一种抗菌非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗菌非晶合金，包括基础合金组分和添加组分，基础合金组分的元素组成及原子摩尔百分含量为Zr45-60%、Hf2-7%、Ni5-12%、Al10-20%、Cu10-20%、Ag0.2-3%、Co0.5-3%；添加组分为Ce、Y、Er、Nd中的一种或几种，添加量为基础合金组分重量的0.5-5%。本发明专利技术中的非晶合金具有良好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌的抗菌率最佳可达到99%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌非晶合金及其制备方法
本专利技术涉及一种非晶合金，尤其涉及一种抗菌的非晶合金及其制备方法。
技术介绍
非晶合金具有许多传统的碳钢、工具钢所不及的优良特性，如高硬度、高强度和良好的耐蚀性，目前越来越多的行业中开始逐渐采用非晶合金来代替传统的合金材料。例如，在医疗器械行业，由于非晶合金材料可以储存很大的弹性应变能，所以在医学植入体的研究上有非常好的应用前景，又由于非晶合金具有良好的力学性能，还可以用于制作手术用具。在消费类电子行业，非晶合金也越来越多的被应用于制备结构件和外观件。目前存在有许多针对非晶合金的研究，人们期望非晶合金能够具备更多的优良品质，将现有技术中的应用范围再次扩大。抗菌非晶合金是非晶合金研究的一个重要方向，对于医疗器械行业、消费类电子行业和珠宝首饰行业等具有非常重要的经济价值。锆基非晶合金不仅具备非晶合金普遍具备的良好力学特性，而且在模拟人体溶液中具备极高的耐腐蚀性和良好的生物相容性，所以锆基非晶合金是抗菌非晶合金体系研究中的首选。申请号为201210202707.1的名为《一种具有抗菌作用的高基块体非晶/纳米晶合金及其制备方法》的中国专利中提供了一种组成为Zr53Al16Co23.25Ag7.75的具备抗菌功能的锆基非晶合金及其制备方法，该方法制备出的锆基非晶合金具备良好的杀菌功能。
技术实现思路
本专利技术中选择一锆基作为非晶合金的基础体系，通过对锆基合金体系成分的改善和制备方法的合理选择，提供一种有抗菌作用的锆基非晶合金，同时对该非晶合金的形成能力做出改善，使本专利技术中的抗菌非晶合金具备更大的使用价值。本专利技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：1、原料配方本专利技术中抗菌非晶合金包括基础合金组分和添加组分，基础合金组分的元素组成及原子摩尔百分含量为Zr45-60%、Hf2-7%、Ni5-12%、Al10-20%、Cu10-20%、Ag0.2-3%、Co0.5-3%；添加组分为Ce、Y、Er、Nd中的一种或几种，添加量为基础合金组分重量的0.5-5%。Zr-Ni-Al-Cu是现有技术中常组合使用的四元锆基非晶合金的配方，添加Hf元素可使该四元合金体系更为稳定，非晶合金形成的密堆结构更为充实饱满。该合金体系形成能力佳，调整配方最佳形成能力可达15mm。本专利技术在此基础上做出改进，添加杀菌组分Ag元素和Co元素。Ag元素是公认的高效抗菌金属元素，在非晶合金的体系中加入贵重金属往往会带来非晶合金内部结合力不强、非晶合金的非晶形成能力下降的问题。而且为达到良好的杀菌的目的，Ag等贵金属杀菌元素的添加量往往要超过6%，甚至达到10%及以上，不仅使合金内部结合力和非晶形成能力下降，还带来了非常大的使用成本的压力。本专利技术中不仅采用Ag元素，还采用添加Co元素的方式与之配合，两者的添加量都不超过3%，降低合金成本。Co元素不仅具备一定的杀菌能力，而且是一种合金成分中的优良粘结剂，不仅可以改善非晶合金的组织结构，使非晶合金内部原子间更为紧密，而且与Ag元素相配合使用，能够使杀菌性能进一步加强。在应用本专利技术中非晶合金的过程中，本专利技术的专利技术人还发现添加Co元素还能够增强非晶合金的耐磨性和韧性。进一步优选，基础合金组分的元素组成及原子摩尔百分含量为Zr50-55%、Hf5-6%、Ni8-10%、Al10-16%、Cu15-20%、Ag2-3%、Co1-2%。添加Ce、Y、Er、Nd中的一种或几种可有效提升本专利技术中非晶合金的形成能力，尤其是添加组分为Y和/或Nd元素时，非晶合金形成能力的提升较为显著，Ce、Y、Er、Nd元素最佳的添加量为基础合金组分重量的2-3%。2、制备方法步骤一，原料选用纯度大于99.99%的纯金属按照上述非晶合金的组成进行配比，其中Ag、Co原料采用纳米银粉和纳米钴粉，纳米银粉和纳米钴粉粒度为10-500nm。Ag元素的原子粒径比Zr、Al、Ni、Cu、Hf原子粒径大，宏观上表现为在熔炼过程融合性能不佳，若原料粒径过大，熔体在冷却过程中极易炸裂或表面龟裂。本专利技术中采用纳米级的Ag原料则能够非常好的改善这一点，同时也采用纳米级的Co元素与之配合，使非晶合金内部融合性更佳。