一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，包括以下步骤：基底材料的准备，涂层材料的制备，最后进行摩擦诱导增强处理。本发明专利技术提出的方法是通过利用摩擦诱导处理，诱导涂层表面生成氧化钼（MoO

A preparation method of enhanced coating based on friction induced antibacterial properties

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法
本专利技术涉及一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，属于抗菌

技术介绍
近年来，随着世界各国加快对海洋资源的勘探步伐，对于海洋资源探测开采设备的要求也越来越高。这些设备的关键部件要长期工作于具有腐蚀性的海水环境或者海洋大气氛围下，这就要求其在服役过程中，自身要具有良好的耐腐蚀性能。而在海水中微生物附着在金属部件表面形成生物膜，这些生物膜主要有细菌、真菌和微型藻类等微生物及其代谢物与水中的有机物粘结而成，由此生物膜引起的腐蚀都会直接或间接地影响金属部件的服役寿命。例如目前与海洋微生物附着有关的材料破坏占到涉海材料总量的70％～80％，这就要求金属部件要具有一定的抑菌杀菌特性。而提高金属部件抗菌特性的方法主要有以下几种：第一、金属部件自身具有抗菌特性，比如添加重金属元素、放射元素或者Ag等。但重金属/放射性元素会导致海水环境污染，且掺杂的元素(如Au、Ag)等在金属内部不能达到良好的抗菌效果，极大的限制了该方法的实用性。第二、在金属部件表面覆盖“抗菌层”，该抗菌层一般由无机涂层和有机涂层组成；有机涂层包括醇类、植物酚类等，可以达到有效的防止细菌黏附和杀菌抑菌的效果，但不适用于摩擦润滑工况下的金属部件表面；而无机涂层可以适用于水润滑工况，并且其抗菌特性通常通过添加Ag可以达到，且Ag是一种理化性质极为稳定的惰性过渡元素，多数以单质形式存在于涂层中，降低其机械性能；且Ag的扩散会导致涂层表面的致密性降低，附着力及耐海水腐蚀性下降，从而在润滑传动工况下会降低无机涂层的使用寿命。目前，考虑到上述传统的抗菌方法和抗菌材料的适用条件，都不能满足金属部件在水润滑工况前提下，表现出良好的抗菌特性的要求。因此，考虑到提高在海洋环境中进行润滑传动的金属部件的服役寿命，需要设计一种能够在水润滑工况下具有抗菌性能的涂层及方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，在水润滑条件下利用摩擦诱导涂层表面产生抗菌效果，解决在海洋环境中金属传动部件的摩擦传动界面面临的微生物/细菌引起的腐蚀问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤1，对金属基底表面进行抛光，随后依次用去离子水和无水乙醇各清洗30分钟去除油污，随后用氮气吹干并保存于真空干燥皿中；步骤2，将经过步骤1处理后的金属基底置于磁控溅射设备的腔体内，并对腔体进行抽真空，利用离子束轰击去除金属基底表面的氧化层，随后采用氮气和三甲基硅烷作为工作气体，铬靶、钼靶和碳靶作为溅射靶材，对金属基底表面进行涂层的沉积；步骤3，将步骤2沉积的涂层依次放在蒸馏水、无水乙醇和丙酮中各清洗10分钟去除表面污染物，随后在喷水或喷雾或水润滑的条件下进行摩擦试验，对涂层表面进行诱导增强处理，得到最终的摩擦诱导抗菌特性增强涂层。作为本专利技术的一种优选方案，步骤1所述抛光的要求是金属基底表面粗糙度小于等于30nm。作为本专利技术的一种优选方案，步骤1所述金属基底的材料为钛合金或耐海水腐蚀用钢，耐海水腐蚀用钢的型号包括304、304L、316和316L。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤2所述涂层的沉积过程中，离子束轰击时间为30分钟，腔体真空度为4×104Pa，腔体工作压强为0.22Pa，铬靶的功率控制在1400～1500W，钼靶的功率控制在500～600W，碳靶的功率控制在2000～2200W，三甲基硅烷的流量为5～30sccm，氮气流量由光发射监测器控制在50％，沉积时间为50～100分钟，沉积温度为150℃。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述摩擦试验为球-盘摩擦试验，对磨小球选取碳化硅小球，直径为8mm，摩擦时间设置为7200s，速度0.1m/s，载荷3N，润滑方式为喷雾润滑，喷雾间隔10分钟，喷雾时间15s。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述摩擦试验的温度为室温环境。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述摩擦试验产生的抗菌剂的成分为氧化钼和钼酸。