提高耐磨板抗菌性能的有效措施

  耐磨板是一種低碳合金耐磨鋼板,具有良好的耐磨性能和加工性能,廣泛用于工程機(jī)械、耐磨配件、刮板、溜槽等生產(chǎn)和生活中的行業(yè)。這類耐磨板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)熱處理后耐磨板盡管析出一定數(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(guò)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,降低了馬氏體耐磨板高強(qiáng)度高硬度的實(shí)際使用價(jià)值。

  最近,科研人員研究了熱處理工藝對(duì)耐磨板抗菌性能的影響,提出了提高耐磨板抗菌性能的有效措施。他們將耐磨板在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,耐磨板對(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),耐磨板對(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(guò)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)耐磨板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,雖然使耐磨板的殺菌率增加,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,可以有效提高耐磨板其抗菌性能,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氏體相變耐磨板中的位錯(cuò)密度明顯增加,過(guò)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, 從而有效地提高耐磨板的抗菌性能。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,耐磨板經(jīng)過(guò)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,耐磨板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。