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磁控溅射Cu/TiN纳米抗菌多层膜制备及性能研究

作　者: 杨勇
导　师: 田修波
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 不锈钢抗菌磁控溅射 Cu/TiN纳米多层膜耐腐蚀性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着我国经济水平的提高,健康生活越来越成为了人们追求的一种生活理念和社会发展的潮流。抗菌材料在绿色生活中演绎着越来越重要的角色。由于不锈钢在生活中的广泛应用,制备具有抗菌性能的不锈钢具有着重要的现实应用意义。本论文应用直流和射频磁控溅射的方法,在不锈钢基体上制作了不同调制周期的铜/TiN纳米多层膜,同时,用金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA)金属离子注入的方法,在不锈钢、钛合金和纯铝试样上进行了Cu离子的注入。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对多层膜表面形貌以及结构进行了观察,利用X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对表面膜层的元素分布、价态,相结构等进行了分析。通过动电位电化学腐蚀测出Tafel曲线以及0.87%生理盐水中浸泡,以评估表面的腐蚀性能。同时也检测了表面的摩擦磨损性能、显微硬度和纳米硬度。最后利用平板计数法对表面抗大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌的性能进行了评估和分析。通过截面观察发现多层膜的纳米多层结构,单层厚度过大时,由于表面应力过大而易于产生裂纹,因此在合适的调制周期和单层厚度下制备的纳米多层膜具有较好的表面结构和性能。显微硬度表明多层膜试样的硬度有着较大提高,纳米硬度分析表明硬度值随TiN整体含量的增大而增大。凭借黄铜膜层良好的润滑性和TiN层较高的硬度,多层膜表现出了较好的摩擦磨损性能,在合适的调制周期下,多层膜试样不仅表现出较低的摩擦系数,而且具有很长的磨透时间,最长超过8000秒。通过对Cu离子注入样品的摩擦磨损检测发现,Cu离子注入不锈钢和钛合金试样的摩擦磨损性能没有提高,Cu离子注入铝试样的摩擦磨损性能有明显提高。多层膜的耐腐蚀性能比不锈钢稍有降低,但是降低幅度不大,基本上达到了不锈钢的耐腐蚀效果。EDS和XRD分析结果表明,多层膜的主要组成元素为Cu、Ti和Zn,多层膜总体上表现出TiN(200)和Cu(111)的择优取向。XPS分析证明,在TiN层中有一定的铜的单质的存在,含量在5%左右;同时含有很少量的Zn。抗菌结果发现多层膜试样在24小时内的抗菌率都在99%以上。铜在外

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