CN108468022A - 一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法 - Google Patents

一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Cr‑Si‑Ag‑N纳米复合抗菌涂层及其制备方法，该Cr‑Si‑Ag‑N纳米复合抗菌涂层包括在基体表面依次镀设的由Cr膜形成的过渡层、CrN膜形成的中间层以及由Cr、Si、Ag、N形成的Cr‑Si‑Ag‑N外层。本发明的Cr‑Si‑Ag‑N纳米复合抗菌涂层既具有较好的抗菌性能又具有高硬度与耐磨性。

Description

一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料的技术领域，更具体地说，涉及一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法。
背景技术
金属材料作为医用生物材料用于人体已有数百年历史，在临床医学中发挥着重要作用。随着医用生物材料的不断发展，已有越来越多的医用生物材料被用于制造人工器官和器件，这些人工器官和器件成功地为患者减轻痛苦，延续患者的生命。而对金属材料表面进行镀膜，则可在不影响植入材料性能的基础上获得良好的生物医学功能。但是，如果植入材料的机械性能差，会引起植入材料性质的退变，导致植入失效；如果植入材料的抗菌性差，则会引起术后感染，导致手术失败。
在20世纪末提出了纳米复合涂层的概念，即由纳米晶-纳米晶或纳米晶-非晶形成的两相或两相以上的复合涂层，该复合涂层得到了一定开发与应用，具有良好的硬度和耐磨性能，但大多应用在刀具、模具领域，而在抗菌领域很少应用。
因此发展一种既具有良好的抗菌性能，又具有较好的机械性能的纳米复合抗菌涂层不失为解决以上问题的一个重要办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法，解决了现有技术中缺乏兼具抗菌性能和机械性能的纳米复合抗菌涂层的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层，包括在基体表面依次镀设的由Cr膜形成的过渡层、CrN膜形成的中间层以及由Cr、Si、Ag、N形成的Cr-Si-Ag-N外层。
在本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层中，所述Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1～10微米；所述过渡层的厚度为0.1～0.5微米；所述中间层的厚度为0.5～2微米。
在本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层中，所述Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1.5～5微米；所述过渡层的厚度为0.15～0.35微米；所述中间层的厚度为0.8～1.2微米。
在本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层中，在所述Cr-Si-Ag-N外层中，Ag所占原子百分比的含量为0.5～20at.％，Si所占原子百分比的含量为5～10at.％。
在本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层中，在所述Cr-Si-Ag-N外层中，Ag所占原子百分比的含量为3～8at.％，Si所占原子百分比的含量为6～8at.％。
本发明还提供一种上述的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的制备方法，包括：
S1、镀过渡层：采用纯铬靶，对真空室加热；向真空室通入稀有气体；对基体加脉冲负偏压在-400～-1500V范围，使气体发生辉光放电，进行辉光清洗；调节控制气压，同时开启铬靶弧源，弧电流为60～150A，继续进行Cr+离子轰击；调脉冲负偏压至-50V～-500V，沉积Cr膜形成过渡层；
S2、镀中间层：采用纯铬靶，停稀有气体，通氮气；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；开启轴向磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～10A；调节靶电流为60～150A，沉积CrN膜形成中间层；
S3、镀Cr-Si-Ag-N外层：采用铬硅合金靶及纯银靶；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；调节靶电流为60～150A，沉积形成Cr-Si-Ag-N外层。
在本发明的制备方法中，在步骤S3之后还包括步骤S4：沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出镀层后的基体。
在本发明的制备方法中，在步骤S1中，真空室内的真空度达到1×10-3Pa～2×10- 2Pa时，对真空室加热至200～500℃；向真空室通入氩气，气压控制在0.1～3Pa之间；对基体进行辉光清洗的时间为3～8分钟；辉光清洗后调节控制气压为0.1～2.0Pa的同时开启铬靶弧源；进行Cr+离子轰击的时间为1～10分钟；沉积Cr膜的时间为1～10分钟。
在本发明的制备方法中，在步骤S2中，通氮气后控制气压范围为0.1～2Pa；沉积CrN膜的时间为1～20分钟；在步骤S3中，设定氮气气压为0.1～2Pa范围；沉积形成Cr-Si-Ag-N外层的时间为10～200分钟。
在本发明的制备方法中，在步骤S3中，在所采用的铬硅合金靶的靶材中，硅所占的原子百分比的含量为5～20at.％，余量为铬。
实施本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层既具有较好的抗菌性能又具有高硬度与耐磨性。
附图说明
图1是本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的横截面的扫描电镜照片；
图2是本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的表面形貌的透射电镜和电子衍射图；
