一种银/不锈钢抗菌耐蚀涂层的制备方法与流程

1.本发明涉及抗菌涂层技术领域，特别涉及一种银/不锈钢抗菌耐蚀涂层的制备方法。


背景技术：

2.在疫情严控之下，人们在生活中抗菌意识不断提高，健康用品需求也大幅增加，加快抗菌材料及制品产业的发展势在必行。抗菌材料及制品在厨卫、建材、公共场所，尤其是在医疗器械领域都有广泛的应用，能够有效预防病菌传播、防止交叉感染。
3.以抗菌金属ag、cu等为代表的无机抗菌剂不仅具有抗菌谱广、抗菌效率高、无耐药性、安全性高等优点，同时还具备耐热性、耐久性以及理想的加工性能。目前针对金属ag抗菌材料的获得主要是采用离子注入、电化学沉积、等离子喷涂或冶炼等方法,现有抗菌涂层技术的不足在于：采用离子注入法，可以使不锈钢表面形成一层具有抗菌性能的表面改性层,但其制备的表面改性层非常薄,往往无法满足医用器械、食品加工、餐饮服务等行业的要求；电化学沉积多采用有机溶剂易造成污染；等离子喷涂工艺较难控制，且孔隙率高，涂层结合强度低。而冶炼是在金属材料制备过程中就加入适量银，虽然解决了涂层问题，提高了整体抗菌性，但冶炼时银与氧容易结合形成银的氧化物，在冶炼和连铸过程中银氧化物会聚集形成较大颗粒的杂质，损害材料的表面质量导致耐蚀性的降低，同时大颗粒银氧化物的形成会损失材料的抗菌性能，且存在成本高、能耗高的缺陷。
4.因此，亟待需要一种抗菌涂层制备方法弥补现有技术的不足，制得综合性能较好的含银抗菌涂层实现抗菌防蚀效果，同时达到环保、节能降耗的目的。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明提供一种银/不锈钢抗菌耐蚀涂层的制备方法。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种银/不锈钢抗菌耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、对喷涂基体进行预处理；
9.s2、采用冷喷涂技术在基体表面沉积抗菌涂层；
10.s3、对喷涂的抗菌涂层表面进行后处理加工成型；
11.步骤s2中所述抗菌涂层所用的原材料为不锈钢粉和ag混合粉末，混合粉末粒径为30～100μm，ag粉的重量百分比为1％～10％，不锈钢粉末的组成为：
12.碳c：≤0.030
13.硅si：≤1.00
14.锰mn：≤2.00
15.硫s：≤0.030
16.磷p：≤0.045
17.铬cr：16.00～18.00
18.镍ni：10.00～14.00
19.钼mo：2.00～3.00；
20.步骤s3中所述抗菌涂层表面进行后处理，处理后抗菌涂层厚度为0.05～0.1mm，涂层表面粗糙度ra为3.2μm以下。
21.冷喷涂过程中较低的温度能够减少骤冷的内应力，避免了涂层的开裂、变形，涂层没有从熔融状态体积收缩的过程，降低了气孔夹杂，而且涂层主要承受压应力，因此形成的涂层比较致密，孔隙率较低，且涂层厚度可以通过调整不同参数获得。
22.作为本发明一种优选的方案，步骤s1中所述喷涂基体为不锈钢、钛合金、镁合金或铝金属。
23.作为本发明一种优选的方案，步骤s1中所述预处理包括磨抛、除油和/
24.或喷砂处理。
25.作为本发明一种优选的方案，步骤s2中所述冷喷涂技术为超音速冷喷涂技术。
26.作为本发明一种优选的方案，步骤s2中所述冷喷涂的工作气体为氮气，工作气体加热温度为500～700℃，气体压力范围为3～4mpa,喷射距离为30～50mm、角度为75～90度、送粉量30～50g/min。
27.作为本发明一种优选的方案，步骤s3中所述后处理包括加工、磨抛至涂层表面粗糙度ra为0.1μm以下。
28.作为本发明一种优选的方案，步骤s2中将银粉加入不锈钢粉末中并机械搅拌混合均匀。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.(1)本发明采用冷喷涂ag/不锈钢粉末制备的抗菌涂层,既保持了不锈钢材料的耐腐蚀性能和力学性能,又赋予了不锈钢以优异的抗菌性能。抗菌涂层对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌抗菌率均达到99％以上，防霉性能好。
31.(2)本发明冷喷涂ag/不锈钢制备的抗菌涂层结合强度高(可达70～100mpa)，涂层致密、孔隙率低(＜1％)，喷涂基体材料可选择范围广，可应用在厨卫、建材、公共场所，尤其是在医疗器械领域，能够有效预防病菌传播、防止交叉感染；且制备过程无高温，无有害气体和化学废料，安全性高，达到了环保、节能降耗的目的。
32.(3)抗菌涂层喷涂后，硬度hv0.3>280以上，耐磨、耐蚀性能佳。
附图说明
33.图1为实施例1得到的涂层典型显微组织(100x)。
34.图2为实施例2得到的涂层典型显微组织(100x)。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.以下实施例中参考标准：gb/t 4156
