表面型抗菌不锈钢指的是仅表面具有抗菌效果的不锈钢材料,按照制备工艺的不同又可分为表面涂层型抗菌不锈钢和表面改性型抗菌不锈钢。

1)表面涂层型抗菌不锈钢

表面涂层抗菌不锈钢以不锈钢为基体,通过喷涂、溶胶-凝胶、复合镀、磁控溅射等方法◥,将具有抗菌功能的各种材料涂覆于不锈钢表面。根据涂层的种类可以将其分为有机涂层抗菌不锈钢和无机涂层抗菌不锈钢。

有机涂层抗菌不锈钢是◣在不锈钢表面涂覆添加季铵盐等有机抗菌剂的涂料,可以赋予不锈钢优良的抗菌性能。

无机涂层抗≡菌不锈钢主要有两类:一类是利用抗菌性较强的AgCuZn或者它们的合金作为涂层,刘永红采用射频磁控溅射法在牙齿不锈钢托槽表面镀银薄膜,然后用〇电子束辐照使Ag合金化形成涂层,制备的不锈钢对变形链球菌的灭菌率高达99.30%。另一类是具有光催化性的TiZn的氧化物的涂层,涂层在光照时产生电子空穴对,电子空穴对与表面吸附的OHO2生成自由基,自由基可以直接攻击细菌的细胞膜,达到抗菌的效果。

表面涂层型抗菌不锈钢工艺简单,抗菌性能好,此类方法制备的抗菌♀不锈钢目前面临的主要问题是抗菌层与基体结合力差、抗菌层耐磨性差,使用过程中不能长期经受摩擦,导致难以达到长久抗菌,这就限制了此类产『品的应用范围。因此提高抗菌层和基体的结合力和提高涂层的耐磨性是此类技术的主要研∮究方向。

表面改性型抗菌不锈钢

表面改性型抗菌不锈钢是指利用物理溅射、化学及热处理等方法,向不锈钢表面渗入AgCuZn等抗〓菌元素,在不锈钢表面形成一层合金层,以实现不锈钢的抗菌性能。使用这种方法制←备的抗菌不锈钢能够持久抗菌,而且表面保留了不锈钢的光泽。目前不锈钢表面改性工艺包卐括沉积扩散、离子注入、双层辉光、固体渗╱铜等。

1)沉积扩散法

沉积扩散法改性是通过化学沉积或电化学沉积法在不锈钢表面形成含有抗菌元素的镀层,之后经扩散处理使抗菌离子扩散至基体中,实现抗菌镀层与不锈钢基体的结合,赋予@ 了不锈钢持久的抗菌性能的同时还提高了不锈钢表面的耐磨性。覃志伟等利用沉积扩散法制备含银抗菌不锈钢,通过化学镀的方式先在不锈钢基体上〓沉积一定厚度的Ag层,然后在LDMC-30PCVD炉中利用Ar+对银层进行轰击,利用轰击产生的反冲和增强扩散效应,使具有抗菌性能的银渗↘入到基体表层,从而赋予不锈钢抗菌性能。

2)离子注入法

离子注入法改性是在真空条件下通过电离室使银、铜等抗菌金▲属元素蒸汽离子化,然后施加高压电场,使离子获得较高的速度并注入到金属基体中,从而获得抗菌表面,通过离子▃注入法制备抗菌不锈钢,在控制抗菌离↓子的掺杂深度和浓度方面具有明显的优势。倪红卫Ψ等人采用MEVVA源强流离子注入机将Cu离子分别注入到々2Cr13马氏体不锈钢和0Cr18Ni9奥氏体不锈钢制备了表面改性抗菌不锈钢。HiranoMitsuhiro等人采用直流放电氩等离子体刻蚀▓技术在AISI316不锈钢表面制备抗菌纳米柱,研究了电流等因素对纳米柱密度的影响,所制备的纳米柱具有抗菌作用。

3)双层辉光法

双层辉光法是在惰性◇气体或真空环境下,使不锈钢基体被直流高压电源产生的金属离子不断轰击,工件受热︼后在表面发生溅射产生空位,抗菌元素在此有利条件下沉积到不锈钢表面并向⌒内部扩散,从而在表面形成抗菌层。此方法得到的合金层与基体结合力好,不易脱落。倪红卫等人采用双层辉光渗金属法制备抗菌不锈钢,将待处理的不锈钢基材放入双层辉光渗金属炉中进行抗菌元素渗入,随后进行时效处▅理,制备出的抗菌不锈钢保留了基体的耐蚀性,不锈钢表面有含富铜相或含银相扩散层,表面具有良好的抗菌性。王健等通过双层辉光法在304不锈钢表面制备铜铬共渗合金层,制备的抗菌不锈钢表面组织分布均匀致密,存在富Cu相,对大肠杆菌和金黄↙色葡萄球菌的抗菌率均大于99%

4)固体渗铜法

固体渗铜法是在不锈钢基体上涂覆含有活化剂的渗铜剂,在高温条件下保温一段时间,渗铜剂在高温下分解出来的活性Cu离子渗透到不锈钢表层,经过一定的热处理后会基体中生成富铜相,使不↙锈钢表面获得良好的抗菌性能。李金刚等人利用75%Cu+7%Na3AlF3+18%Al2O3膏剂,在高温下对18-8型奥氏体不锈钢进行8h渗铜后缓冷制备渗铜抗菌不锈钢,获¤得了抗菌率99.9%,且耐蚀性相比于基体未下降。王世森等人通过使用自制的渗铜剂在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面获得了深度超过50微№米的渗铜层,渗铜层经过适当的热处理后■生成了ε-Cu富铜相,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优良的抗菌效果。

5)阳极氧化法

阳极氧化法是在不锈钢表面制备出纳米尺度的多孔氧化膜,然后利用纳米多孔膜结构具有的潜藏性,向多孔¤中沉积银、铜等抗菌元素。该方法最早□ 应用于铝合金,1953Keller等人首次提出采用阳极氧化法制备多孔卐氧化铝,目前该方法较多应用于在铝和钛合金表面制备多孔纳米管。张艳梅等提出了一种基于阳极氧化制备抗菌不锈钢的方法,分◥别采用硫酸水溶液、草酸水溶液、柠檬酸水溶液作为电解液进行阳极氧化,制备出可观的氧化多孔膜,随后,使用交流电沉积『金属元素,分别用硫酸铜和硫酸的混合液、硝酸银和硫酸的混合液进行CuAg的沉积。姜阅采用磷酸乙二醇〖电解液体系在304不锈钢表面制∑ 备了纳米多孔膜,并分别向其中█沉积了银、铜元素,获得的不锈钢具有良好的抗菌效果和耐】蚀性能。

对上述各种方法进行总结可以得出,表面抗菌不▼锈钢的各种制备方法的最终目的就是使抗菌元素在不锈钢表面能较多、稳定、均匀、长期的存在,且不损害基体的各方面性能,因此在设←计时只需往该方向考虑即可。