图3是本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的抗金黄色葡萄球菌的照片；
图4是常规的CrN涂层的抗金黄色葡萄球菌的照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法作进一步说明：
本发明涉及一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法，该Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层包括在基体表面依次镀设的由Cr膜形成的过渡层、CrN膜形成的中间层以及由Cr、Si、Ag、N形成的Cr-Si-Ag-N外层，其中，基体是金属，如不锈钢、钛合金等。本发明通过过渡层与中间层的设计使得膜基结合力可以达到20N以上，Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的纳米压痕硬度值为30GPa以上。
本发明选择与CrN完全不互溶的Ag加入CrN薄膜中，不互溶的Ag偏析在CrN晶界位置，细化了CrN的晶粒尺寸，而Ag多以纳米晶或非晶结构析出，容易发生塑性变形的金属Ag的加入不仅大大降低了涂层内应力，提高了涂层硬度及断裂韧性，而且对CrN的磨损起到润滑和减摩作用，大大降低了涂层的摩擦系数，而且在使用过程中由于银离子的释放，具有较好的抗菌性能。
其中，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1～10微米，过渡层的厚度为0.1～0.5微米，中间层的厚度为0.5～2微米。优选地，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1.5～5微米，过渡层的厚度为0.15～0.35微米，中间层的厚度为0.8～1.2微米。每一层的厚度太厚容易出现脱落的现象，每一层的厚度太薄又起不到相应的作用。
在Cr-Si-Ag-N外层中，Ag所占原子百分比的含量为0.5～20at.％，Si所占原子百分比的含量为5～10at.％。其中，Ag所占原子百分比的含量为0.5～20at.％，其含义是Ag原子的数量占Cr-Si-Ag-N外层中Cr、Si、Ag、N的总原子数的0.5～20％。同样地，Si所占原子百分比的含量为5～10at.％，其含义是Si原子的数量占Cr-Si-Ag-N外层中Cr、Si、Ag、N的总原子数的5～10％。优选地，在Cr-Si-Ag-N外层中，Ag所占原子百分比的含量为3～8at.％，Si所占原子百分比的含量为6～8at.％，其二者的含义同上，这里不再进行赘述。
上述Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的制备方法包括：
A、预处理：对基体进行研磨、抛光、超声清洗、干燥；
B、镀过渡层：采用纯铬靶，当真空室内真空度达到1×10-3Pa～2×10-2Pa时，对真空室加热至200～500℃；向真空室通入稀有气体，气压控制在0.1～3Pa之间；基体加脉冲负偏压在-400～-1500V范围，使气体发生辉光放电，对基体进行辉光清洗3～8分钟；调整稀有气体流量，使真空室气压为0.1～2.0Pa，同时开启铬靶弧源，弧电流为60～150A，对基体继续进行Cr+离子轰击1～10分钟；调脉冲负偏压至-50V～-500V，沉积Cr膜1～10分钟形成过渡层；其中，稀有气体为氩气等等；
C、镀中间层：采用纯铬靶，停稀有气体，通氮气，设定气压为0.1～2Pa范围；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；调节靶电流为60～150A，沉积时间为1～20分钟，由CrN膜形成中间层；
D、镀Cr-Si-Ag-N外层：采用铬硅合金靶及纯银靶，设定氮气气压为0.1～2Pa范围；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；调节靶电流为60～150A，沉积时间为10～200分钟，形成Cr-Si-Ag-N外层；其中靶电流包括铬硅靶弧电流和纯银靶弧电流；其中，所采用的铬硅合金靶的靶材中，硅所占的原子百分比的含量为5～20at.％，余量为铬；同样地，硅所占原子百分比的含量为5～20at.％，其含义是硅原子的数量占铬硅合金靶中铬和硅的总原子数的5～20％；
E、沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出镀层后的基体。
本发明采用电弧离子镀技术完成，该方法制备的纳米复合抗菌涂层除具有较好的抗菌性能外，还具有硬度高、涂层韧性好及抗磨损等优点。
下面通过具体实施例进行详细阐述。
实施例1
基材采用不锈钢(牌号为304)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到4×10-3Pa时，对真空室加热至300℃，向真空室通入氩气，设定气体流量为100sccm，气压控制在2.0Pa，对基体加脉冲负偏压-700V，对基体进行辉光清洗5分钟；然后，调整氩气气流量，使真空室气压调整为0.5Pa，同时开启纯铬靶弧源，弧电流稳定在70A，对基体进行Cr+轰击5分钟；调脉冲负偏压至-300V，沉积Cr膜3分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.15微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为1.0Pa；调整基体脉冲负偏压为-300V，调整靶电流为80A，沉积CrN膜10分钟，CrN膜形成的中间层厚度为1.05微米；此后，进入Cr-Si-Ag-N外层沉积过程，停纯铬靶，开启铬硅合金靶，靶弧电流设定为100A，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为10at.％，同时开启纯银靶，靶弧电流设定为70A，氮气气压调整为0.5Pa，调整基体脉冲负偏压为-200V，沉积Cr-Si-Ag-N膜40分钟，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1.9微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为5at.％，Si含量为7at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至50℃以下，镀层过程结束。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为3.1微米；纳米压痕测试涂层硬度为34.6GPa，抗菌率为99％。
