一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术的一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法。合金为Al

An antibacterial high entropy alloy with high strength and plasticity and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法
：本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种高强塑性的抗菌高熵合金及其制备方法。
技术介绍
：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。
技术实现思路
：本专利技术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，本专利技术采用以下技术方案：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0.03-0.60μAcm-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0.05-0.60μAcm-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。本专利技术的有益效果：1、本专利技术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、本专利技术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专利技术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。本专利技术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)和革兰氏阳性本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：Al

【技术特征摘要】
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0.03-0.60μAcm-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0.05-0.60μAcm-2，大肠杆菌抗菌率为99％，铜绿假单胞菌抗菌率...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐大可，卢一平，周恩泽，李中，范永强，王福会，
申请(专利权)人：东北大学，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21