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在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面制备抗菌铜镍改性层
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-10-27
以TC4合金为基体材料，通过等离子表面合金化技术，对钛合金表面进行渗铜、镍改性处理，成功地在其表面制备了抗菌铜镍改性层。
铜是具有抗菌作用的金属元素。铜离子与细胞膜带电粒子发生反应，可破坏细胞膜结构，并进入细胞体内与相应的酶结合，导致其失效。通过在钛合金表面添加铜，再经过特殊的抗菌处理，就能够获得抗菌钛合金。此外，镍的渗入能有效提高钛合金的韧性及耐磨性。因此，在TC4(Ti-6Al-4V)合金表面实现铜、镍共渗，对获得具有优良综合性能的抗菌钛合金、进一步拓宽其应用领域具有重要的现实意义。
太原理工大学以TC4合金为基体材料，通过等离子表面合金化技术，对钛合金表面进行渗铜、镍改性处理，成功地在其表面制备了抗菌铜镍改性层。铜镍合金化处理在太原理工大学自制的等离子渗金属炉中进行。工艺参数：工件电压‐400～‐600Ｖ，源极电压‐600～‐800Ｖ，极间距15～18ｍｍ，保温温度850℃，保温时间3ｈ。源极材料为Ni60Cu40合金板。工作气体为氩气。
检测表明，经过合金化处理后，TC4合金表面形成一层均匀致密的改性层，改性层由白亮层和扩散层组成。改性层厚度大约为7.5μｍ，其表面镍含量为40％左右，铜含量为8％左右（质量分数），并沿深度方向呈梯度下降，不存在成分的突变。可见，改性层与基体为冶金结合，因此不会发生剥落等问题。改性层中镍、铜含量差别较大，这与溅射有关。在等离子双辉渗金属过程中，源极与试样同时作为阴极产生辉光放电，因此在合金化过程中，源极与试样都会不可避免地发生溅射。由于试验采用的源极与试样均为非纯金属，因而存在元素的择优溅射。在溅射初期，靶材受高能Ar＋离子轰击，由于铜元素的溅射产额明显高于镍元素的溅射产额，使得大量铜元素被优先溅射，镍元素的溅射数量偏少，随着溅射过程的持续进行，靶材表面含铜量急剧减少，镍元素含量增高；同时所选靶材本身含镍量比含铜量高，导致在随后的过程中，镍成为合金表面合金化的主要元素。此外，在渗金属过程中，TC4合金在高能Ar＋离子和源极离子的双重轰击下，表面再次发生溅射，铜被再次择优溅射，造成成分再分布。最终导致合金化后TC4合金表面铜含量低，镍含量相对较高。离子的轰击不仅去除了合金表面钝化膜，并且在随后的过程中，引发联极碰撞，使合金表层产生大量晶体缺陷，形成一个高密度缺陷区。同时，由源极提供的预渗金属，保证了合金表面等离子气氛充足。这些条件确保了镍、铜合金层的形成。
抗菌试验表明，在相同条件下，未合金化处理过的钛合金所在培养基，大肠杆菌在随后的18ｈ中大量繁殖，形成大量菌落；而合金化处理过的钛合金培养基，大肠杆菌几乎全部死亡，表明合金化处理后的钛合金具有良好抗菌杀菌效果。