实施例2
基材采用钛合金(牌号为Ti6Al4V)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到4×10-3Pa时，打开气体质量流量控制器，通氩气到1.0Pa，对基体加脉冲负偏压至-600V，对基体进行辉光清洗5分钟；然后，调整氩气气流量，使真空室气压调整为0.6Pa，同时开启铬靶弧源，弧电流稳定在80A，对样品进行Cr+离子轰击5分钟；调脉冲负偏压至-200V，沉积Cr膜3分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.2微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为1.0Pa；调整基体脉冲负偏压为-300V，调整靶电流为90A，沉积CrN膜6分钟，CrN膜形成的中间层厚度为1.0微米；此后，进入纳米复合抗菌涂层沉积过程，停纯铬靶，开启铬硅合金靶及纯银靶，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为10at.％，氮气气压调整为0.8Pa；调脉冲负偏压-400V，调整铬硅靶弧电流为110A，纯银靶弧电流为80A，沉积Cr-Si-Ag-N膜30分钟，Cr-Si-Ag-N外层厚度为1.6微米，Cr-Si-Ag-N外层成分为中的Ag含量为11at.％，Si含量为8at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至50℃以下。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为2.8微米；纳米压痕测试涂层硬度为31.6GPa，抗菌率为85％。
实施例3
基材采用不锈钢(牌号为430)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到3×10-3Pa时，通氩气到1.0Pa，对基体加脉冲负偏压至-700V，对基体进行辉光清洗5分钟；然后，调整Ar气流量，使真空室气压调整为0.3Pa，同时开启铬靶弧源，弧电流稳定在80A，对基体进行Cr+离子轰击4分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.2微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为1.0Pa；调整基体脉冲负偏压为-300V，调整靶电流为90A，沉积CrN膜6分钟，CrN膜形成的中间层厚度为1.0微米；此后，停纯铬靶，开启铬硅合金靶及纯银靶，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为10at.％，调整氮气气压为0.4Pa；调整基体脉冲负偏压至-200V，调整铬硅合金靶弧电流为95A，纯银靶弧电流为65A，沉积Cr-Si-Ag-N膜60分钟，Cr-Si-Ag-N外层厚度为3.3微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为6.5at.％，Si含量为6at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至50℃以下。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为4.5微米；纳米压痕测试涂层硬度为30.1GPa，抗菌率为99％。
实施例4
基材采用TA17钛合金(牌号为Ti-4Al-2V)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到4×10-3Pa时，打开气体质量流量控制仪，通氩气到气压1.0Pa，基体加脉冲负偏压至-1000V，对基体进行辉光清洗4分钟；然后，调整Ar气流量，使真空室气压调整为0.5Pa，同时开启铬靶弧源，弧流稳定在80A，对基体进行Cr+离子轰击6分钟；Cr膜形成的过渡层厚度为0.2微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为0.9Pa；调整基体脉冲负偏压为-100V，调整靶电流为90A，沉积CrN膜6分钟，CrN膜形成的中间层厚度为0.8微米；此后，停纯铬靶，开启铬硅合金靶及纯银靶，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为15at.％，调整氮气气压为0.4Pa；调整基体脉冲负偏压至-400V，调整铬硅合金靶弧电流为95A，银靶弧电流为70A，沉积Cr-Si-Ag-N膜60分钟，Cr-Si-Ag-N外层厚度为3.6微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为2.3at.％，Si含量为9at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体偏压、停止通入气体，关闭磁场装置，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至50℃以下。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为4.6微米；纳米压痕测试涂层硬度为32.1GPa，抗菌率为89％。
实施例5
