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含铜(氮)抗菌不锈钢的组织与性能研究

张志霞  
【摘要】: 随着人们生活水平的日益提高,抗菌、防菌的健康意识逐渐增强。近年来的病毒感染事件接连发生,直接危及人们的生命安全,由此抗菌不锈钢这一新型钢种应运而生。抗菌不锈钢应用领域广泛。高性能、多功能的抗菌型不锈钢始终是人们研究开发的目标。从这个目标出发,本文采用试验与理论相结合的方法,借助于先进的实验条件和分析测试工具,对含铜(氮)抗菌不锈钢进行了组织与性能的研究。本文的主要结论归纳为: 利用高分辨电镜与碳萃取复型技术对含铜铁素体抗菌不锈钢中抗菌相粒子的组成和生长机制进行了分析。得出:抗菌相97%为铜,其余含有少量的锰和铁元素,其成分和结构上接近单质的铜;该抗菌相与铁素体基体主要存在的取向关系,近似存在的取向关系;抗菌相具有(111)孪晶和层错的复杂多层结构,且通过片层的沿长度方向的扩张沿[111]_(ε-Cu)和方向长大。铁素体抗菌不锈钢中抗菌相的这种生长机制在一定程度上丰富了铜在钢中沉淀析出理论。 铁素体抗菌不锈钢热轧板在时效过程中,抗菌相的析出过程受扩散机制控制,抗菌相的临界析出温度接近850℃,最佳析出温度区间为750-800℃。抗菌相尺寸越大、析出数目越多,则抗菌性越好。此外,欲获得优良的抗菌性,抗菌相的析出量不应小于0.5%。在750-800℃的温度区间进行60分钟时效,抗菌相的体积分数可近似表达为时效时间t的线性方程该模型对于抗菌相尺寸和体积分数的控制以及时效工艺的调整具有理论指导意义。 利用EBSD对含铜铁素体抗菌不锈钢表面上的抗菌相进行了分析。试验发现,抗菌相主要分布在具有Goss([101]//法向)取向的铁素体晶粒内部,这是因为抗菌相的析出惯习面是(110)α-Fe。冷轧变形使表面Goss取向的晶粒减少,而以{111}γ为主要取向的晶粒增加。由于铁素体基体中的抗菌相方向性析出,冷轧变形同时也引起表面抗菌相析出数量的下降和其形貌的改变,使得冷轧后的抗菌性稍有下降,但耐蚀性得到改善;800℃时效90分钟后,冷轧后的抗菌性亦可达到99.9%以上。试验结果表明,氮可同时提高含铜奥氏体抗菌不锈钢的抗菌性和耐蚀性。热力学计算结果揭示,氮提高铜的活度系数,其关系式可表达为:,式中的f_(Cu)是试验合金中铜的活度系数,f_(Cu)~0是无限稀多组元合金中铜的活度系数, x_N是氮的摩尔浓度。从热力学角度分析,较高浓度的氮使铜组元在抗菌相和奥氏体两相中分配的自由能差增加,使铜在抗菌相中的偏聚程度增强,从而促使更多的铜从奥氏体中析出,提高了钢的抗菌性;同时,氮在表面富集,提高了耐蚀性;该钢种时效时间短,抗菌性明显,耐蚀性改善,便于实现工业化生产,并预示着开发新型的含氮奥氏体抗菌不锈钢将是今后抗菌不锈钢的一个发展方向。


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1 张志霞;含铜(氮)抗菌不锈钢的组织与性能研究[D];上海交通大学;2007年
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