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
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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(guī)熱處理后17-4PH無錫不銹鋼盡管析出一定數(shù)量的富Cu相，但是因體積分數(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(shù)量的逆轉(zhuǎn)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(xù)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(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)對不銹鋼抗菌性能具有重要影響，析出相的體積分數(shù)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(yōu)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(fā)現(xiàn)，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(fā)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(jīng)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(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℃時效處理/6 h。