提高17-4PH 無(wú)錫不銹鋼抗菌性能的有效措施
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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17-4PH無(wú)錫不銹鋼是一種馬氏體沉淀硬化型無(wú)錫不銹鋼，具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，廣泛用于制作外科手術(shù)刀、手術(shù)剪、手術(shù)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(guī)熱處理后17-4PH無(wú)錫不銹鋼盡管析出一定數(shù)量的富Cu相，但是因體積分?jǐn)?shù)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(zhǎng)時(shí)間時(shí)效處理雖然能滿足抗菌性能的需要，但是高溫時(shí)效易使析出相過快長(zhǎng)大而導(dǎo)致其釘扎位錯(cuò)的作用減弱，同時(shí)，在基體中還容易形成一定數(shù)量的逆轉(zhuǎn)變奧氏體，導(dǎo)致強(qiáng)度的降低，降低了馬氏體不銹鋼高強(qiáng)度高硬度的實(shí)際使用價(jià)值。
最近，遼寧科技大學(xué)王帥等人研究了熱處理工藝對(duì)17-4PH無(wú)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(jìn)行不同的時(shí)效處理，研究大腸桿菌的殺菌率隨時(shí)效條件的變化。
研究表明，在時(shí)效時(shí)間4 h條件下，隨著時(shí)效處理溫度的升高， 17-4PH 無(wú)錫不銹鋼對(duì)大腸桿菌的殺菌率逐漸增加。時(shí)效溫度為600℃時(shí)，殺菌率達(dá)到最大，此后溫度繼續(xù)升高，抗菌性能保持不變。同樣， 隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，不銹鋼對(duì)大腸桿菌的殺菌率也隨之提高，482℃時(shí)效6 h以及552℃時(shí)效4 h以上的殺菌率均超過90％，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能。研究證明，ε-Cu 相的析出量和形態(tài)對(duì)不銹鋼抗菌性能具有重要影響，析出相的體積分?jǐn)?shù)越大抗菌性能越好，且尺寸較大的長(zhǎng)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(yōu)異。隨著時(shí)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(zhǎng)大粗化，體積變大，抗菌性能隨之增強(qiáng)。但是，提高時(shí)效溫度或增加時(shí)效時(shí)間，雖然使17-4PH不銹鋼的殺菌率增加，但是都會(huì)降低其硬度，尤其是提高時(shí)效溫度會(huì)明顯降低硬度。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品在固溶處理后接著進(jìn)行液氮溫度下的冷處理，可以有效提高17-4PH無(wú)錫不銹鋼其抗菌性能，在溫度較低和時(shí)效時(shí)間較短時(shí)的效果尤為明顯。這是因?yàn)槔涮幚砗篑R氏體相變不銹鋼中的位錯(cuò)密度明顯增加，過飽和空位和位錯(cuò)促進(jìn)了Cu元素的擴(kuò)散，在位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的作用下Cu原子趨于聚集在位錯(cuò)處，因此促進(jìn)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(fā)生畸變，畸變后的馬氏體組織更加細(xì)小，從而使強(qiáng)度提高。
綜合起來(lái)看，17-4PH無(wú)錫不銹鋼經(jīng)過液氮處理＋482℃時(shí)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(jìn)行時(shí)效處理時(shí)盡管具有較佳的抗菌性能， 但硬度較低; 液氮冷處理＋482℃時(shí)效處理6 h后不僅具有優(yōu)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(shí)效處理/6 h。