專利名稱：一種不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面滲鍍離子的方法，尤其是一種采用雙層輝光離子滲金屬 方法和化學(xué)鍍覆方法相結(jié)合在不銹鋼表面滲鍍銅銀的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有抗菌不銹鋼分為表面涂層抗菌不銹鋼、復(fù)合抗菌不銹鋼、添加抗菌元素抗菌 不銹鋼。表面涂層抗菌不銹鋼一般是以不銹鋼為基體，通過噴涂、輥涂、溶膠、復(fù)合鍍等工 藝將有機(jī)抗菌劑、光觸媒粉末材料涂覆其上，形成具有獨(dú)特抗菌性的涂層產(chǎn)品。但是，金屬 材料經(jīng)常需要高溫?zé)崽幚恚袡C(jī)抗菌劑的耐熱性比較差。另外，光觸媒涂層只有在陽光照 射下才具有抗菌效果，這樣就大大限制了其應(yīng)用。復(fù)合抗菌不銹鋼是利用銅合金的抗菌性能與不銹鋼材料的力學(xué)性能及其工藝性， 將兩者復(fù)合到一起而獲得抗菌性，但是工藝過程較為復(fù)雜。添加抗菌元素抗菌不銹鋼是通過添加銅、銀元素和不銹鋼整體冶煉，或雙層輝光 離子滲銅或銀元素，或離子注入銅或銀元素來得到具有抗菌性的不銹鋼。添加銅、銀整體冶煉法是在進(jìn)行不銹鋼冶煉過程中加入抗菌元素銅或銀，此方法 消耗能源與原料太多，且經(jīng)過鍛造、軋制、固溶時(shí)效熱處理工藝后，抗菌元素銀和銅在不銹 鋼基體內(nèi)均勻地彌散析出，從而起到抗菌殺菌作用，其工藝復(fù)雜，難以掌控。由于抗菌不銹 鋼發(fā)揮抗菌功能的區(qū)域是與其他介質(zhì)接觸的表面，因此，如果能夠在表面形成抗菌改性層， 不僅可以降低能源和資源的消耗，減少環(huán)境污染，還能簡化工藝，節(jié)約成本。雙層輝光離子滲銅或銀的方法是將不銹鋼基材置入雙層輝光離子滲金屬爐中進(jìn) 行銅或銀元素的滲透，有專利記載其工藝參數(shù)為源極電壓為0.7 1.4KV，工件電壓為 0. 6 1. 2KV，溫度為800 1050°C，極間距為10 20mm，滲入時(shí)間為2 4h。但是，由于 銀元素的抗菌殺菌效果是由銀單質(zhì)或銀離子的作用引起的，在該技術(shù)下，銀極易被氧化，使 銀不能以單質(zhì)的形態(tài)存在，進(jìn)而影響不銹鋼的殺菌效果。離子注入銅或銀的方法是將不銹鋼基材置入設(shè)備中注入銅或銀離子，該方法注入 層膜一般< 1 μ m，對于金屬離子在鋼中注入，一般僅幾十至二三百納米，從而抗菌不銹鋼的 抗菌層極易被磨損掉，抗菌持久性能差；另外，設(shè)備造價(jià)高，對于復(fù)雜形狀的工件難以實(shí)現(xiàn) 注入，嚴(yán)重影響其推廣應(yīng)用。雙層輝光離子滲金屬及其滲金屬爐是一種表面合金化的技術(shù)和設(shè)備，可以在金屬 基材上形成金屬靶材元素的滲鍍層，由于滲鍍層中靶材元素的濃度由基體至表面逐漸增 大，呈梯度分布，因此，表面滲鍍層與基體之間有很好的結(jié)合強(qiáng)度。該技術(shù)具有無公害、可處 理大批量及大面積工件、滲鍍厚度和成分范圍均很寬等諸多優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)鍍覆技術(shù)是用還原劑將溶液中的需鍍元素離子還原沉積在具有催化活性材 料表面上形成鍍層的一種技術(shù)，具有以下特點(diǎn)均鍍和深鍍能力好，可以在復(fù)雜的材料表面 產(chǎn)生厚度均勻的鍍層；鍍層晶粒細(xì)，致密，空隙率低，具有優(yōu)異的表面性能；工作溫度低，鍍層與基材結(jié)合強(qiáng)度高，厚度可控；鍍層具有特殊的機(jī)械，物理和化學(xué)性能；設(shè)備簡單，操作 各易ο因此，本發(fā)明采用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)滲銅，化學(xué)鍍銀，最后進(jìn)行真空熱擴(kuò)散 制備抗菌不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，以克服現(xiàn)有整體冶煉法所帶 來的能源與原料消耗較多，后續(xù)工藝復(fù)雜，難以掌控的問題；離子注入法造成的抗菌效果不 能持久的問題；單一雙層輝光離子滲金屬技術(shù)或化學(xué)鍍技術(shù)所產(chǎn)生的滅菌速率小的問題； 噴涂、輥涂、溶膠、復(fù)合鍍等技術(shù)帶來的受高溫處理和陽光照射條件約束的問題。