基于阳极氧化的430抗菌不锈钢制备研究

发布时间：2020-02-17 20:00

【摘要】：不锈钢具有良好的力学性能、耐腐蚀性、可加工性以及光洁的外观,而被广泛应用于各个领域。不锈钢在复杂的环境中使用时容易沾染灰尘、污迹等,成为滋养细菌的温床。然而,普通的不锈钢不具备抗菌性能,在一定程度上限制了不锈钢的使用。一些特殊的领域,比如厨卫餐具、生物医学等,对不锈钢的洁净、无菌要求甚高,因此研发具有抗菌性能的不锈钢具有重要的意义。本文研究了纯铁在氟化铵、水、乙二醇(ethylene glycol, Eg)组成的溶液中制备多孔型阳极氧化膜的工艺,并在此基础上研究了不锈钢在相同体系下制备微纳米表面的工艺。以不锈钢多孔阳极氧化膜为模板,利用电化学沉积方法,向微纳米结构沉积铜,制备了抗菌不锈钢。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDX)、光电子能谱仪(XPS)、视频光学接触角测量仪对试样的表面形貌、物相结构、化学成分以及疏水性能进行表征。研究结果如下：1.纯铁制备多孔阳极氧化膜的最优工艺：氟化铵浓度为0.1mol/L,水的含量为3vo1.%,电压为50V,电解液温度为0℃,氧化时间为2h。在该工艺条件下,纯铁表面可制备出蜂窝状的有序多孔阳极氧化膜,纳米孔的直径约为100nm。电解液含水量和温度是纯铁阳极氧化膜表面形貌的关键影响因素：电解液含水量过高促进氧化膜的化学溶解,多孔结构有序性下降；纯铁在0℃下阳极氧化,可有效减少裂纹的形成。2.不锈钢在含有0.15mo1/L氟化铵,0.05-0.4mo1/L水的乙二醇溶液中,外加电压为60V,保持电解液温度为20℃,阳极氧化15-30min可在表面制备直径为3-5μm的微孔,微孔内形成了直径约为100nm左右纳米孔,纳米孔呈有序的蜂窝状排布。然而,在该工艺条件下纳米孔只能在微孔内形成。向电解液中添加适量十二烷基苯磺酸钠可在不锈钢表面大面积制备具有微米尺度的多孔结构,微孔的直径约为2～5μm,但微孔内没有形成纳米孔。3.以具有微米尺度的不锈钢多孔阳极氧化膜为载体,利用电化学沉积法向微孔内沉积铜颗粒,制备出了抗菌不锈钢。沉积过程中,电流密度对抗菌层的形貌影响较大,电流密度过小导致抗菌层不均匀；电流密度过大导致抗菌层沉积速度过快,致使其成片脱落。抗菌试验采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为实验菌种,经测试,不锈钢的杀菌率可达到99%以上。4.不锈钢在氟化铵、水和乙二醇组成的电解液中阳极氧化可着金黄色,经过退火处理后,金黄色着色膜可转变为红褐色；同时,试样经阳极氧化后,表面可形成微纳米结构,使不锈钢具备一定的疏水性,退火处理对不锈钢的疏水性影响不大。利用这一方法可开发具有疏水性能的彩色不锈钢。
【图文】：

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图１－２中国不锈钢年产量及增长率逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａｎｎｕａｌ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｔｅｅｌ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ逡逑为不诱钢具备优秀的机械力学性能、耐高温性能、耐腐姓性能、可加的外观等特性，所以被广泛应用于建筑、机械工程、交通运输、电子

年产量,不锈钢,增长率,厨卫

因为不诱钢具备优秀的机械力学性能、耐高温性能、耐腐姓性能、可加工性及逡逑具有光洁的外观等特性，所以被广泛应用于建筑、机械工程、交通运输、电子产品、逡逑厨卫用具、医疗器械等领域。图１－３为不绣钢在各领域中的应用情况（数据来源于逡逑Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋Ｓｔｅｅｌ邋Ｆｏｒｕｍ，邋ＩＳＳＦ＇＂）ｏ由图可知，不绣钢在厨卫餐具中所占的逡逑比例最大，达到３７％，其次是机械工程领域，其消费量占不锈钢消费总量的１９％。逡逑随着不锈钢的应用领域越来越广泛，使用量越来越大，人们对不锈钢的需求和性能逡逑要求也在不断提高，例如，，在机械工程领域，人们期望不诱钢的耐磨性、耐腐烛性逡逑以及强度等性能得到进一步提升；在楼宇建筑行业，人们希望得到具有观赏价值或逡逑具备自清洁能力的不绣钢；在厨卫餐具，医药生物领域人们希望不诱钢具备抗菌性逡逑能等。所以研宄和开发新型的特种不锈钢具有巨大的应用价值和意义。为了拓展不逡逑锈钢的性能
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】