CN111187964A - 一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法 - Google Patents

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CN111187964A CN202010084638.3A CN202010084638A CN111187964A CN 111187964 A CN111187964 A CN 111187964A CN 202010084638 A CN202010084638 A CN 202010084638A CN 111187964 A CN111187964 A CN 111187964A
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Abstract

本发明的一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法。合金为AlxCoCrCuyFeNi,其中,0≤x≤0.5;0.1≤y≤1.2,各元素比例为摩尔比。制备时,将真空电弧炉调至无氧气氛后,依次加Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料,控制炉内真空度,并通入特定气压的氩气,进行熔炼后,浇铸制得高强塑性的抗菌高熵合金。本发明制备的抗菌高熵合金具有广谱抗菌性能,同时兼具高强塑性,能够满足某些恶劣环境的特殊要求。

Description

一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法
技术领域:
本发明属于金属材料技术领域,具体涉及一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法。
背景技术:
抗菌材料是指本身具有抑制或者杀死微生物的一类新型功能材料。随着抗菌合金材料的 发展,除了其在医用领域的突出贡献外,在其他领域,如食品加工、生活家居装饰也日益受 到市场的青睐。更重要的是,很多国家重要工程设施装备,如空间站、飞行器燃油系统、埋 地管线、能源开采平台、航空母舰等,这些工程用金属材料均发现有微生物腐蚀的问题,而 抗菌合金材料的问世恰好也为抑制微生物腐蚀提供了新思路和新方法。
到目前为止,人们已成功开发了铁素体系抗菌不锈钢、马氏体系抗菌不锈钢和奥氏体系 抗菌不锈钢,主要是通过在不锈钢冶炼过程中添加铜等具有天然抗菌作用的金属元素,并通 过例如固溶处理,或其他的复杂的热处理工艺,赋予其一定的抗菌性能。但普遍需添加较高 含量的铜,才能够实现相应的抗菌效果,但对于不锈钢材料而言,在保持材料的耐腐蚀性和 机械性能的同时达到优异的抗菌效果,所需的铜最大含量通常不超过5wt%。更高含量的铜对 不锈钢材料的铸造锻压轧制等加工工艺也非常不利。
与此同时,抗菌不锈钢大都只是对合金成分进行优化设计,这使得材料难以集中合金成 分中各元素的优良特性,使抗菌金属材料的发展受到一定限制。
发明内容:
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题,提供一种高强塑性的抗菌高熵合金及其 制备方法,该合金能够显著提高现有生物医用器械、食品加工装置、生活家居装饰以及国家 重要工程设施装备用金属材料的强度、塑性和抗菌性能。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种高强塑性的抗菌高熵合金,该合金成分的表达式为:AlxCoCrCuyFeNi,其中,0≤x≤0.5; 0.1≤y≤1.2,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金,经检测,其屈服强度为258-333MPa,断裂强度为498-650MPa,伸长率为42-62%,腐蚀电流密度为0.03-0.60μA cm-2,大肠杆菌抗菌率为70-99%, 铜绿假单胞菌抗菌率为65-99%,金黄色葡萄球菌抗菌率为68-99%,越南芽孢杆菌抗菌率为 65-99%。
一种高强塑性的抗菌高熵合金AlxCoCrCuyFeNi,其中,0≤x≤0.5;1.0≤y≤1.2。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金屈服强度为258-318MPa,断裂强度为498-560MPa,伸 长率为46-62%,腐蚀电流密度为0.05-0.60μA cm-2,大肠杆菌抗菌率为99%,铜绿假单胞菌 抗菌率为99%,金黄色葡萄球菌抗菌率为99%,越南芽孢杆菌抗菌率为99%。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金抗菌率中,铜绿假单胞菌抗菌率与越南芽孢杆菌抗菌率 在模拟海水条件下测得,大肠杆菌抗菌率与金黄色葡萄球菌抗菌率在PBS溶液中测得,所述 的抗菌率为模拟海水中或PBS溶液中浸泡7d后数据。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分AlxCoCrCuyFeNi,0≤x≤0.5;0.1≤y≤1.2,备料,其中,所述的合金中各元 素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为1~10×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.02~0.08Pa,进 行熔炼,熔炼时间为6-12min,获得合金液,浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
所述的步骤(2)中,Al、Co、Cu、Cr、Fe和Ni原料皆选用纯度为99wt%以上的工业级纯 原料。
所述的步骤(2)中,向真空电弧炉中加入Ti合金锭进行熔炼,吸收真空电弧炉内残余氧气, 以形成无氧气氛后,进行熔炼。
所述的步骤(2)中,合金浇铸温度为1550℃。
