热处理对3Cr13MoCu马氏体不锈钢抗菌性能的影响

doi:10.11900/0412.1961.2014.00184

金属学报

2014, Vol. 50

Issue (12): 1453-1460 DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00184

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热处理对3Cr13MoCu马氏体不锈钢抗菌性能的影响

王帅^1,², 杨春光², 徐大可², 沈明钢¹, 南黎², 杨柯²(

)

1 辽宁科技大学材料与冶金学院, 鞍山 114051
2 中国科学院金属研究所, 沈阳 110016

EFFECT OF HEAT TREATMENT ON ANTIBACTERIAL PERFORMANCE OF 3Cr13MoCu MARTENSITIC STAINLESS STEEL

WANG Shuai^1,², YANG Chunguang², XU Dake², SHEN Minggang¹, NAN Li², YANG Ke²(

)

1 School of Materials and Metallurgy, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051
2 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016

引用本文:

王帅, 杨春光, 徐大可, 沈明钢, 南黎, 杨柯. 热处理对3Cr13MoCu马氏体不锈钢抗菌性能的影响[J]. 金属学报, 2014, 50(12): 1453-1460.
Shuai WANG, Chunguang YANG, Dake XU, Minggang SHEN, Li NAN, Ke YANG. EFFECT OF HEAT TREATMENT ON ANTIBACTERIAL PERFORMANCE OF 3Cr13MoCu MARTENSITIC STAINLESS STEEL[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(12): 1453-1460.

全文: PDF(3835 KB) HTML

摘要:

利用抗菌性能检测、硬度测试、TEM观察、激光共聚焦显微镜观察和SEM观察等手段, 研究了时效处理对3Cr13MoCu马氏体不锈钢抗菌性能的影响. 研究结果表明, 随着时效温度的升高, 3Cr13MoCu马氏体不锈钢中的富Cu相不断长大, 对金黄色葡萄球菌的杀菌率不断提高, 但其硬度迅速下降. 而在500 ℃进行时效处理时, 延长时效时间至10~14 h后, 钢中富Cu相含量不断增加, 其抗菌性能和硬度均不断提高. 结合抗菌性能和硬度测试结果, 确定3Cr13MoCu不锈钢的优化热处理制度为: 1080 ℃固溶30 min, 水冷 + 500 ℃时效10~14 h, 空冷. 在此热处理工艺下, 3Cr13MoCu不锈钢表现出了非常优异的抗菌性能, 在杀灭游离态细菌的同时, 还可以有效地抑制表面细菌生物膜的形成.

关键词 ：含Cu马氏体不锈钢, 抗菌性能, 硬度, 生物膜

Abstract：

The effect of aging on antibacterial performance of 3Cr13MoCu martensitic stainless steel was studied by antibacterial test, Vickers hardness measurement, TEM observation, confocal laser scanning microscope (CLSM) and SEM observations. The results showed that increase of the aging temperature did favor to rapid precipitation of Cu-rich phases in the steel matrix, and correspondingly, the antibacterial rate was increased, but the hardness declined. Aging at 500 ℃ for 10~14 h could enhance both antibacterial rate and hardness due to the increase of precipitation of Cu-rich phases. Therefore the optimal heat treatment for 3Cr13MoCu martensitic stainless steel was proposed to solution at 1080 ℃ for 30 min, water cooling to room temperature, then aging at 500 ℃ for 10~14 h, air cooling to room temperature. CLSM and SEM observations indicated that 3Cr13MoCu martensitic stainless steel with optimum heat treatment could effectively killed the free bacteria and inhibited the formation of bacterial bio-films on its surface.

Key words： Cu-bearing martensitic stainless steel antibacterial performance hardness bio-film

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TG142

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图1 普通的3Cr13Mo不锈钢和经不同热处理后的3Cr13MoCu不锈钢的杀菌效果图

图2 3Cr13MoCu不锈钢经不同温度时效6 h后对金黄色葡萄球菌的杀菌率

图3 3Cr13MoCu不锈钢的硬度随时效温度变化

图4 不同温度时效6 h后的3Cr13MoCu不锈钢的TEM像和对应的EDS分析

图5 普通3Cr13Mo不锈钢和3Cr13MoCu不锈钢在500 ℃时效不同时间后对金黄色葡萄球菌的杀菌效果图

图6 普通3Cr13Mo不锈钢和3Cr13MoCu不锈钢与细菌共培养24 h后的DAPI染色图

图7 普通3Cr13Mo不锈钢和3Cr13MoCu不锈钢与金黄色葡萄球菌共培养24 h后的细菌生物膜形成情况

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