含铜抗菌金属材料的工艺及性能研究

发布时间：2017-07-21 04:20

  本文关键词：含铜抗菌金属材料的工艺及性能研究

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【摘要】：含铜抗菌金属材料作为功能材料与传统结构材料的结合,具有无毒、美观、耐磨、长效抗菌、易于加工等其它抗菌材料难以比拟的优势,应用前景非常广泛。本文结合国内外对抗菌不锈钢的研究现状,研究开发出多种类型的含铜抗菌不锈钢。通过抗菌性能检测、硬度测试、透射电镜观察、激光共聚焦显微镜观察和扫描电镜观察等手段研究了热处理工艺对Cr13MoCu型马氏体不锈钢抗菌性能的影响,还研究了热处理工艺和铜含量对17-4 PH不锈钢抗菌性能的影响;同时研究了317L-Cu不锈钢的耐蚀性能与抗菌的关系;另外,通过电化学测试、抗菌性能检测研究了317L-Cu不锈钢的耐蚀性和抗菌性;通过热压缩实验研究了317L-Cu不锈钢的热流变行为。此外本文以目前临床应用的CoCrMo、CoCrWNi合金为成分基础,设计和制备出了含铜CoCrMo、CoCrWNi合金,并对其抗菌功能进行了初步探索。主要得出以下结论:(1)2Cr13MoCu不锈钢经1080℃固溶30 min,水冷+500℃时效6 h,空冷;3Cr13MoCu不锈钢经1080℃固溶30 min,水冷+500℃时效10 h,空冷。两种马氏体不锈钢均表现出了非常优异的抗菌性能,在杀灭游离态细菌的同时,还可有效地抑制表面细菌生物膜的形成。(2)17-4PH不锈钢经1040℃固溶30 min,水冷+液氮冷处理30 min,空冷+482℃时效6 h,空冷;或提高铜含量至4.5~5.0 wt.%,并在1040℃固溶30min,水冷+482℃时效6 h,空冷,均能获得良好的抗菌性能和硬度。(3)钝化处理和添加一定量的稀土(镧)均可影响317L-Cu不锈钢的耐点蚀性能。钝化处理后,其耐点蚀性迅速提高,抗菌性能有所下降;添加0.09 wt.%的镧,其耐点蚀性和抗菌性能均有所提高。通过计算确定317L-Cu不锈钢的最佳热加工参数大致为:??0.1,T?950~1010℃,???0.010~0.015 s-1区域;??0.2,T?950~1020℃,???0.010~0.015 s-1区域;??0.3,T?950~1020℃,???0.010~0.020 s-1区域;??0.4,T?950~1020℃,???0.010~0.030 s-1区域;??0.5,T?950~1020℃,???0.010~0.050 s-1区域和T?1030~1090℃,???5~10s-1区域。(4)含铜CoCrMo、CoCrWNi合金具有良好的广谱抗菌性能,对常常引起骨科植入材料感染的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均显示出较强的抗菌活性,且具有良好的抗菌持久性,并可有效地阻止其表面细菌生物膜的形成,降低细菌性感染的发生率。溶血试验表明该合金对人体是生物安全的。
【关键词】：不锈钢 富铜相 抗菌性 钴基合金
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71;TG161
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 抗菌金属材料概述11-17
• 1.2.1 抗菌概念11-13
• 1.2.2 抗菌金属材料的研究发展13-17
• 1.3 含铜抗菌金属材料的研究现状17-20
• 1.3.1 含铜抗菌不锈钢17-19
• 1.3.2 含铜抗菌钛合金19-20
• 1.3.3 含铜抗菌钴基合金20
• 1.4 含铜抗菌金属材料的抗菌机理20-23
• 1.5 论文研究的意义和主要内容23-25
• 2. Cr13MoCu型马氏体不锈钢的热处理工艺及性能研究25-44
• 2.1 前言25
• 2.2 实验方法25-27
• 2.3 光学组织观察27-30
• 2.3.1 固溶温度对光学组织的影响27-28
• 2.3.2 时效温度对光学组织的影响28-30
• 2.4 固溶处理对Cr13MoCu型马氏体不锈钢性能的影响30-32
• 2.5 时效处理对Cr13MoCu型马氏体不锈钢性能的影响32-40
• 2.5.1 时效温度对Cr13MoCu型马氏体不锈钢性能的影响32-38
• 2.5.2 时效时间对Cr13MoCu型马氏体不锈钢性能的影响38-40
• 2.6 细菌生物膜观察40-42
• 2.7 本章小结42-44
• 3.17-4 PH不锈钢的热处理工艺及性能研究44-58
• 3.1 前言44
• 3.2 实验方法44-45
• 3.3 光学组织观察45-46
• 3.4 热处理对 17-4 PH不锈钢性能的影响46-54
• 3.4.1 时效处理对 17-4 PH不锈钢性能的影响46-51
• 3.4.2 冷处理对 17-4 PH不锈钢性能的影响51-54
• 3.5 铜含量对 17-4 PH不锈钢性能的影响54-56
• 3.6 细菌生物膜观察56-57
• 3.7 本章小结57-58
• 4.317L-Cu不锈钢的耐蚀及热流变行为研究58-74
• 4.1 前言58-59
• 4.2 实验方法59-60
• 4.3 317L-Cu不锈钢的耐腐蚀性能研究60-64
• 4.3.1 钝化处理对 317L-Cu不锈钢耐蚀性的影响60-61
• 4.3.2 稀土对 317L-Cu不锈钢耐蚀性的影响61-64
• 4.4 317L-Cu不锈钢的热流变行为64-72
• 4.4.1 真应力-真应变曲线64-65
• 4.4.2 热加工图65-72
• 4.5 本章小结72-74
• 5. 含铜钴基合金的抗菌功能探索74-84
• 5.1 前言74
• 5.2 实验方法74-75
• 5.3 光学组织观察75-76
• 5.4 含铜钴基合金的抗菌性能76-81
• 5.4.1 含铜钴基合金的抗菌谱76-78
• 5.4.2 菌浓对抗菌性能的影响78-79
• 5.4.3 细菌生物膜观察79-81
• 5.5 含铜钴基合金的耐蚀性81-82
• 5.6 含铜钴基合金的人体安全性82-83
• 5.7 本章小结83-84
• 6. 结论84-86
• 参考文献86-94
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况94-95
• 致谢95-96
• 作者简介96-97

【共引文献】

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本文编号：571424