综上,本申请高熵合金理念的提出,为我们提供一种发展高强塑性且兼具广谱抗菌性能 的新型抗菌金属材料的新思路。高熵合金不同于传统合金,因为它们至少有四个主元素,区 别于传统合金只有一至两个主元素。这是合金设计在传统物理冶金领域的突破,为探索新材 料和新性能开辟了新领域。利用高熵合金的设计思想,用高含量的铜或银可以制备出具有优 良力学性能的新型抗菌合金。因此,研究开发具有抗菌特性的高强塑性高熵合金材料,对于 生物医用器械、食品加工装置、生活家居装饰以及国家重要工程设施装备等方面均具有重大 的开发价值和意义。
本发明的有益效果:
1、本发明在高熵合金中添加了高含量的铜元素(0.1≤y≤1.2,摩尔比),获得了具有广谱抗 菌性能的高熵合金新材料。
2、本发明中抗菌高熵合金具有高强塑性,能够满足某些恶劣环境的特殊要求。
附图说明:
图1为304不锈钢(左)和实施例1制备的Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金(右)在含铜绿假单胞 菌模拟海水溶液浸泡1、3、7天后稀释10倍的附着细菌平板图;
图2为304不锈钢(左)和实施例1制备的Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金(右)在含越南芽孢杆 菌模拟海水溶液浸泡1、3、7天后稀释10倍的附着细菌平板图;
图3为实施例1制备的Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金钢锭在铸态条件下拉伸工程应力应变 曲线。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种高强塑性的抗菌高熵合金,该种合金成分的表达式为:AlxCoCrCuyFeNi,其中,0≤ x≤0.5;0.1≤y≤1.2,各元素比例为摩尔比。
其制备方法如下:合金使用真空电弧炉熔炼。按照Al原料在下,其余原料均匀混合在上 的顺序放入水冷铜坩埚,所述Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt%以上的工业级 纯原料。真空电弧炉抽真空至真空度为3×10-3Pa时,反冲氩气至0.05Pa。熔炼合金前先熔 炼Ti合金锭,吸收真空电弧炉内残余氧气。熔炼合金时,需要进行翻面熔炼,并且至少熔炼 6遍,每遍熔炼一至两分钟。浇铸后,获得AlxCoCrCuyFeNi强度高塑性的抗菌高熵合金。
本发明的另一个目的还公开了所述高强塑性的抗菌高熵合金在生物医用器械、食品加工 装置、生活家居装饰以及国家重要工程设施装备等领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金 属部件或应用于超超临界电站关键金属部件的用途。
以下实施例与对比例中,对制备的高塑性的高熵合金分别进行抗菌性能与耐腐蚀性能检 测、力学性能检测,将制备的高强塑性的抗菌高熵合金经切割成块状样品后,进行抗菌性能 检测和耐腐蚀性能检测实验,块状样品尺寸为10mm×10mm×2mm,具体检测过程如下:
1、抗菌性能检测
试验菌种:大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、越南芽孢杆菌
检测方法如下:
(1)切取若干铸锭上的高熵合金试样,并以普通304不锈钢为对照样,试样尺寸均为10mm ×10mm×2mm;
(2)将试样(每组三份)与常见的革兰氏阴性细菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性细菌(金黄色葡萄 球菌)在PBS溶液(NaCl 8.0g/L,KCl 0.2g/L,Na2HPO4 1.15g/L,KH2PO4 0.2g/L)中进行恒温培 养,细菌初始浓度控制在105CFU/ml,浸泡时间分别为1天,3天和7天后,最后对活菌进 行计数;
按照下述公式计算高强塑性的抗菌高熵合金和对照样品(普通304不锈钢)对两种细菌(大 肠杆菌、金黄色葡萄球菌)作用后的抗菌率:
抗菌率(%)=[(对照样品表面活菌数-抗菌高熵合金表面活菌数)/对照样品表面活菌 数]×100,其中,对照样品表面活菌数是指在对照样品上进行细菌培养后附着在样品表面的细 菌活菌数,抗菌高熵合金活菌数是指在高强塑性的抗菌高熵合金上进行细菌培养后附着在样 品表面的细菌活菌数。
铜绿假单胞菌抗菌率与越南芽孢杆菌抗菌率在模拟海水条件下测得,在模拟海水环境下 的抗菌实验与上述实验步骤一致,区别在将上述PBS溶液换为模拟海水溶液,模拟海水溶液 成分为:NaCl 23.476g/L,Na2SO4 3.917g/L,NaHCO3 0.192g/L,KCl 0.664g/L,KBr 0.096g/L, MgCl2·6H2O 10.61g/L,CaCl2·2H2O 1.469g/L,H3BO3 0.026g/L,SrCl2·6H2O 0.04g/L。
下述实施例中,鉴于抗菌率测试方法局限,最高值只能检测至99%,抗菌率为99%相应 实施例,理论数据能够达到99.9-99.99%。
2、耐腐蚀性能检测
检测方法如下:
(1)切取若干铸锭上的高熵合金试样,试样尺寸为10mm×10mm×2mm;
(2)制备电化学实验样品,采用三电极体系,工作电极为高熵合金,用铜导线焊接试样后 再用环氧树脂进行固化封样,封装时仅留下1cm2样品区域,其余部分保证环氧树脂完全覆 盖,对电极选用铂电极,参比电极选用饱和甘汞电极;
(3)将制备好的工作电极用SiC砂纸逐级打磨至1000#,用蒸馏水和无水乙醇进行超声清 洗,吹干待用;
(4)利用电化学工作站,在30℃恒温条件下,测试高熵合金在模拟海水溶液(NaCl23.476 g/L,Na2SO4 3.917g/L,NaHCO3 0.192g/L,KCl 0.664g/L,KBr 0.096g/L,MgCl2·6H2O 10.61 g/L,CaCl2·2H2O 1.469g/L,H3BO3 0.026g/L,SrCl2·6H2O 0.04g/L)中浸泡7天后的动电位极化 曲线,测试得到腐蚀电流密度,以此定量评价不同合金含量的高熵合金耐海水腐蚀能力。
3、力学性能实验:
将制备的高强塑性的抗菌高熵合金经室温拉伸,应变速率为1×10-3s-1,获得合金棒材, 直径为6mm,进行力学性能实验。
