含銅不銹鋼通過向鋼材中添加適量的銅元素，并經(jīng)過時(shí)效處理析出富銅相，可以提高不銹鋼的強(qiáng)度、耐腐蝕性、冷加工性。同時(shí)，鋼中銅含量添加0.5%~4%時(shí)，經(jīng)過特殊的熱處理后(固溶和時(shí)效)，富銅相會(huì)彌散分布于其中，并通過點(diǎn)蝕釋放于生理環(huán)境中，與細(xì)菌接觸，起到持久的殺菌作用。因此，含銅不銹鋼被廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)和餐廚衛(wèi)生等領(lǐng)域。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)疾病傳播原因的認(rèn)識(shí)越來越深刻，在醫(yī)療衛(wèi)生和家庭衛(wèi)生設(shè)備市場(chǎng)上對(duì)具有抗菌性能的含銅不銹鋼產(chǎn)品的需求越來越多。但如何在保證含銅不銹鋼優(yōu)異抗菌性能的情況下，有效提升含銅不銹鋼材料的表面性能，是當(dāng)下需要解決的實(shí)際問題。

發(fā)明內(nèi)容

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的主要目的是提出一種含銅不銹鋼及其表面改性的方法。

[0004]為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種含銅不銹鋼表面改性的方法，采用真空電子束掃描方式對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描，所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為40-100kV，束流為6-10mA，掃描速度為200-300mm/min，掃描半徑為0.8-1.5mm。

[0005]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼表面改性的方法的優(yōu)選方案，其中：所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為50-100kV，束流為6-9mA，掃描速度為200-280mm/min，掃描半徑為0.8-1.3mm。

[0006]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼表面改性的方法的優(yōu)選方案，其中：所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為50-90kV，束流為7-9mA，掃描速度為220-280mm/min，掃描半徑為0.8-1.2mm。

[0007]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼表面改性的方法的優(yōu)選方案，其中：進(jìn)行連續(xù)掃描時(shí)的真空度＜10-2Pa。

[0008]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼表面改性的方法的優(yōu)選方案，其中：進(jìn)行連續(xù)掃描時(shí)的真空度＜10-3Pa。

[0009]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼表面改性的方法的優(yōu)選方案，其中：對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描之前先進(jìn)行含銅不銹鋼表面清洗。

[0010]為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種含銅不銹鋼，采用上述表面改性的方法制備得到。

[0011]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼的優(yōu)選方案，其中：所述含銅不銹鋼的硬度≥155HV；表面粗糙度Ra≤2.5；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥98%和≥97%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-210mV。

[0012]作為本發(fā)明所述的一種含銅不銹鋼的優(yōu)選方案，其中：所述含銅不銹鋼的硬度≥160HV；表面粗糙度Ra≤2.0；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥99%和≥99%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-200mV。

[0013]本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提出一種含銅不銹鋼及其表面改性的方法，采用真空電子束掃描方式對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描，含銅不銹鋼的組織改善明顯有效，含銅不銹鋼保持了處理前的抗菌性，同時(shí)材料的表面性能（如硬度、表面粗糙度等）和耐腐蝕性得到了提高，所述含銅不銹鋼的硬度≥155HV；表面粗糙度Ra≤2.5；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥98%和≥97%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-210mV，獲得了綜合性能優(yōu)異的含銅不銹鋼。

附圖說明

[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

[0015]圖1為本發(fā)明對(duì)比例1含銅不銹鋼的微觀形貌圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1含銅不銹鋼的微觀形貌圖；

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

[0016]下面將結(jié)合實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0017]本發(fā)明提出一種含銅不銹鋼及其表面改性的方法，采用真空電子束掃描方式對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描，強(qiáng)流脈沖電子束掃描含銅不銹鋼表面時(shí)，在瞬時(shí)溫度場(chǎng)和能量沉積過程的應(yīng)力場(chǎng)作用下，含銅不銹鋼材料表面的微觀組織和相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，發(fā)生再結(jié)晶，細(xì)化晶粒，從而引起材料性能發(fā)生改變，達(dá)到降低含銅不銹鋼裂紋產(chǎn)生的效果。從亞表層可以看到，掃描區(qū)域由三部分組成，分別是熔融區(qū)，熱影響區(qū)和基體，不同的區(qū)域由不同的顯微組織構(gòu)成，這是因?yàn)閽呙桦娮邮幚砗~不銹鋼表面的瞬間，表面深度不同，各區(qū)域部分吸收能量也不同，所以溫度分布也有一定的差異，最終材料表面組織就隨著深度變化出現(xiàn)了分層。本發(fā)明通過控制合理的參數(shù)，含銅不銹鋼的組織改善明顯有效，含銅不銹鋼保持了處理前的抗菌性，同時(shí)材料的表面性能（如耐磨性能、硬度、表面粗糙度等）和耐腐蝕性得到了提高，獲得了綜合性能優(yōu)異的含銅不銹鋼。

[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種含銅不銹鋼表面改性的方法，包括，進(jìn)行含銅不銹鋼表面清洗；采用真空電子束掃描方式對(duì)含銅不銹鋼表面進(jìn)行連續(xù)掃描，所述掃描的參數(shù)為：加速電壓為40-100kV，束流為6-10mA，掃描速度為200-300mm/min，掃描半徑為0.8-1.5mm。