进一步优选，纳米银粉和纳米钴粉粒度选用15-50nm最佳。步骤二，将纳米银粉和钴粉放置于其他合金原料的底部，将其他合金原料混合均匀后置于熔炼炉上层，将上述合金原料在真空条件或惰性气氛下通过电弧熔炼或其他常规非晶合金的熔炼方式将原料熔炼，可反复熔炼1-2次；熔炼过程中的真空度为10-1-10-3Pa，惰性气氛压力为0.05MPa，冷却后得到非晶合金铸锭，非晶合金铸锭的冷却速率为102-103K/s。纳米银粉和钴粉置于合金原料底部，其他合金原料置于熔炼炉上层，在熔炼过程中，Ag与Co元素从熔炼炉底部逐渐弥散至其他合金原料的熔体中，同时由于内部合金熔体的表面张力作用，Ag与Co的元素优先弥散至合金熔体外层，Ag与Co的元素从非晶熔体表面至熔体心部形成浓度阶梯，即Ag与Co元素在熔体表面含量高，在心部含量较少。这样形成的非晶合金在冷却后，其表面能够聚集较多的杀菌元素，提升杀菌的效率。为使非晶合金更加均匀，可反复熔炼1-2次。熔炼过程的真空度或惰性气氛的压力都可采用现有技术中使用的范围，如惰性气氛采用氩气气氛。步骤三，通过吸铸、压铸等常规非晶合金制备方法得到上述非晶合金产品。本专利技术中的非晶合金具备好的杀菌性能，对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到95%以上。且本专利技术中的非晶合金使用常规制备方法即可使用，可应用于消费类电子产品的制造，如手机结构件等与人体直接接触的制件，也可用于医疗器械产品，如手术刀、人造关节等，同时也可用于有需求的航空航天工业、机器仪表工业、汽车工业和珠宝首饰行业等。本专利技术中的非晶合金的形成能力最佳可达到18mm，具备优良的实用性，可用于制备复杂构件。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术中的非晶合金具有良好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌的抗菌率最佳可达到99%以上。2、本专利技术中的非晶合金具有良好的形成能力，最佳形成能力达到18mm。具体实施方式实施例原料选用纯度大于99.99%的纯金属，Ag、Co原料采用纳米银粉和纳米钴粉，粒度为50nm。非晶合金制备方法：将纳米银粉和钴粉放置于其他合金原料的底部，将其他合金原料混合均匀后置于熔炼炉上层，将上述合金原料在10-3Pa真空度条下通过电弧熔炼将原料熔炼，冷却后得到非晶合金铸锭，所述非晶合金铸锭的冷却速率为102K/s。非晶合金铸锭制备完成后，将该非晶合金制成厚度为5mm、直径为1cm的圆形锭，将饱含有浓度为105cfu/ml的金黄葡萄球菌稀释液的琼脂片置于该非晶圆形锭表面，将该非晶圆形锭置于30±2℃条件下观察24h后记录金黄葡萄球菌的杀菌率。基础合金组分组成如下表所示，其中表中数字为基础合金部分元素组成之间的原子摩尔百分含量。添加组分的组成及组分、测试结果如下表所示，其中添加组分后的数字为基础合金组分重量的百分含量。从实施例的结果可以看出，本专利技术中的非晶合金形成能力最大可达到18mm，具备非常好的实用性，同时成型性好，可用于制备复杂构件。本专利技术中的非晶合金杀菌性能好，对金黄葡萄球菌的杀灭率可达到99%及以上。最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术实施例的技术方案而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗菌非晶合金，包括基础合金组分和添加组分，其特征在于：基础合金组分的元素组成及原子摩尔百分含量为Zr45‑60%、Hf2‑7%、Ni5‑12%、Al10‑20%、Cu10‑20%、Ag0.2‑3%、Co0.5‑3%；添加组分为Ce、Y、Er、Nd中的一种或几种，添加量为基础合金组分重量的0.5‑5%。

【技术特征摘要】
1.一种抗菌非晶合金，包括基础合金组分和添加组分，其特征在于：基础合金组分的元素组成及原子摩尔百分含量为Zr50-55%、Hf5-6%、Ni8-10%、Al10-16%、Cu15-20%、Ag2-3%、Co1-2%；添加组分为Ce、Y、Er、Nd中的一种或几种，添加量为基础合金组分重量的0.5-5%。2.如权利要求1所述抗菌非晶合金，其特征在于：添加组分为Y和/或Nd元素。3.如权利要求1所述抗菌非晶合金，其特征在于：添加组分的添加量为基础合金组分重量的2-3%。4.一种制备如权利要求1-3任一所述抗菌非晶合金的方法，其特征在于：步骤一，原料选用纯度大于99.99%的纯金属按照上述非晶合金的组成进行配比，其中Ag、Co原料采用纳米银粉和纳米钴粉，纳米银粉和纳米钴粉粒度为10-500nm；步骤二，将纳米银粉和钴粉放置于其他合金原料的底部，将其他合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，
申请(专利权)人：宋佳，
类型：发明
国别省市：广东;44