本發(fā)明自稱的一種不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，包括雙層輝光離子滲金屬 方法，化學(xué)鍍覆方法，該方法利用雙層輝光離子滲金屬方法在不銹鋼基材表面滲銅，并去除 不銹鋼基材表面的氧化層和銅膜；然后利用化學(xué)鍍覆方法在不銹鋼基材表面鍍銀；最后將 鍍銀后的不銹鋼基材進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，使不銹鋼基材表面形成銅、銀梯度分布的抗菌殺菌 膜層。上述技術(shù)方案中利用雙層輝光離子滲金屬方法在不銹鋼基材表面滲銅是首先將 不銹鋼基材置入雙層輝光離子滲金屬爐，濺射靶材選用銅板，靶材和基材采用豎直懸掛設(shè) 置，間距為25mm，本體真空度為1. 8Pa，工作氣體為高純氬氣；其次對不銹鋼基材表面進(jìn)行 基材濺射清理，工藝參數(shù)為工作氣壓20士5Pa，基材工作電壓200 500V，清理時(shí)間0. 5h ； 最后對不銹鋼基材表面進(jìn)行滲銅，工藝參數(shù)為工作氣壓40 士 5Pa，濺射靶電壓680 700V， 基材工作電壓380 420V，試樣溫度910 920°C，保溫時(shí)間4h。上述技術(shù)方案中利用化學(xué)鍍覆方法在滲銅的不銹鋼基材表面鍍銀是首先去除滲 銅不銹鋼基材表面氧化層和銅層，并進(jìn)行高溫除油清理，然后進(jìn)行化學(xué)鍍銀，工藝參數(shù)為 酒石酸鉀鈉溶液濃度100g/L，硝酸銀溶液濃度20g/L，氨水濃度80ml/L，鍍液PH值12，施鍍 時(shí)間lh，反應(yīng)溫度10 20°C。上述技術(shù)方案中將鍍銀后的不銹鋼基材進(jìn)行熱擴(kuò)散處理是將鍍銀的不銹鋼基材 置于真空管式加熱爐中，氬氣作為保護(hù)氣體，進(jìn)行等溫?zé)釘U(kuò)散處理，工藝參數(shù)為本體真空 度1. 2X10-3Pa，溫度500士3°C，保溫時(shí)間2h，工作氣壓25 30pa，冷卻方式為隨爐冷卻。本發(fā)明上述技術(shù)方案中，采用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)和化學(xué)鍍技術(shù)相結(jié)合的方 法，在不銹鋼表面滲銅鍍銀，使得抗菌不銹鋼表面含有大量銀、少量銅、鎳和鐵元素，且膜 層與基材之間具有銅銀元素的相互擴(kuò)散性，由X射線能譜儀檢測膜層成分，其含銀量約為 95. 92wt. %，含銅量約為4. 08wt. %，含鎳量為4. 32wt. %，由X射線衍射儀檢測膜層結(jié)構(gòu)， 其膜層中有Ag3Fe2和Fe4Cu3金屬間化合物和Ag單質(zhì)存在。與現(xiàn)有整體冶煉法相比，本發(fā)明避免了能源與原材料消耗過多的缺陷，降低了生 產(chǎn)成本，同時(shí)也解決了其抗菌元素不容易在基材表面均勻析出的問題；與單一滲銅和單一 鍍銀的方法相比，本發(fā)明由于銅和銀離子的共同作用，不僅提高了抗菌不銹鋼的滅菌率，而 且更主要的是在同等條件下，極大的縮短了其滅菌時(shí)間，由瓊脂平板法，菌種為大腸桿菌， 測定其抗菌殺菌效果，滅菌率可達(dá)100%，滅菌時(shí)間為其它工藝制備抗菌不銹鋼的1/3 1/2。
