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提高17-4PH 無錫不銹鋼抗菌性能的有效措施

時間:2019-06-13    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:0

17-4PH無錫不銹鋼是一種馬氏體沉淀硬化型無錫不銹鋼,具有良好的力學性能和耐腐蝕性能,廣泛用于制作外科手術刀、手術剪、手術鑷、腸鉗、刮匙等器械。這類不銹鋼由于基體中的銅析出相(ε-Cu)而具有抗菌性能,是一種新型生物功能材料。但是常規熱處理后17-4PH無錫不銹鋼盡管析出一定數量的富Cu相,但是因體積分數較小而難以釋放出殺菌所需的銅離子濃度;而常用的高溫長時間時效處理雖然能滿足抗菌性能的需要,但是高溫時效易使析出相過快長大而導致其釘扎位錯的作用減弱,同時,在基體中還容易形成一定數量的逆轉變奧氏體,導致強度的降低,降低了馬氏體不銹鋼高強度高硬度的實際使用價值。

最近,遼寧科技大學王帥等人研究了熱處理工藝對17-4PH無錫不銹鋼抗菌性能的影響,提出了提高17-4PH 不銹鋼抗菌性能的有效措施。他們將17-4PH不銹鋼在1040℃固溶處理后再在不同溫度下進行不同的時效處理,研究大腸桿菌的殺菌率隨時效條件的變化。
研究表明,在時效時間4 h條件下,隨著時效處理溫度的升高, 17-4PH 無錫不銹鋼對大腸桿菌的殺菌率逐漸增加。時效溫度為600℃時,殺菌率達到最大,此后溫度繼續升高,抗菌性能保持不變。同樣, 隨著時效時間的延長,不銹鋼對大腸桿菌的殺菌率也隨之提高,482℃時效6 h以及552℃時效4 h以上的殺菌率均超過90%,表現出優異的抗菌性能。研究證明,ε-Cu 相的析出量和形態對不銹鋼抗菌性能具有重要影響,析出相的體積分數越大抗菌性能越好,且尺寸較大的長棒狀ε-Cu相比尺寸較小的短棒狀或者球狀ε-Cu相的抗菌性能更為優異。隨著時效程度的加深,鋼中距離較近的析出相逐漸合并,析出相不斷長大粗化,體積變大,抗菌性能隨之增強。但是,提高時效溫度或增加時效時間,雖然使17-4PH不銹鋼的殺菌率增加,但是都會降低其硬度,尤其是提高時效溫度會明顯降低硬度。
實驗發現,樣品在固溶處理后接著進行液氮溫度下的冷處理,可以有效提高17-4PH無錫不銹鋼其抗菌性能,在溫度較低和時效時間較短時的效果尤為明顯。這是因為冷處理后馬氏體相變不銹鋼中的位錯密度明顯增加,過飽和空位和位錯促進了Cu元素的擴散,在位錯應力場的作用下Cu原子趨于聚集在位錯處,因此促進了富Cu相的析出, 從而有效地提高17-4PH不銹鋼的抗菌性能。另一方面,冷處理后晶格發生畸變,畸變后的馬氏體組織更加細小,從而使強度提高。
綜合起來看,17-4PH無錫不銹鋼經過液氮處理+482℃時效處理4 h后硬度最高,但抗菌性能不夠理想; 而在552℃及以上溫度進行時效處理時盡管具有較佳的抗菌性能, 但硬度較低; 液氮冷處理+482℃時效處理6 h后不僅具有優異的抗菌性能, 且保持著較高的硬度。由此可以確定,17-4PH不銹鋼的最佳抗菌熱處理工藝為1040℃固溶處理/0.5 h +液氮冷處理/0.5 h + 482℃時效處理/6 h。
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