CN107299312B - 一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法 - Google Patents

一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，利用表面细化处理来提高抗菌涂层的抗菌效果，表面细化处理工艺为超音速微粒轰击、机械研磨、激光束照射或等离子束照射；本发明处理后的涂层不仅调整了涂层内部的应力状态，使涂层粘结更加牢固，而且得到的细化涂层活性更强，杀菌效果更好，抗菌寿命更长。

Description

一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法
技术领域
本发明属于材料表面处理领域，涉及一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法。
背景技术
表面处理技术，是对金属材料表面进行表面处理从而制备出特殊结构表面的方法，被广泛运用于金属材料表面。ZnO、TiO、MgO、SiO2、TiO2等材料具有较好的抗菌效果，被广泛运用到抗菌器械中。但是现有的涂层在很多时候不能满足抗菌的要求，为了达到较好的抗菌效果，添加较多该类元素时，制造成本提高，而且其抗菌涂层与基体粘结强度低，耐磨损性能差，也不能被长久使用。
表面处理技术有能量的输入，也有热量的输入。其中能量的输入会使涂层中物质晶粒细化，从而增加涂层的表面细化程度，另外大量的能量输入，会使涂层中的某些成分之间发生化学反应，从而为涂层表面细化提供更多的焓值，使涂层中部分微粒熔化并迅速冷却，从而达到较小直径的微粒。
发明内容
本发明提供一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，利用表面细化处理使热喷涂抗菌涂层表面更加细化，提高抗菌涂层的抗菌效果。
所述表面细化处理工艺为超音速微粒轰击、机械研磨、激光束照射或等离子束照射。
所述超音速微粒轰击具体工艺参数：气流压力1.5MPa，气体温度50℃，轰力介质钢丸，钢丸直径0.1 ~2 mm，处理时间10s~300s。
所述机械研磨具体工艺参数：研磨速度70r/min，研磨压力1~1.5MPa，研磨时间10s~300s。
所述激光束照射具体工艺参数：波长1064nm，脉宽10ns，光斑能量为5~10J，处理时间10s~300s。
所述等离子束照射具体工艺参数：喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.01~0.1mm，处理时间10s~300s。
所述抗菌涂层中含有ZnO、TiO、MgO、SiO2、TiO2中的一种。
所述抗菌涂层中含有铁粉、钼铁粉、黄铜粉、氧化亚铜、氧化亚铁中的一种或几种任意比例混合。
本发明的有益效果：
（1）本发明使涂层表面细化，涂层活性变高，抗菌效果提高，使用寿命延长。
（2）本发明使用的增强热喷涂抗菌涂层抗菌效果的方法结合热喷涂涂层配方，结合物化反应和能量变化原理，表面细化效果极佳。
（3）表面处理后还可以提高涂层的粘结性及耐磨损性能。
（4）本发明使用的增强热喷涂抗菌涂层抗菌效果的方法使涂层中很少的抗菌元素含量就可以具有很强的抗菌能力和抗菌寿命，制造成本极大的下降。
附图说明
图1本发明实施例1表面细化前后热喷涂涂层结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，仅仅出于示范目的，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行常规粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取55gZnO，黄铜粉31.25g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入喷涂设备送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面超音速微粒轰击，气流压力1.5MPa，气体温度50℃，轰力介质钢丸，钢丸直径0.1mm，处理时间300s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
如图1所示，为本实施例步骤（4）表面细化处理前，和步骤（5）表面细化处理后的涂层示意图，从图中可知，经过步骤（5）表面细化处理后，涂中细化抗菌微粒数量增多，抗菌效果增强。
实施例2
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取4.5gMgO和95gNiCr；称取称取埃洛石粉末0.07g，蒙脱石粉末0.01g，钼铁粉0.0003g，NiAl粉末0.0197g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置超音速火焰喷涂设备参数，将步骤（3）中得到的混合干燥粉末送入喷涂设备送粉器内，利用超音速火焰喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面超音速微粒轰击，气流压力1.5MPa，气体温度50℃，轰力介质钢丸，钢丸直径2mm，处理时间10s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例3
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取10gTiO和45gNiCr；称取埃洛石粉末26.25g，蒙脱石粉末5.25g，钼铁粉6.5g，黄铜粉6.5g，NiAl粉0.5g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置电弧喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入电弧喷涂的送丝机构内，利用电弧喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行送丝喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面超音速微粒轰击，气流压力1.5MPa，气体温度50℃，轰力介质钢丸，钢丸直径1.5mm，处理时间100s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例4
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取8gZnO和57gCu粉；称取伊利石粉末9.45g，腊石粉末6.3g，氧化亚铜5g，锰铁粉3.75g，Ni粉末5g，Co粉末5.5g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置超音速火焰喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入设备送粉器内，利用超音速火焰喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行表面机械研磨，研磨速度70r/min，研磨压力1MPa，研磨时间300s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例5
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取15gTiO和60gNiAl粉；称取高岭石粉末7g，叶腊石粉末4.25g，氧化亚铁3.5g，黄铜粉1.5g，碳化钨陶瓷粉末8.75g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入喷涂设备送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行表面机械研磨，研磨速度70r/min，研磨压力1.5MPa，研磨时间10s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例6
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取15gMgO，35gFe粉和钼铁粉25g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置超音速火焰喷涂设备参数，将步骤（3）中得到的抗菌粉末与性能增强剂混合粉末和增强剂粉末分别送入喷涂设备的两个送粉器内，双路同时送粉，利用超音速火焰喷涂设备在步骤（3）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行表面机械研磨，研磨速度70r/min，研磨压力1MPa，研磨时间100s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例7
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取5gTiO2粉5g和85gNiAl粉；称取珍珠石粉末1.8g，蒙脱石粉末4.2g，称取锰铁粉1.2g，氧化亚铜1.5g，Cu粉1.3g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置电弧喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入电弧喷涂的送丝机构内，利用电弧喷涂技术在步骤（1）的预处理基体表面进行送丝喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面激光束照射，波长1064nm，脉宽10ns，光斑能量为5J，处理时间300s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例8
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取6gSiO2粉和54gNiAl粉；称取埃洛石粉末16g，氧化亚铁11.2g，钼铁粉4.8g，铁粉8g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（3）中得到的抗菌剂与性能增强剂混合粉末和增强剂粉末分别送入喷涂设备的两个送粉器内，两路同时送粉，利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面激光束照射，波长1064nm，脉宽10ns，光斑能量为10J，处理时间10s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例9
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取15gTiO和35gNiAl；称取高岭石粉末7.5g，珍珠石粉末7.5g，锰铁粉3.75g，黄铜粉11.25g，碳化硅陶瓷粉末20g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入喷涂设备送粉器内，利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面激光束照射，波长1064nm，脉宽10ns，光斑能量为8J，处理时间100s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例10
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取4.5gZnO和95gNiCr；称取埃洛石粉末0.07g，蒙脱石粉末0.01g，钼铁粉0.0003g，NiAl粉末0.0197g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置超音速火焰喷涂设备参数，将步骤（3）中得到的混合干燥粉末送入喷涂设备送粉器内，利用超音速火焰喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面等离子束照射，喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.1mm，处理时间300s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
实施例11
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取10gTiO2和45gNiCr；称取埃洛石粉末26.25g，蒙脱石粉末5.25g，钼铁粉6.5g，黄铜粉6.5g，NiAl粉0.5g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置电弧喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入电弧喷涂的送丝机构内，利用电弧喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行送丝喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面等离子束照射，喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.01mm，处理时间10s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。实施例12
本实施例一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取8gZnO和57gCu粉；称取伊利石粉末9.45g，腊石粉末6.3g，氧化亚铜5g，锰铁粉3.75g，Ni粉末5g，Co粉末5.5g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置超音速火焰喷涂设备参数，将步骤（3）中得到混合粉末送入设备送粉器内，利用超音速火焰喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90。表面等离子束照射，喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.08mm，处理时间100s，得到具有表面抗菌效果更好的热喷涂抗菌涂层。
如下表1所示为实施例1-12中，步骤（4）得到的抗菌涂层与步骤（5）得到抗菌涂层，进行粘结强度检测、磨擦磨损实验检测及大肠杆菌涂层表面培养实验结果，从表中可知，经表面细化处理后的涂层，涂层抗菌能力提高了3~6倍，涂层粘结强度和耐磨能力也显著提升。
表1