‑
2007、gb/t 4340.1
‑
2009、gb/t 6462
‑
2005、
astm e2109。
37.实施例1
38.一种银/不锈钢抗菌耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
39.s1、对喷涂基体进行预处理，准备50x50x5mm的304不锈钢试片，使用乙醇、丙酮等物质除去表面的油污，使用45#棕刚玉，0.5mpa的压力对上述基体进行喷砂处理。
40.s2、使用不锈钢粉末加ag混合粉末(混合粉末粒径为30
‑
100um，ag粉的重量百分比为1％)作为原材料，使用ap1000冷喷设备，用机械手在试片上喷涂厚度为0.3mm的抗菌涂层。其中，不锈钢粉末组成为：碳c：≤0.030；硅si：≤1.00；锰mn：≤2.00；硫s：≤0.030；磷p：≤0.045；铬cr：16.00～18.00；镍ni：10.00～14.00；钼mo：2.00～3.00。
41.s3、对喷涂的抗菌涂层表面进行后处理：机械加工表面至ra0.8，涂层厚度0.15mm。
42.如图1所示，采用上述处理后得到的涂层均匀一致、致密、无裂纹、无剥落、无分层、未发现未熔颗粒，经检测，涂层结合强度为90mpa，平均孔隙率为0.6％。
43.实施例2
44.一种银/不锈钢抗菌耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
45.s1、对喷涂基体进行预处理，准备50x50x5mm的304不锈钢试片，使用乙醇、丙酮等物质除去表面的油污，使用45#棕刚玉，0.5mpa的压力对上述基体进行喷砂处理。
46.s2、使用不锈钢加ag混合粉末(混合粉末粒径为30
‑
100um，ag粉的重量百分比为10％)作为原材料，使用ap1000冷喷设备，用机械手在试片上喷涂厚度为0.3mm的抗菌涂层。
47.s3、对喷涂的抗菌涂层表面进行后处理；机加工表面至ra0.8，涂层厚度0.15mm。
48.如图2所示，采用上述处理后得到的涂层均匀一致、致密、无裂纹、无剥落、无分层、未发现未熔颗粒，经检测，涂层结合强度为70mpa，平均孔隙率为0.5％。
49.对比例1：
50.一种银涂层的制备方法，包括以下步骤：
51.s1、对喷涂基体进行预处理，准备50x50x5mm的304不锈钢试片，使用乙醇、丙酮等物质除去表面的油污，使用45#棕刚玉，0.5mpa的压力对上述基体进行喷砂处理。
52.s2、使用ag粉末作为原材料，使用ap1000冷喷设备，用机械手在试片上喷涂厚度为0.3mm的银抗菌涂层。
53.s3、对喷涂的抗菌涂层表面进行后处理：机械加工表面至ra0.8，涂层厚度0.15mm。
54.采用上述处理后得到的涂层较均匀、无裂纹、无剥落、无分层、有少量未熔颗粒，经检测，涂层结合强度为20mpa，平均孔隙率为0.9％。
55.对比例1的实验操作同实施例1，不同的是：步骤s2中直接加入等量的银粉，不加入不锈钢粉末。
56.试验例1：抗菌效果测试
57.1、样品：实施例1和对比例1的样品数量各30片，样品规格50
×
50
×
5mm。
58.2、参照jis z2801:2010进行抗菌性能测试
59.3、实施例1测试结果：实施例1样品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌活性值分别为>5.3、>4.9、>4.5，达到jisz2801：2010规定的标准值(抗菌活性值≥2.0)，该样品对所测菌株具有抗菌效果。具体见表1所示。
60.表1
[0061][0062]
4、对比例1测试结果：对比例1样品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌活性值分别为>2.5、>2.8、>1.6，白色念珠菌未达到jisz2801：2010规定的标准值(抗菌活性值≥2.0)，该样品未对所测菌株均达到良好的抗菌效果。
[0063]
试验例2：
[0064]
1、不锈钢喷涂抗菌层前后的力学性能测试过程及结果
[0065]
以硬度为例，将涂层采样10个点进行采集数据，实施例1平均硬度hv
0.3
>380；实施例2平均硬度hv
0.3
>280。对比例1的平均硬度为hv
0.3
>130。
[0066]
表3实施例1硬度测试
[0067][0068]
测试结果：实施例1和实施例2的银/不锈钢抗菌耐蚀涂层材料抗菌性能和力学性能更优。对比例1中直接使用银作为抗菌涂层，并结合冷喷涂技术，材料的力学性能不如不锈钢加ag混合粉末的涂层效果。说明本发明采用冷喷涂ag/不锈钢粉末制备的抗菌涂层,既保持了不锈钢材料的耐腐蚀性能和力学性能,又赋予了不锈钢以优异的抗菌性能。
[0069]
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。