基材采用不锈钢(牌号为304)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到4×10-3Pa时，对真空室加热至300℃，向真空室通入氩气，设定气体流量为100sccm，气压控制在2.0Pa，对基体加脉冲负偏压-700V，对基体进行辉光清洗5分钟；然后，调整氩气气流量，使真空室气压调整为0.5Pa，同时开启纯铬靶弧源，弧电流稳定在70A，对基体进行Cr+轰击5分钟；调脉冲负偏压至-300V，沉积Cr膜7分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.35微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为1.0Pa；调整基体脉冲负偏压为-300V，调整靶电流为80A，沉积CrN膜13分钟，CrN膜形成的中间层厚度为1.2微米；此后，进入Cr-Si-Ag-N外层沉积过程，停纯铬靶，开启铬硅合金靶，靶弧电流设定为100A，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为5at.％，同时开启纯银靶，靶弧电流设定为70A，氮气气压调整为0.5Pa，调整基体脉冲负偏压为-200V，沉积Cr-Si-Ag-N膜100分钟，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为5微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为8at.％，Si含量为8at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至50℃以下，镀层过程结束。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为6.6微米；纳米压痕测试涂层硬度为31.6GPa，抗菌率为95％。
实施例6
基材采用不锈钢(牌号为304)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到4×10-3Pa时，对真空室加热至300℃，向真空室通入氩气，设定气体流量为100sccm，气压控制在2.0Pa，对基体加脉冲负偏压-700V，对基体进行辉光清洗5分钟；然后，调整氩气气流量，使真空室气压调整为0.5Pa，同时开启纯铬靶弧源，弧电流稳定在70A，对基体进行Cr+轰击5分钟；调脉冲负偏压至-300V，沉积Cr膜2分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.15微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为1.0Pa；调整基体脉冲负偏压为-300V，调整靶电流为80A，沉积CrN膜9分钟，CrN膜形成的中间层厚度为0.8微米；此后，进入Cr-Si-Ag-N外层沉积过程，停纯铬靶，开启铬硅合金靶，靶弧电流设定为100A，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为20at.％，同时开启纯银靶，靶弧电流设定为70A，氮气气压调整为0.5Pa，调整基体脉冲负偏压为-200V，沉积Cr-Si-Ag-N膜30分钟，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1.5微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为3at.％，Si含量为6at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至50℃以下，镀层过程结束。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为6.6微米；纳米压痕测试涂层硬度为31.6GPa，抗菌率为95％。
实施例7
基材采用不锈钢(牌号为304)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到1×10-3Pa时，对真空室加热至200℃，向真空室通入氩气，设定气体流量为10sccm，气压控制在0.1Pa，对基体加脉冲负偏压-400V，对基体进行辉光清洗3分钟；然后，调整氩气气流量，使真空室气压调整为0.1Pa，同时开启纯铬靶弧源，弧电流稳定在60A，对基体进行Cr+轰击1分钟；调脉冲负偏压至-50V，沉积Cr膜1分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.1微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为0.1Pa；调整基体脉冲负偏压为-50V，调整靶电流为60A，沉积CrN膜1分钟，CrN膜形成的中间层厚度为0.5微米；此后，进入Cr-Si-Ag-N外层沉积过程，停纯铬靶，开启铬硅合金靶，靶弧电流设定为60A，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为12at.％，同时开启纯银靶，靶弧电流设定为150A，氮气气压调整为0.1Pa，调整基体脉冲负偏压为-50V，沉积Cr-Si-Ag-N膜10分钟，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为0.5at.％，Si含量为5at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至80℃以下，镀层过程结束。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为1.6微米；纳米压痕测试涂层硬度为30.6GPa，抗菌率为92％。
实施例8
基材采用不锈钢(牌号为304)，试样尺寸为20mm×10mm×10mm，镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后，放入真空室样品台上，待真空室内真空度达到2×10-2Pa时，对真空室加热至500℃，向真空室通入氩气，设定气体流量为150sccm，气压控制在3.0Pa，对基体加脉冲负偏压-1500V，对基体进行辉光清洗8分钟；然后，调整氩气气流量，使真空室气压调整为2.0Pa，同时开启纯铬靶弧源，弧电流稳定在150A，对基体进行Cr+轰击10分钟；调脉冲负偏压至-500V，沉积Cr膜10分钟，Cr膜形成的过渡层厚度为0.5微米；而后，采用纯铬靶，停氩气通入氮气，调整气压为2.0Pa；调整基体脉冲负偏压为-500V，调整靶电流为150A，沉积CrN膜20分钟，CrN膜形成的中间层厚度为2微米；此后，进入Cr-Si-Ag-N外层沉积过程，停纯铬靶，开启铬硅合金靶，靶弧电流设定为150A，在所采用的铬硅合金靶的靶材中硅所占的原子百分比的含量为18at.％，同时开启纯银靶，靶弧电流设定为60A，氮气气压调整为2.0Pa，调整基体脉冲负偏压为-500V，沉积Cr-Si-Ag-N膜200分钟，Cr-Si-Ag-N外层的厚度为10微米，Cr-Si-Ag-N外层成分中的Ag含量为20at.％，Si含量为10at.％；沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至80℃以下，镀层过程结束。