实施例1
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.4CoCrCu1.0FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.4CoCrCu1.0FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为3×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.05Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示;304不锈钢(左)和本实施例制备的Al0.4CoCrCuFeNi 高熵合金(右)在含铜绿假单胞菌模拟海水溶液浸泡1、3、7天后稀释10倍的附着细菌平板图 如图1所示,304不锈钢(左)和本实施例制备的Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金(右)在含越南芽孢 杆菌模拟海水溶液浸泡1、3、7天后稀释10倍的附着细菌平板图如图2所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示,本实施例制备的Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金钢锭在 铸态条件下拉伸工程应力应变曲线如图3所示。
对比例1
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.4CoCrCu1.5FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法同实施例1,制得高强塑性的抗菌高熵合金, 经测试,其腐蚀电流密度数据如表1所示,断裂强度数据如表2所示。
实施例2
一种高强塑性的抗菌高熵合金CoCrCu0.1FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分CoCrCu0.1FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为1×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.02Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例3
一种高强塑性的抗菌高熵合金CoCrCu1.0FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分CoCrCu1.0FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为3×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.05Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例4
一种高强塑性的抗菌高熵合金CoCrCu1.2FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分CoCrCu1.2FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为5×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.08Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例5
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.3CoCrCu0.1FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.3CoCrCu0.1FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为1×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.02Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例6
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.3CoCrCu1.0FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.3CoCrCu1.0FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为3×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.05Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例7
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.3CoCrCu1.2FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.3CoCrCu1.2FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为5×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.08Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例8
