采用雙靶磁控濺射的方法在不銹鋼表面沉積了TiN/ Cu-Zn 納米多層膜,研究了多層結(jié)構(gòu)對(duì)膜層耐腐蝕性能和抗菌性能的影響,以及表面腐蝕與抗菌的關(guān)系。結(jié)果表明,Cu-Zn 層比較薄時(shí),膜層的耐腐蝕性能比較好,隨著Cu-Zn 層厚度的增加耐腐蝕性能顯著下降。Cu-Zn 層薄時(shí),膜層抗菌性能對(duì)TiN 層厚度較為敏感;而當(dāng)Cu-Zn 層較厚時(shí),抗菌性能對(duì)TiN 層厚度不敏感,均具有較好的抗菌性能。存在合適的多層結(jié)構(gòu),如TiN 層厚度為3.3～5nm 左右,Cu-Zn 層厚度約為4nm 時(shí),使得膜層具有良好的抗菌性能和耐腐蝕性能。

　　近年來,隨著人們對(duì)健康生存環(huán)境的日益關(guān)注,各種抗菌材料迅速發(fā)展起來。不銹鋼廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生以及日常生活中,對(duì)不銹鋼進(jìn)行抗菌處理有重要的意義 。TiN 鍍層由于硬度高、抗磨損、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好和色澤華麗等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于不銹鋼的表面功能化。為了使TiN 膜層具有良好的抗菌效果,已有研究在TiN中摻雜抗菌離子Ag 等 。本文利用磁控濺射的方法在不銹鋼表面制備了TiN/ Cu-Zn 多層膜,擬通過多層結(jié)構(gòu)來調(diào)制膜層的腐蝕性能,進(jìn)而調(diào)制抗菌性能。選擇Cu-Zn 作為金屬層是由于Cu、Zn 具有良好的抗菌效果,可以獲得雙相抗菌元素以提高膜層的抗菌效果和廣譜抗菌性。

1、實(shí)驗(yàn)部分

　　基體材料為市場工業(yè)用SUS201/ 8k 光面不銹鋼板材。實(shí)驗(yàn)前用丙酮酒精超聲清洗,浸酸,沖洗烘干后放入真空室中。本底真空度為5 ×10 ^{- 3} Pa ,沉積前用氬氣進(jìn)行射頻清洗20min。在沉積過程中轉(zhuǎn)動(dòng)靶臺(tái)使樣品在Ti 靶(99.9 %) 和黃銅靶H62 (99.5 %)之間轉(zhuǎn)動(dòng),通過控制靶臺(tái)在濺射靶前停留的時(shí)間控制單層厚度。Ti 靶采用直流磁控濺射, 電流為0.6A;黃銅靶采用射頻磁控濺射,射頻功率為300W。采用氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w,其流量分別為2 和6cm³·min ^{- 1} (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) ,總氣壓為0.56Pa ,偏壓為直流80V 疊加脈沖200V ,沉積溫度為200°C ,總沉積時(shí)間為1h ,最外層為TiN 層,具體工藝參數(shù)如表1 所示。TiN 層的沉積速率約為0.33nm/ s ,Cu-Zn 層的沉積速率約為0.67nm/ s。

表1 　多層膜沉積工藝參數(shù)

　　利用掃描電子顯微鏡對(duì)膜層的截面進(jìn)行觀察。利用CHI604C 電化學(xué)綜合測試系統(tǒng)測試樣品的Tafel 動(dòng)電位極化曲線,溶液為3.5 %的NaCl 溶液,掃描速度0.5mV/ s。抗菌試驗(yàn)參照日本J ISZ 280122000 標(biāo)準(zhǔn),采用覆膜法進(jìn)行抗菌性能試驗(yàn)。試驗(yàn)菌種為ATCC25922 大腸桿菌( E. coli) 和ATCC25923 金黃色葡萄球菌(S. aureus) 。殺菌率計(jì)算公式為

　　式中, R 為抗菌率, B 為未處理不銹鋼樣品的活菌數(shù), C 為多層膜樣品的活菌數(shù)。

3、結(jié)論

　　Cu-Zn 層厚度對(duì)多層膜的耐腐蝕性能影響著。Cu-Zn 層薄時(shí)多層膜的耐腐蝕性能較好,隨著Cu-Zn 層厚度增加,耐腐蝕性能顯著下降。Cu-Zn 層薄時(shí),抗菌性能對(duì)TiN 層厚度敏感,增加TiN 層厚度使抗菌性能下降。Cu-Zn 層厚時(shí),抗菌性能對(duì)TiN層厚度不敏感,TiN 層厚度對(duì)抗菌性能影響不大,膜層具有較強(qiáng)的抗菌效果。存在合適的多層結(jié)構(gòu),如TiN 層厚度為3.3nm～5nm 左右,Cu-Zn 層厚度約為4nm時(shí),使得多層膜的抗菌性能和耐腐蝕性能都比較好。