本發(fā)明將雙層輝光離子滲金屬技術(shù)和化學(xué)鍍技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了抗菌 不銹鋼制備技術(shù)的領(lǐng)域，且該發(fā)明具有工藝重復(fù)性好，質(zhì)量易控，操作簡單等特點(diǎn)，可廣泛 用于抗菌不銹鋼的生產(chǎn)和不銹鋼成品的抗菌殺菌處理。


圖1是本發(fā)明的膜層I成分分布曲線圖；圖2是本發(fā)明的膜層II成分分布曲線圖；圖3是本發(fā)明的膜層XRD圖譜；圖4是本發(fā)明的膜層表面金相照片；圖5是本發(fā)明的膜層截面金相照片。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步詳細(xì)說明，使所屬技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解和實(shí)現(xiàn)，其所述有益效果也能夠通過具體的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例1本發(fā)明自稱的一種不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，該方法已經(jīng)以0Crl8Ni9 型奧氏體、lCrl3型馬氏體和lCrl7型鐵素體不銹鋼為基材進(jìn)行了試驗(yàn)，現(xiàn)以0Crl8Ni9型奧 氏體不銹鋼為例，其方法按下列步驟進(jìn)行一 .雙層輝光離子滲金屬技術(shù)滲銅(1)清理0Crl8Ni9型奧氏體不銹鋼表面將0Crl8Ni9型奧氏體不銹鋼經(jīng)過360# 水砂紙打磨，去掉表面毛刺并保證較好的表面平整度，然后依次用不同標(biāo)號(hào)的水砂紙和金 相砂紙打磨，最后在拋光布上拋光，保證表面較好的光潔度，最后進(jìn)行清洗、干燥。(2)裝爐將0Crl8Ni9型奧氏體不銹鋼放置于雙層輝光離子滲金屬爐中，使用純 度為99. 995%的銅板做濺射靶材，靶材和基材均采用豎直懸掛式放置，間距為25mm，濺射 氣體為高純氬氣。(3)抽真空并清洗開啟機(jī)械泵，在本體真空度達(dá)1.8Pa時(shí)，開啟基材電源(陰極 電源)，進(jìn)行基材的濺射清理，具體參數(shù)為工作氣壓20士5Pa，基材工作電壓200 500V， 清理時(shí)間0. 5h。(4)升溫開啟濺射靶電源(源極電源)，工作氣壓調(diào)至40 士 5Pa，調(diào)節(jié)濺射靶電壓 至680 700V，基材工作電壓380 420V，試樣溫度達(dá)910 920°C后，進(jìn)入保溫階段。(5)保溫保溫4h后，關(guān)閉濺射靶電源和基材電源，0. 5h后關(guān)閉氬氣，待溫度降到 室溫后出爐。二 .化學(xué)鍍銀(1)基材準(zhǔn)備由于雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在滲鍍銅的過程中，不銹鋼表面會(huì) 形成厚度為10 20 μ m的沉積層和氧化層，這樣會(huì)影響后續(xù)加工中銀、銅和鐵等元素的相 互擴(kuò)散，從而影響抗菌殺菌效果，因此，需使用1500#水砂紙將鍍銅后的不銹鋼基材表面氧 化層和銅膜去除，再進(jìn)行高溫除油清洗、干燥后備用，這步操作是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一。(2)鍍銀液的配置鍍銀液由銀氨溶液和還原劑配置而成，還原劑選用濃度為 100g/L的酒石酸鉀鈉溶液。首先，在室溫下，將濃度為80ml/L的NH3 · H2O加入到已配制好
5的濃度為20g/L的AgNO3溶液中，同時(shí)不斷攪拌至溶液澄清，得到銀氨溶液，然后，按體積比 為1 1的比例將銀氨溶液和還原劑混合，得到鍍銀液。在銀氨溶液和還原劑混合時(shí)，應(yīng)該 將還原劑加入銀氨溶液中，否則，銀的析出過快，容易出現(xiàn)銀鏡反應(yīng)，這是本發(fā)明的又一個(gè) 關(guān)鍵點(diǎn)之一。(3)化學(xué)鍍銀將裝有鍍銀液的燒杯置于溫度為10 20°C的水浴鍋中，再將準(zhǔn)備 好的基材浸入到鍍銀液中，施鍍時(shí)間為lh，最后，采用流水清洗、干燥，水洗時(shí)間不得少于 2min。三.真空熱處理將清理后的鍍銀不銹鋼置于自主制造的真空管式加熱爐中進(jìn)行等溫?zé)釘U(kuò)散處理， 使用氬氣作保護(hù)氣體。具體參數(shù)為本體真空度1. 2X 10_3Pa，溫度500士3°C，保溫時(shí)間2h， 工作氣壓25 30Pa，冷卻方式隨爐冷卻。