所得Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层外观为银灰色，扫描电镜测试涂层的总厚度为12.5微米；纳米压痕测试涂层硬度为31.3GPa，抗菌率为95％。
另外，以实施例1为例，图1显示了Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的横截面的扫描电镜照片，图2是透射电镜拍摄的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层表面形貌的透射电镜图和电子衍射图，由此显示Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层致密均匀。图3和图4分别是实施例1的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层和常规的CrN涂层的抗菌效果对比，显然本发明的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层具有优良的抗菌效果。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层，其特征在于，包括在基体表面依次镀设的由Cr膜形成的过渡层、CrN膜形成的中间层以及由Cr、Si、Ag、N形成的Cr-Si-Ag-N外层。
2.根据权利要求1所述的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层，其特征在于，所述Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1～10微米；所述过渡层的厚度为0.1～0.5微米；所述中间层的厚度为0.5～2微米。
3.根据权利要求2所述的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层，其特征在于，所述Cr-Si-Ag-N外层的厚度为1.5～5微米；所述过渡层的厚度为0.15～0.35微米；所述中间层的厚度为0.8～1.2微米。
4.根据权利要求1所述的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层，其特征在于，在所述Cr-Si-Ag-N外层中，Ag所占原子百分比的含量为0.5～20at.％，Si所占原子百分比的含量为5～10at.％。
5.根据权利要求4所述的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层，其特征在于，在所述Cr-Si-Ag-N外层中，Ag所占原子百分比的含量为3～8at.％，Si所占原子百分比的含量为6～8at.％。
6.一种权利要求1-5任一项权利要求所述的Cr-Si-Ag-N纳米复合抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括：
S1、镀过渡层：采用纯铬靶，对真空室加热；向真空室通入稀有气体；对基体加脉冲负偏压在-400～-1500V范围，使气体发生辉光放电，进行辉光清洗；调节控制气压，同时开启铬靶弧源，弧电流为60～150A，继续进行Cr+离子轰击；调脉冲负偏压至-50V～-500V，沉积Cr膜形成过渡层；
S2、镀中间层：采用纯铬靶，停稀有气体，通氮气；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；开启轴向磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～10A；调节靶电流为60～150A，沉积CrN膜形成中间层；
S3、镀Cr-Si-Ag-N外层：采用铬硅合金靶及纯银靶；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；调节靶电流为60～150A，沉积形成Cr-Si-Ag-N外层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3之后还包括步骤S4：沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，镀层后的基体随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出镀层后的基体。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，真空室内的真空度达到1×10-3Pa～2×10-2Pa时，对真空室加热至200～500℃；向真空室通入氩气，气压控制在0.1～3Pa之间；对基体进行辉光清洗的时间为3～8分钟；辉光清洗后调节控制气压为0.1～2.0Pa的同时开启铬靶弧源；进行Cr+离子轰击的时间为1～10分钟；沉积Cr膜的时间为1～10分钟。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，通氮气后控制气压范围为0.1～2Pa；沉积CrN膜的时间为1～20分钟；在步骤S3中，设定氮气气压为0.1～2Pa范围；沉积形成Cr-Si-Ag-N外层的时间为10～200分钟。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，在所采用的铬硅合金靶的靶材中，硅所占的原子百分比的含量为5～20at.％，余量为铬。
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