一种抗菌铝基中熵合金及其制备方法与流程

本发明涉及金属表面处理，尤其涉及一种抗菌铝基中熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、近些年研究表明，通过提高合金体系总体熵值，获得中熵或者高熵合金，将获得一些特殊的性能，新型合金的强度、硬度、耐磨耐腐蚀性、抗高温氧化、抗高温软化、低温韧性和抗辐照等一系列性能均突破传统合金的性能极限。同时，提高合金体系的熵值后，其组成成分将由相图边缘向多元相图的中间部分移动，而这些位置对于新型材料的探索方面仍然是一个盲区。目前，已经得到广泛研究的高熵合金体系主要由co、cr、fe、ni、cu、mn、ti等拥有原子核外3d亚层电子的过渡族金属元素组成。然而，大量的过渡族金属元素的添加也给高熵合金在航空航天等领域的应用带来了一些问题。比如：(1)密度大。过渡族金属元素往往具有较大的密度，这势必会导致多组元高熵合金的密度较大；(2)成本高。显然，现有的高熵合金组元的原材料价格往往不菲，加之各组元在高熵合金中具有较高的原子百分比，因此大幅提高了合金的制造成本；(3)能耗高，传统高熵合金组元往往具有较高的熔点，这势必造成合金熔炼能耗的提高。

2、铝合金表面抗菌功能化不改变铝合金本身组织结构和元素组成，只是在铝合金表面进行抗菌改性修饰，相比制备合金型抗菌铝基中熵合金，铝合金表面修饰最大的优势在于可以直接对已经成型的铝合金进行修饰，且工艺简单，是现在铝合金抗菌功能化选用最多的方法。铝合金作为无机金属材料，最常见的表面修饰方法还是在其表面涂覆一层抗菌涂层。dogan采用离子交换法制备了ag、zn负载沸石，然后将抗菌沸石混入醋酸乙烯漆中，在将其涂覆到铝箔上得到6-10mm厚的抗菌涂层，对大肠杆菌表现出良好的抗菌效果。张维丽[等采用溶胶-凝胶法，将tio2混入钛酸丁脂中制备溶胶，然后在铝合金表面制备了一层紧密的tio2抗菌薄膜，表现出一定的抗菌活性。铝合金表面涂层抗菌室目前使用较多的方法，过程简单方便，但涂层老化脱落容易引起抗菌长效性不佳。另外，铝合金表面阳极氧化是一种非常成熟的铝合金表处理工艺，能够带来致密的氧化膜，表面均匀规则的纳米孔隙成为功能离子沉积的绝佳位置，很多铝合金表面功能化的实现都是通过两步法，先进行表面阳极氧化处理，然后再沉积一层有效活性成分。铝合金表面抗菌功能化也可以通过这种两步法实现。tomioka等人采用阳极氧化法在铝合金表面形成aao，然后在aao表面的孔内填充硫代硫酸银络合物，制备出抗菌性能较佳的铝合金制品，这种制备抗菌铝基中熵合金的方法对于抗菌成分的选择非常广泛，但不适用于不规则形状的铝合金构件，此外阳极氧化可以得到非常规整的纳米孔结构，但对于粒子沉积不需要如此规整的孔结构，所以阳极氧化法就显得太复杂且耗能。

3、基于上述情况，本发明提出了一种抗菌铝基中熵合金及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种抗菌铝基中熵合金及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种抗菌铝基中熵合金，所述抗菌铝基中熵合金由以下原子摩尔百分比的合金成分组成：

3、al：79.5～81.0％；li：1.5～2.5％；mg：1.5～2.5％；zn：12.0～14.0％；cu：1.5～2.5％；ag：0.50～1.0％。

4、优选地，所述抗菌铝基中熵合金由以下原子摩尔百分比的合金成分组成：al：81.0％；li：1.5％；mg：1.5％；zn：14.0％；cu：1.5％；ag：0.50％。

5、优选地，所述抗菌铝基中熵合金由以下原子摩尔百分比的合金成分组成：al：79.5％；li：2.5％；mg：2.5％；zn：12.0％；cu：2.5％；ag：1.0％。

6、优选地，所述抗菌铝基中熵合金通过以下步骤的方法制备而成：

7、(1)将配好的al、li、mg、zn原料按照熔点由低到高的顺序依次放进刚玉坩埚中，熔点最低的元素放在最下方，熔点最高的元素放在最上方，每放完其中一种元素时，均放置等量的cu或ag，直接cu或ag全部放完；

8、(2)将装好合金料的刚玉坩埚放进螺旋形感应线圈中，抽真空至1×10-4pa以下，再充氩气至0.3～0.5mpa，启动高频感应装置，加热电流在100～200a范围内，逐步提高加热电流，当合金锭熔化后，保持合金熔融状态15～20min，使合金成分均匀，将熔炼均匀的合金液浇铸金属模具中，即得铝基合金锭。

9、优选地，所述抗菌铝基中熵合金的表面负载有抗菌活性功能成分。

10、优选地，所述抗菌活性功能成分为板蓝根总蛋白。

11、优选地，所述表面负载有活性功能成分的抗菌铝基中熵合金通过以下步骤的方法制备而成：

12、(1)将配好的al、li、mg、zn原料按照熔点由低到高的顺序依次放进刚玉坩埚中，熔点最低的元素放在最下方，熔点最高的元素放在最上方，每放完其中一种元素时，均放置等量的cu或ag，直接cu或ag全部放完；

13、(2)将装好合金料的刚玉坩埚放进螺旋形感应线圈中，抽真空至1×10-4pa以下，再充氩气至0.3～0.5mpa，启动高频感应装置，加热电流在100～200a范围内，逐步提高加热电流，当合金锭熔化后，保持合金熔融状态15～20min，使合金成分均匀，将熔炼均匀的合金液浇铸金属模具中，即得铝基合金锭；

14、(3)将表面清洁过的铝基合金锭放入含有20％质量浓度的h2o2溶液中，并使h2o2溶液浸过铝基合金锭的表面，密封处理12h，取出后用去离子水清洗并晾干，得到具有纳米空隙的铝基合金锭；

15、(4)将硅烷偶联剂加入到50％乙醇中，制备体积分数为5％的硅烷偶联剂溶液，同时在硅烷偶联剂溶液中按照250～350mg/ml加入板蓝根总蛋白，随后将含有板蓝根总蛋白的硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在具有纳米空隙的铝基合金锭表面，在150℃下固化2～3h，即得所述抗菌铝基中熵合金。

16、优选地，所述硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。

17、优选地，所述环氧基硅烷偶联剂包括3-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷的其中一种。

18、优选地，所述环氧基硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、1.本发明制备的抗菌铝基中熵合金，在具有良好的抗菌效果的同时也具有优异的力学性能，主要原理在于降低了质地较软的cu、ag金属的占比，同时为了抵消抗菌成分cu、ag含量减少的抗菌效果的影响，添加了一种来源于常见中药板蓝根的大分子提取物板蓝根总蛋白，该大分子植物蛋白在较低含量ag的存在下，依然能使ag发挥在较高含量时的抗菌效果。

21、2.本发明的通过在负载抗菌成分大分子提取物板蓝根总蛋白的过程中使用了硅烷偶联剂作为溶剂介质之一，能有效地提高大分子提取物板蓝根蛋白的耐高温、高湿性能。

22、3.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，抗菌铝基中熵合金简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。