權(quán)利要求
一種不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，包括雙層輝光離子滲金屬方法，化學(xué)鍍覆方法，其特征是利用雙層輝光離子滲金屬方法在不銹鋼基材表面滲銅，并去除不銹鋼基材表面的氧化層和銅膜；然后利用化學(xué)鍍覆方法在不銹鋼基材表面鍍銀；最后將鍍銀后的不銹鋼基材進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，使不銹鋼基材表面形成銅、銀梯度分布的抗菌殺菌膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，其特征在于利用雙層輝 光離子滲金屬方法在不銹鋼基材表面滲銅是首先將不銹鋼基材置入雙層輝光離子滲金屬 爐，濺射靶材選用銅板，靶材和基材采用豎直懸掛設(shè)置，間距為25mm，本體真空度為1. 8Pa， 工作氣體為高純氬氣；其次對不銹鋼基材表面進(jìn)行基材濺射清理，工藝參數(shù)為工作氣壓 20 士 5Pa，基材工作電壓200 500V，清理時(shí)間0. 5h ；最后對不銹鋼基材表面進(jìn)行滲銅，工藝 參數(shù)為工作氣壓40 士 5Pa，濺射靶電壓680 700V，基材工作電壓380 420V，試樣溫度 910 920°C，保溫時(shí)間4h。
3.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，其特征在于利用化學(xué)鍍覆 方法在滲銅的不銹鋼基材表面鍍銀是首先去除滲銅不銹鋼基材表面氧化層和銅層，并進(jìn)行 高溫除油清理，然后進(jìn)行化學(xué)鍍銀，工藝參數(shù)為酒石酸鉀鈉溶液濃度100g/L，硝酸銀溶液 濃度20g/L，氨水濃度80ml/L，鍍液PH值12，施鍍時(shí)間lh，反應(yīng)溫度10 20°C。
4.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法，其特征在于將鍍銀后的不 銹鋼基材進(jìn)行熱擴(kuò)散處理是將鍍銀的不銹鋼基材置于真空管式加熱爐中，氬氣作為保護(hù)氣 體，進(jìn)行等溫?zé)釘U(kuò)散處理，工藝參數(shù)為本體真空度1.2X10_3Pa，溫度500士3°C，保溫時(shí)間 2h，工作氣壓25 30pa，冷卻方式為隨爐冷卻。
全文摘要
一種不銹鋼表面銅銀滲鍍層的制備方法是利用雙層輝光離子滲金屬方法在不銹鋼基材表面滲銅，并去除不銹鋼基材表面的氧化層和銅膜；然后利用化學(xué)鍍覆方法在不銹鋼基材表面鍍銀；最后將鍍銀后的不銹鋼基材進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，使不銹鋼基材表面形成銅、銀梯度分布的抗菌殺菌膜層。所制得抗菌不銹鋼由于其銅和銀的共同作用，大大提高了不銹鋼的抗菌殺菌效果，降低了生產(chǎn)成本，并且解決了現(xiàn)有整體冶煉法所帶來的能源與原料消耗較多的問題。該方法重復(fù)性好，質(zhì)量易控，操作簡單，可廣泛用于抗菌不銹鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101880860SQ20101019051
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月29日
發(fā)明者劉俊, 張翔宇, 王振霞, 王英芹, 賀志勇, 賀耀華 申請人:太原理工大學(xué)