本发明涉及一种获得不锈钢表面改性合金层的加工方法，属于金属材料加工领域。
背景技术：
不锈钢因其具有好的耐腐蚀性和强度，因而被广泛应用于制造手术刀等医疗器械，然而想要应用于卫生领域还需要具有优良的抗菌性能。目前常见的方法是在不锈钢生产过程中直接添加一些具有抗菌作用的金属元素(如银、铜等),再通过特殊的抗菌处理即可使不锈钢具有抗菌性,但这种整体冶炼方法工艺复杂,并且低熔点银/铜合金元素的添加,易导致不锈钢整体力学性能的劣化。实际使用时发挥抗菌功能的区域是其与其它介质接触的表面,因此,可以考虑通过表面改性提升抗菌能力。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种获得不锈钢表面改性合金层的加工方法，可以使不锈钢获得抗菌性能，且不影响不锈钢的整体力学性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种获得不锈钢表面改性合金层的加工方法，包括如下步骤：
(1)将奥氏体不锈钢试样用砂纸打磨、抛光至表面粗糙度ra＜0.06μm；
(2)将奥氏体不锈钢试样置于表面合金化设备中，充入少量ar气,在阴极和源极之间施加直流电压,产生辉光放电,轰击清理试样和纯铜靶材表面，利用阴极与源极间形成的空心阴极效应使试样升温，试样温度升至800-900℃时,调整阴、源两极电压,使温度保持稳定进行渗铜，保温2h后关闭源极电压和阴极电压,试样随炉冷却。
作为本发明的一个优选方案，所述奥氏体不锈钢主要成分为0.060-0.080wt％c、17.35-17.50wt％cr、6.50-7.00wt％ni。
作为本发明的一个优选方案，所述表面合金化设备中的真空度＜7.0×10-2pa。
作为本发明的一个优选方案，所述表面合金化设备中的工件电压-500～-600v。
铜在不锈钢中的扩散机制主要是空位机制,铜原子通过与空位交换位置而实现迁移.普通渗金属过程中,一定温度下金属基体中存在一个平衡空位浓度.本研究采用的等离子表面冶金技术,由于离子对工件表面的轰击,造成金属基体表层形成大量空位的晶体缺陷层,从而可以溶入更多的合金元素,在基体表层形成空位浓度梯度.此外,等离子渗金属过程中,ar离子对工件表面的轰击可以侵蚀掉表面氧化物等钝化层,不断活化工件表面,增强基体对金属离子的吸附能力。
本发明的方法采用等离子表面合金化处理技术,在不锈钢表面制备获得了表面含铜的合金层,制得的不锈钢抗菌表层厚度1.3-1.4μm，表面含铜质量百分数为3.00％，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定的抗菌效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
获得不锈钢表面改性合金层的加工方法，包括如下步骤：
(1)将奥氏体不锈钢试样用砂纸打磨、抛光至表面粗糙度ra＜0.06μm；
(2)将奥氏体不锈钢试样置于表面合金化设备中，极限真空度＜7.0×10-2pa，工件电压-500～-600v；充入少量ar气,在阴极和源极之间施加直流电压,产生辉光放电,轰击清理试样和纯铜靶材表面，利用阴极与源极间形成的空心阴极效应使试样升温，试样温度升至800℃时,调整阴、源两极电压,使温度保持稳定进行渗铜，保温2h后关闭源极电压和阴极电压,试样随炉冷却。
对待测试样的抗菌性能进行测试,所用菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，试验如下：
(1)将用乙醇清洗后的对照试样和实施例1的试样分别在121℃下高压灭菌20min；
(2)将接种后的菌液用生理盐水稀释成浓度为105cfu/ml的菌液,并分别将0.4ml的菌液均匀滴至铜合金化试样和对照试样表面；
(3)分别将滴了菌液的测试试样与菌液作用1-12h后置于培养皿中,用生理盐水反复冲洗试样表面,混合均匀后将菌液稀释成3个梯度.分别从稀释后的菌液中取0.1ml滴至事先灭菌的固体培养基中,用涂布棒将菌液均匀涂在培养基表面；
(4)将涂了菌液的固体培养基放置于温度为37℃的培养箱中培养18h，计量每个培养皿中的菌落个数,计算抗菌率；抗菌率＝100％×[(λ0-λt)/λ0],其中,λ0为抗菌实验后对照试样表面的菌落数,λt为抗菌实验后
本技术：
试样表面的菌落数。
经检测，随着接触时间的延长,本申请对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率逐渐增大。接触时间达12h后,合金化不锈钢对两种细菌的杀菌率都达到90.0％。
经eds分析，表面含铜质量百分数为3.00％，说明cu已经渗入不锈钢表面，该表面与菌液接触时会缓慢释放铜离子.溶出的铜离子会与细菌的细胞壁发生作用,之后与细菌的dna分子相结合,破坏细菌的代谢过程,从而达到杀菌的作用。
实施例2
获得不锈钢表面改性合金层的加工方法包括如下步骤：
(1)将奥氏体不锈钢试样用砂纸打磨、抛光至表面粗糙度ra＜0.06μm；
(2)将奥氏体不锈钢试样置于表面合金化设备中，极限真空度＜7.0×10-2pa，工件电压-500～-600v；充入少量ar气,在阴极和源极之间施加直流电压,产生辉光放电,轰击清理试样和纯铜靶材表面，利用阴极与源极间形成的空心阴极效应使试样升温，试样温度升至900℃时,调整阴、源两极电压,使温度保持稳定进行渗铜，保温2h后关闭源极电压和阴极电压,试样随炉冷却。
对本实施例制备的样品进行测试，结果和实施例1类似。
实施例3
一种获得不锈钢表面改性合金层的加工方法包括如下步骤：
(1)将奥氏体不锈钢试样用砂纸打磨、抛光至表面粗糙度ra＜0.06μm；
(2)将奥氏体不锈钢试样置于表面合金化设备中，极限真空度＜7.0×10-2pa，工件电压-500～-600v；充入少量ar气,在阴极和源极之间施加直流电压,产生辉光放电,轰击清理试样和纯铜靶材表面，利用阴极与源极间形成的空心阴极效应使试样升温，试样温度升至900℃时,调整阴、源两极电压,使温度保持稳定进行渗铜，保温2h后关闭源极电压和阴极电压,试样随炉冷却。
对本实施例制备的样品进行测试，结果和实施例1类似。