Claims (9)

1.一种增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，该方法首先通过热喷涂在基体表面获得抗菌涂层，再利用表面细化处理来提高抗菌涂层的抗菌效果，所述热喷涂为等离子喷涂、超音速火焰喷涂或电弧喷涂，所述表面细化处理工艺为超音速微粒轰击、机械研磨、激光束照射或等离子束照射。
2.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，所述超音速微粒轰击具体工艺参数：气流压力1.5MPa，气体温度50℃，轰力介质钢丸，钢丸直径0.1 ~2 mm，处理时间10s~300s。
3.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，所述机械研磨具体工艺参数：研磨速度70r/min，研磨压力1~1.5MPa，研磨时间10s~300s。
4.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，所述激光束照射具体工艺参数：波长1064nm，脉宽10ns，光斑能量为5~10J，处理时间10s~300s。
5.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，所述等离子束照射具体工艺参数：喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.01~0.1mm，处理时间10s~300s。
6.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，所述抗菌涂层中含有ZnO、TiO、MgO、SiO2、TiO2中的一种。
7.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，所述抗菌涂层中含有铁粉、钼铁粉、黄铜粉、氧化亚铜、氧化亚铁中的一种或几种任意比例混合。
8.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取10g TiO2和45g NiCr；称取埃洛石粉末26.25g，蒙脱石粉末5.25g，钼铁粉6.5g，黄铜粉6.5g，NiAl粉0.5g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置电弧喷涂设备参数，将步骤（3）中得到的混合粉末送入电弧喷涂的送丝机构内，利用电弧喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行送丝喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90°表面等离子束照射，喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.01mm，处理时间10s，得到热喷涂抗菌涂层。
9.根据权利要求1所述增强热喷涂涂层抗菌效果的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
（1）将基体待喷涂表面进行粗化、清洁处理后，待用；
（2）称取8g ZnO和57g Cu粉；称取伊利石粉末9.45g，腊石粉末6.3g，氧化亚铜5g，锰铁粉3.75g，Ni粉末5g，Co粉末5.5g，固体药品采用机械球磨法进行破碎，制成粉末，通过325目的机械振动筛得到对应粉末；
（3）将步骤（2）中的粉末混合均匀，待用；
（4）设置超音速火焰喷涂设备参数，将步骤（3）中得到的混合粉末送入设备送粉器内，利用超音速火焰喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得抗菌涂层；
（5）将步骤（4）中得到的涂层进行90°表面等离子束照射，喷涂电流550A，氮气流量2400L/h，束流直径0.08mm，处理时间100s，得到热喷涂抗菌涂层。
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