[0019]具體的，所述加速電壓為例如但不限于40kV、45kV、50kV、55kV、60kV、65kV、70kV、75kV、80kV、85kV、90kV、95kV、100kV中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述束流為例如但不限于6mA、6.5mA、7mA、7.5mA、8mA、8.5mA、9mA、9.5mA、10mA中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述掃描速度為200mm/min、210mm/min、220mm/min、230mm/min、240mm/min、250mm/min、260mm/min、270mm/min、280mm/min、290mm/min、300mm/min中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述掃描半徑為0.8-1.5mm

優(yōu)選的，進(jìn)行連續(xù)掃描時(shí)的真空度＜10-2Pa，具體的，進(jìn)行連續(xù)掃描時(shí)的真空度控制為例如但不限于＜10-2Pa、＜10-3Pa、＜10-4Pa中的任意一者。

[0020]一種含銅不銹鋼，采用上述表面改性的方法制備得到，所述含銅不銹鋼的硬度≥155HV；表面粗糙度Ra≤2.5；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥98%和≥97%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-210mV。

[0021]優(yōu)選的，所述含銅不銹鋼的硬度≥160HV；表面粗糙度Ra≤2.0；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別≥99%和≥99%；在0.9%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為≤-200mV。

[0022]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。

[0023]本發(fā)明各實(shí)施例和對(duì)比例的含銅不銹鋼的組成如表1所示。

[0024]表1 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的含銅不銹鋼的組成(wt%)

本發(fā)明各實(shí)施例和對(duì)比例的改性工藝參數(shù)如表2所示。

[0025]表2 本發(fā)明各實(shí)施例和對(duì)比例的改性工藝參數(shù)

本發(fā)明各實(shí)施例和對(duì)比例的含銅不銹鋼的性能如表3所示。

[0026]表3 本發(fā)明各實(shí)施例和對(duì)比例的含銅不銹鋼的性能

1.抗菌率為含銅不銹鋼抗大腸桿菌和金黃色葡萄球菌中抗菌率的較低者。

[0027]由圖1可見，改性前含銅不銹鋼試樣表面有非常明顯的呈相互平行規(guī)律分布的劃痕。當(dāng)采用加速電壓為60KV，束流為8mA，掃描速度為240mm/min，掃描半徑為1mm進(jìn)行改性后時(shí)，表面劃痕（如圖2所示）由深變淺，明顯減少；表面粗糙度由3.2μm降低到2.0μm，有了較大的改善；這是由于束流為7mA和8mA時(shí)，單位面積內(nèi)加載的能量密度較小，試樣表面僅有少量的材料發(fā)生熔化，修復(fù)了一部分劃痕；當(dāng)束流增大到9mA時(shí)，材料表面更加光滑平整，劃痕消失更加明顯；這是因?yàn)槭鞯脑龃髮?dǎo)致了單位面積內(nèi)加載的能量密度增加，因此表面熔化的材料較之前增多，使試樣表面達(dá)到了拋光的效果（如實(shí)施例3），當(dāng)加速電壓達(dá)到80KV，掃描速度為260mm/min，束流為9mA時(shí)，由于瞬間激發(fā)能量密度打到試樣表面，材料表面的局部熱處理，由于瞬間能量較大，移動(dòng)速度較快，試樣經(jīng)歷了快速冷卻，組織變成細(xì)長(zhǎng)針狀組織，使得晶粒細(xì)化，硬度達(dá)到了提升，抗菌性和耐腐蝕性也有很大改善。由于電子束連續(xù)掃描過后，粗大的塊狀脆性相消失，細(xì)長(zhǎng)的針狀和花朵狀相和顆粒硬質(zhì)相得到細(xì)化且均勻的分布在韌性相中，降低了材料表面的裂紋敏感性。最終抑制表面裂紋的產(chǎn)生，達(dá)到改善表面性能的目的。但是，過小或過大的電壓和/或束流將不能提供合適的能量，如對(duì)比例3所示，采用較大束流15mA，提供了過大的能量，在處理過程中，由于Fe優(yōu)先于Cu氧化，所以含銅不銹鋼表層Fe的含量會(huì)降低，這時(shí)單質(zhì)銅的含量相對(duì)于鐵是增加的，當(dāng)其超過了在鐵中的溶解度時(shí)，在基體—氧化層面會(huì)形成液態(tài)富銅相聚集成富銅層，然后液態(tài)富銅相會(huì)沿著基體表面的奧氏體晶界滲透，這樣會(huì)導(dǎo)致含銅不銹鋼在表面形成裂紋缺陷，這樣不僅不能改善含銅不銹鋼的表面性能，反而有惡化含銅不銹鋼性能的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，掃描速度和掃描半徑也應(yīng)該保持在本發(fā)明所述范圍內(nèi)，雖然掃描速度和掃描半徑對(duì)處理后含銅不銹鋼性能的影響相比于電壓和束流對(duì)處理后含銅不銹鋼性能的影響較小，但是不合理的參數(shù)設(shè)置夜景無法獲得本發(fā)明所述效果。

[0028]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

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聲明：

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