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术利用金属传动部件之间的摩擦传动过程，自动诱导表面产生抗菌性能，不需要额外添加杀菌剂或者涂覆抗菌涂层，运用范围广泛且实用性更强。2、涂层经过本专利技术摩擦诱导处理后，涂层中提供产生摩擦诱导抗菌效应的Mo所占原子百分比含量至少为10.1％，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制和杀灭作用明显，抗菌性能显著提升。附图说明图1是本专利技术一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法的流程图。图2是实施例1中的效果对比图，其中，(a)是基底表面涂层，(b)是摩擦诱导后的效果图。图3是实施例1中的摩擦系数曲线图。图4是实施例2中大肠杆菌活菌平板计数照片，其中，(a)是对照组，(b)是实验组。图5是实施例2中台盼蓝染色法计数大肠杆菌死菌数目的显微镜照片，其中，(a)是对照组，(b)是实验组。图6是实施例3中金黄色葡萄球菌活菌平板计数照片，其中，(a)是对照组，(b)是实验组。图7是实施例3中台盼蓝染色法计数金黄色葡萄球菌死菌数目的显微镜照片，其中，(a)是对照组，(b)是实验组。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术针对于在海洋环境下金属传动部件的微生物腐蚀问题，提供一种有效的、简便的涂层摩擦诱导增强抗菌特性的方法，如图1所示，包括如下步骤：(1)基底的预处理：将金属基底表面打磨光滑，随后用去离子水和无水乙醇分别清洗30分钟去除油污，随后用氮气吹干保存于真空干燥皿中备用。(2)涂层的制备：将步骤(1)中进行预处理的金属基底置于非闭合式磁控溅射系统，采用铬(Cr)靶、钼(Mo)靶和碳(C)靶作为溅射靶材，氮气(N2)和三甲基硅烷(C3H10Si，TMS)作为工作气体，进行涂层的制备。(3)摩擦诱导抗菌增强处理：将步骤(2)中制备的涂层，在喷(水)雾/水润滑的条件下进行摩擦试验，对涂层表面进行诱导增强处理，得到最终的摩擦诱导抗菌增强涂层。第一步中基底抛光要求表面粗糙度(Ra)≤30nm。第一步中基底的材料优选为海洋环境下金属传动部件常用材料表面，包括钛合金(TC4)或耐海水腐蚀用钢如304、304L、316、316L等中的至少一种。本专利技术对磁控溅射过程中的参数设置并无限制，本领域技术人员依据经验及设备对相关制备参数进行调控即可；沉积步骤为：将步骤(1)打磨好的金属基底放入磁控溅射设备腔体，进行抽真空，离子束轰击去除表面氧化层，随后在氮气(N2)和三甲基硅烷(C3H10Si，TMS)作为工作气体，铬(Cr)靶、钼(Mo)靶和碳(C)靶作为溅射靶材进行溅射制备涂层。本专利技术中涂层制备过程参数优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，对金属基底表面进行抛光，随后依次用去离子水和无水乙醇各清洗30分钟去除油污，随后用氮气吹干并保存于真空干燥皿中；/n步骤2，将经过步骤1处理后的金属基底置于磁控溅射设备的腔体内，并对腔体进行抽真空，利用离子束轰击去除金属基底表面的氧化层，随后采用氮气和三甲基硅烷作为工作气体，铬靶、钼靶和碳靶作为溅射靶材，对金属基底表面进行涂层的沉积；/n步骤3，将步骤2沉积的涂层依次放在蒸馏水、无水乙醇和丙酮中各清洗10分钟去除表面污染物，随后在喷水或喷雾或水润滑的条件下进行摩擦试验，对涂层表面进行诱导增强处理，得到最终的摩擦诱导抗菌特性增强涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对金属基底表面进行抛光，随后依次用去离子水和无水乙醇各清洗30分钟去除油污，随后用氮气吹干并保存于真空干燥皿中；
步骤2，将经过步骤1处理后的金属基底置于磁控溅射设备的腔体内，并对腔体进行抽真空，利用离子束轰击去除金属基底表面的氧化层，随后采用氮气和三甲基硅烷作为工作气体，铬靶、钼靶和碳靶作为溅射靶材，对金属基底表面进行涂层的沉积；
步骤3，将步骤2沉积的涂层依次放在蒸馏水、无水乙醇和丙酮中各清洗10分钟去除表面污染物，随后在喷水或喷雾或水润滑的条件下进行摩擦试验，对涂层表面进行诱导增强处理，得到最终的摩擦诱导抗菌特性增强涂层。


2.根据权利要求1所述基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，其特征在于，步骤1所述抛光的要求是金属基底表面粗糙度小于等于30nm。


3.根据权利要求1所述基于摩擦诱导抗菌特性增强涂层的制备方法，其特征在于，步骤1所述金属基底的材料为钛合金或耐海水腐蚀用钢，耐海水腐蚀用钢的型号包括304、304L、316和316L。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：付永强，周飞，王谦之，张懋达，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32