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.5CoCrCu0.1FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.5CoCrCu0.1FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为1×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.02Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例9
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.5CoCrCu1.0FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.5CoCrCu1.0FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为3×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.05Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
实施例10
一种高强塑性的抗菌高熵合金Al0.5CoCrCu1.2FeNi,各元素比例为摩尔比。
所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,包括以下步骤:
(1)按合金成分Al0.5CoCrCu1.2FeNi,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、 Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将 电弧炉抽真空至真空度为5×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.08Pa,进行熔炼, 熔炼时间为12min,获得合金液,1550℃下浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗 菌高熵合金。
切取本实施例制备的高熵合金试样,进行电化学动电位极化曲线和抗菌率测试,经测试, 其腐蚀电流密度与抗菌率数据如表1所示。
对本实施例制备的高熵合金进行拉伸获得棒材后进行力学性能测试,经测试,其断裂强 度、屈服强度与伸长率数据如表2所示。
表1:实施例的高强塑性高熵合金耐腐蚀与抗菌性能测试结果
表2:实施例的高强塑性高熵合金力学性能测试结果
Al Cu 断裂强度(MPa) 屈服强度(MPa) 伸长率(%)
1 0.4 1.0 550 298 48
对比1 0.4 1.5 300
2 0 0.1 602 312 52
3 0 1.0 520 295 60
4 0 1.2 498 283 62
5 0.3 0.1 610 320 45
6 0.3 1.0 550 302 50
7 0.3 1.2 530 258 55
8 0.5 0.1 650 333 42
9 0.5 1.0 560 318 46
10 0.5 1.2 542 315 52
综上所述,本发明中的AlxCoCrCuyFeNi高熵合金在铸态条件下就具有高强塑性,高铜 含量赋予其优异长效的抗菌性能。
上述实施例仅为说明本发明的技术方案,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本 发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的 等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强塑性的抗菌高熵合金,其特征在于,该合金成分的表达式为:AlxCoCrCuyFeNi,其中,0≤x≤0.5;0.1≤y≤1.2,各元素比例为摩尔比。
2.根据权利要求1所述的高强塑性的抗菌高熵合金,其特征在于,所述的高强塑性的抗菌高熵合金,经检测,其屈服强度为258-333MPa,断裂强度为498-650MPa,伸长率为42-62%,腐蚀电流密度为0.03-0.60μA cm-2,大肠杆菌抗菌率为70-99%,铜绿假单胞菌抗菌率为65-99%,金黄色葡萄球菌抗菌率为68-99%,越南芽孢杆菌抗菌率为65-99%。
3.根据权利要求1所述的高强塑性的抗菌高熵合金,其特征在于,所述的高强塑性的抗菌高熵合金AlxCoCrCuyFeNi,其中,0≤x≤0.5;1.0≤y≤1.2。
4.根据权利要求3所述的高强塑性的抗菌高熵合金,其特征在于,所述的高强塑性的抗菌高熵合金屈服强度为258-318MPa,断裂强度为498-560MPa,伸长率为46-62%,腐蚀电流密度为0.05-0.60μA cm-2,大肠杆菌抗菌率为99%,铜绿假单胞菌抗菌率为99%,金黄色葡萄球菌抗菌率为99%,越南芽孢杆菌抗菌率为99%。
5.权利要求1所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按合金成分AlxCoCrCuyFeNi,0≤x≤0.5;0.1≤y≤1.2,备料,其中,所述的合金中各元素比例为摩尔比;
(2)将真空电弧炉内调至无氧气氛后,进行熔炼,具体的,向电弧炉内依次加入Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料,并保证Al原料在下,Co、Cr、Cu、Fe和Ni原料均匀混合在上,将电弧炉抽真空至真空度为1~10×10-3Pa后,向炉内通入氩气,氩气气压为0.02~0.08Pa,进行熔炼,熔炼时间为6-12min,获得合金液,浇铸成铸锭,获得铸态合金,即为高强塑性的抗菌高熵合金。
6.根据权利要求5所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,其特征在于,所述的步骤(2)中,Al、Co、Cu、Cr、Fe和Ni原料皆为纯度99wt%以上的工业级纯原料。
7.根据权利要求5所述的高强塑性的抗菌高熵合金制备方法,其特征在于,所述的步骤(2)中,合金浇铸温度为1550℃。
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