摘要：本文采用整體熔煉法在1Cr13 低碳馬氏體不銹鋼中添加1-3%的Cu，測(cè)試其抗菌性、硬度、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，并對(duì)斷口進(jìn)行了形貌觀察和分析。結(jié)果表明：隨著Cu 含量的增加不銹鋼的抗菌性提高；不銹鋼的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性也隨之提高，起到強(qiáng)韌化的作用。

關(guān)鍵詞： Cu；不銹鋼；抗菌性；強(qiáng)度；韌性

引言

隨著人們抗菌意識(shí)的不斷提高，抗菌不銹鋼的研究和應(yīng)用日趨廣泛?？咕讳P鋼是材料科學(xué)與生物科學(xué)交叉而發(fā)展出的一種新型生物醫(yī)學(xué)材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前研究的抗菌不銹鋼主要有加銀抗菌不銹鋼、表面涂層不銹鋼、抗菌復(fù)合不銹鋼、加銅抗菌不銹鋼。不銹鋼中加入適量的銅，可以使不銹鋼具有優(yōu)異的抗菌性能和綜合性能。本文以1Cr13 低碳馬氏體不銹鋼和純銅為原料通過(guò)整體重熔的方法制取含銅低碳馬氏體抗菌不銹鋼，并討論了不同銅含量對(duì)馬氏體不銹鋼組織性能的影響。

1.實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用材料以 1Cr13 不銹鋼為原料，分別添加0%、1%、2%、3%的純銅，采用中頻感應(yīng)熔煉爐熔煉得到，將澆鑄出的鋼錠經(jīng)鍛造后，機(jī)加工成標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試樣和沖擊試樣。采用涂覆法測(cè)定不銹鋼的抗菌性能。菌種采用大腸桿菌ATCC 8099，金黃色葡萄球菌ATCC6538，濃度分別為8.1×105 及9.0×105cfu·ml-1。同條件抗菌實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均值。殺菌率計(jì)算公式為：殺菌率(%)=對(duì)照不銹鋼活菌數(shù)抗菌不銹鋼活菌數(shù)/對(duì)照不銹鋼活菌數(shù)×100%。此外，還測(cè)定了試樣的硬度、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，并對(duì)斷口進(jìn)行了形貌觀察和分析。

2.結(jié)果與分析

2.1 銅含量對(duì)鋼組織的影響分別為Cu 含量為0%、1%、2%、3%的不銹鋼經(jīng)1100℃×20min 淬火+450℃×2h回火后的顯微組織。可以看出：Cu 的加入使得組織細(xì)化。這是因?yàn)殇撝屑尤肷倭康你~可以使不銹鋼的晶格發(fā)生畸變，阻礙了形核和晶粒的長(zhǎng)大，并且改變了不銹鋼的相變點(diǎn)，阻礙形變奧氏體的再結(jié)晶，從而增加鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)的形核率，并因抑制鐵素體的長(zhǎng)大而使組織發(fā)生了變化，晶粒更加細(xì)小。

2.2 銅含量對(duì)鋼抗菌性能的影響表 1 為不同銅含量的不銹鋼經(jīng)1100℃×20min 淬火+450℃×2h 回火處理后對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯觯翰讳P鋼的抗菌性能隨Cu 含量的提高而增強(qiáng)。

2.3 銅含量對(duì)鋼硬度的影響表2 為不同銅含量不銹鋼淬火態(tài)和回火態(tài)下洛氏硬度。可以看出淬火后鋼的硬度隨Cu含量的增加而提高。這是由于淬火后Cu 溶入鋼的基體中，起到固溶強(qiáng)化作用，Cu 含量越高，固溶強(qiáng)化作用越大，強(qiáng)度越高。同時(shí)由于Cu 的加入，使組織發(fā)生一定程度的細(xì)化，也使得硬度提高；回火后隨著Cu 含量的增加，析出的ε-Cu 增加，相界面增加，硬度提高。

2.4 銅含量對(duì)鋼強(qiáng)度和塑性的影響表3 為不同銅含量不銹鋼經(jīng)1100℃×20min 淬火+450℃×2h 回火處理后的拉伸性能。從表中可看出：隨著Cu 含量的提高，鋼的強(qiáng)度提高；延伸率變化不大，而斷面收縮率提高。這是由于Cu 的加入可以導(dǎo)致組織細(xì)化，可以提高強(qiáng)度和塑性；同時(shí)由于塑性ε-Cu 的析出，一方面導(dǎo)致了相界面增多，在拉伸變形過(guò)程中可以增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力強(qiáng)度提高；另一方面塑性的ε-Cu 可以通過(guò)塑性變形緩解應(yīng)力集中，延緩裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而使塑性提高。

2.5 銅含量對(duì)鋼韌性的影響表 4 為不同銅含量鋼經(jīng)1100℃×20min 淬火+450℃×2h 回火處理后的沖擊韌性?？梢钥闯觯弘S著Cu 含量的增加，由于組織細(xì)化和ε-Cu 數(shù)量增多，其塑性變形能力提高，裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展受阻，沖擊韌性提高。

3.結(jié)論1）銅的加入能細(xì)化不銹鋼的顯微組織，提高不銹鋼的抗拉強(qiáng)度和硬度。2）含銅不銹鋼經(jīng)淬火+回火處理后，能析出Cu 單質(zhì)和富銅相(ε-Cu)，具有優(yōu)異的抗菌性。且隨銅含量的增加，不銹鋼的抗菌性能提高。3）銅的加入，對(duì)不銹鋼有強(qiáng)韌化作用。且隨銅含量的增加，不銹鋼的塑性和韌性提高。

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