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在TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金表面制備抗菌銅鎳改性層
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-10-27
以TC4合金為基體材料，通過等離子表面合金化技術，對鈦合金表面進行滲銅、鎳改性處理，成功地在其表面制備了抗菌銅鎳改性層。
?銅是具有抗菌作用的金屬元素。銅離子與細胞膜帶電粒子發生反應，可破壞細胞膜結構，并進入細胞體內與相應的酶結合，導致其失效。通過在鈦合金表面添加銅，再經過特殊的抗菌處理，就能夠獲得抗菌鈦合金。此外，鎳的滲入能有效提高鈦合金的韌性及耐磨性。因此，在TC4(Ti-6Al-4V)合金表面實現銅、鎳共滲，對獲得具有優良綜合性能的抗菌鈦合金、進一步拓寬其應用領域具有重要的現實意義。
太原理工大學以TC4合金為基體材料，通過等離子表面合金化技術，對鈦合金表面進行滲銅、鎳改性處理，成功地在其表面制備了抗菌銅鎳改性層。銅鎳合金化處理在太原理工大學自制的等離子滲金屬爐中進行。工藝參數：工件電壓‐400～‐600Ｖ，源極電壓‐600～‐800Ｖ，極間距15～18ｍｍ，保溫溫度850℃，保溫時間3ｈ。源極材料為Ni60Cu40合金板。工作氣體為氬氣。
檢測表明，經過合金化處理后，TC4合金表面形成一層均勻致密的改性層，改性層由白亮層和擴散層組成。改性層厚度大約為7.5μｍ，其表面鎳含量為40％左右，銅含量為8％左右（質量分數），并沿深度方向呈梯度下降，不存在成分的突變。可見，改性層與基體為冶金結合，因此不會發生剝落等問題。改性層中鎳、銅含量差別較大，這與濺射有關。在等離子雙輝滲金屬過程中，源極與試樣同時作為陰極產生輝光放電，因此在合金化過程中，源極與試樣都會不可避免地發生濺射。由于試驗采用的源極與試樣均為非純金屬，因而存在元素的擇優濺射。在濺射初期，靶材受高能Ar＋離子轟擊，由于銅元素的濺射產額明顯高于鎳元素的濺射產額，使得大量銅元素被優先濺射，鎳元素的濺射數量偏少，隨著濺射過程的持續進行，靶材表面含銅量急劇減少，鎳元素含量增高；同時所選靶材本身含鎳量比含銅量高，導致在隨后的過程中，鎳成為合金表面合金化的主要元素。此外，在滲金屬過程中，TC4合金在高能Ar＋離子和源極離子的雙重轟擊下，表面再次發生濺射，銅被再次擇優濺射，造成成分再分布。最終導致合金化后TC4合金表面銅含量低，鎳含量相對較高。離子的轟擊不僅去除了合金表面鈍化膜，并且在隨后的過程中，引發聯極碰撞，使合金表層產生大量晶體缺陷，形成一個高密度缺陷區。同時，由源極提供的預滲金屬，保證了合金表面等離子氣氛充足。這些條件確保了鎳、銅合金層的形成。
抗菌試驗表明，在相同條件下，未合金化處理過的鈦合金所在培養基，大腸桿菌在隨后的18ｈ中大量繁殖，形成大量菌落；而合金化處理過的鈦合金培養基，大腸桿菌幾乎全部死亡，表明合金化處理后的鈦合金具有良好抗菌殺菌效果。