一種抗菌非晶合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非晶合金，尤其涉及一種抗菌的非晶合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶合金具有許多傳統(tǒng)的碳鋼、工具鋼所不及的優(yōu)良特性，如高硬度、高強(qiáng)度和良 好的耐蝕性，目前越來(lái)越多的行業(yè)中開(kāi)始逐漸采用非晶合金來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合金材料。例如， 在醫(yī)療器械行業(yè)，由于非晶合金材料可以儲(chǔ)存很大的彈性應(yīng)變能，所以在醫(yī)學(xué)植入體的研 究上有非常好的應(yīng)用前景，又由于非晶合金具有良好的力學(xué)性能，還可以用于制作手術(shù)用 具。在消費(fèi)類電子行業(yè)，非晶合金也越來(lái)越多的被應(yīng)用于制備結(jié)構(gòu)件和外觀件。目前存在 有許多針對(duì)非晶合金的研究，人們期望非晶合金能夠具備更多的優(yōu)良品質(zhì)，將現(xiàn)有技術(shù)中 的應(yīng)用范圍再次擴(kuò)大。
[0003] 抗菌非晶合金是非晶合金研究的一個(gè)重要方向，對(duì)于醫(yī)療器械行業(yè)、消費(fèi)類電子 行業(yè)和珠寶首飾行業(yè)等具有非常重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。鋯基非晶合金不僅具備非晶合金普遍具 備的良好力學(xué)特性，而且在模擬人體溶液中具備極高的耐腐蝕性和良好的生物相容性，所 以鋯基非晶合金是抗菌非晶合金體系研究中的首選。申請(qǐng)?zhí)枮?01210202707. 1的名為《一 種具有抗菌作用的高基塊體非晶/納米晶合金及其制備方法》的中國(guó)專利中提供了一種組 成為Zr53Al16C〇23.25Ag7.75的具備抗菌功能的鋯基非晶合金及其制備方法，該方法制備出的鋯 基非晶合金具備良好的殺菌功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明中選擇一鋯基作為非晶合金的基礎(chǔ)體系，通過(guò)對(duì)鋯基合金體系成分的改善 和制備方法的合理選擇，提供一種有抗菌作用的鋯基非晶合金，同時(shí)對(duì)該非晶合金的形成 能力做出改善，使本發(fā)明中的抗菌非晶合金具備更大的使用價(jià)值。
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)： 1、原料配方 本發(fā)明中抗菌非晶合金包括基礎(chǔ)合金組分和添加組分，基礎(chǔ)合金組分的元素組成及原 子摩爾百分含量為Zr45-60%、Hf2-7%、Ni5-12%、A110-20%、Cul0-20%、Ag0. 2_3%、C〇0. 5-3% ; 添加組分為Ce、Y、Er、Nd中的一種或幾種，添加量為基礎(chǔ)合金組分重量的0. 5-5%。
[0006] Zr-Ni-Al-Cu是現(xiàn)有技術(shù)中常組合使用的四元鋯基非晶合金的配方，添加Hf元素 可使該四元合金體系更為穩(wěn)定，非晶合金形成的密堆結(jié)構(gòu)更為充實(shí)飽滿。該合金體系形成 能力佳，調(diào)整配方最佳形成能力可達(dá)15_。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，添加殺菌組分Ag 元素和Co元素。
[0007] Ag元素是公認(rèn)的高效抗菌金屬元素，在非晶合金的體系中加入貴重金屬往往會(huì)帶 來(lái)非晶合金內(nèi)部結(jié)合力不強(qiáng)、非晶合金的非晶形成能力下降的問(wèn)題。而且為達(dá)到良好的殺 菌的目的，Ag等貴金屬殺菌元素的添加量往往要超過(guò)6%，甚至達(dá)到10%及以上，不僅使合金 內(nèi)部結(jié)合力和非晶形成能力下降，還帶來(lái)了非常大的使用成本的壓力。
[0008] 本發(fā)明中不僅采用Ag元素，還采用添加Co元素的方式與之配合，兩者的添加量都 不超過(guò)3%，降低合金成本。Co元素不僅具備一定的殺菌能力，而且是一種合金成分中的優(yōu) 良粘結(jié)劑，不僅可以改善非晶合金的組織結(jié)構(gòu)，使非晶合金內(nèi)部原子間更為緊密，而且與Ag 元素相配合使用，能夠使殺菌性能進(jìn)一步加強(qiáng)。在應(yīng)用本發(fā)明中非晶合金的過(guò)程中，本發(fā)明 的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)添加Co元素還能夠增強(qiáng)非晶合金的耐磨性和韌性。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選，基礎(chǔ)合金組分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr50-55%、Hf5-6%、 Ni8-10%、A110-16%、Cul5-20%、Ag2-3%、Col-2%。
[0010] 添加Ce、Y、Er、Nd中的一種或幾種可有效提升本發(fā)明中非晶合金的形成能力，尤 其是添加組分為Y和/或Nd元素時(shí)，非晶合金形成能力的提升較為顯著，Ce、Y、Er、Nd元素 最佳的添加量為基礎(chǔ)合金組分重量的2-3%。
[0011] 2、制備方法 步驟一，原料選用純度大于99. 99%的純金屬按照上述非晶合金的組成進(jìn)行配比，其中Ag、Co原料采用納米銀粉和納米鈷粉，納米銀粉和納米鈷粉粒度為10-500nm。Ag元素的原 子粒徑比Zr、Al、Ni、Cu、Hf原子粒徑大，宏觀上表現(xiàn)為在熔煉過(guò)程融合性能不佳，若原料粒 徑過(guò)大，熔體在冷卻過(guò)程中極易炸裂或表面龜裂。本發(fā)明中采用納米級(jí)的Ag原料則能夠非 常好的改善這一點(diǎn)，同時(shí)也采用納米級(jí)的Co元素與之配合，使非晶合金內(nèi)部融合性更佳。 進(jìn)一步優(yōu)選，納米銀粉和納米鈷粉粒度選用15-50nm最佳。
[0012] 步驟二，將納米銀粉和鈷粉放置于其他合金原料的底部，將其他合金原料混合 均勻后置于熔煉爐上層，將上述合金原料在真空條件或惰性氣氛下通過(guò)電弧熔煉或其 他常規(guī)非晶合金的熔煉方式將原料熔煉，可反復(fù)熔煉1-2次；熔煉過(guò)程中的真空度為 10LlO3Pa，惰性氣氛壓力為0. 05MPa，冷卻后得到非晶合金鑄錠，非晶合金鑄錠的冷卻速 率為 102-103K/s。
[0013] 納米銀粉和鈷粉置于合金原料底部，其他合金原料置于熔煉爐上層，在熔煉過(guò)程 中，Ag與Co元素從熔煉爐底部逐漸彌散至其他合金原料的熔體中，同時(shí)由于內(nèi)部合金熔體 的表面張力作用，Ag與Co的元素優(yōu)先彌散至合金熔體外層，Ag與Co的元素從非晶熔體表 面至熔體心部形成濃度階梯，即Ag與Co元素在熔體表面含量高，在心部含量較少。這樣形 成的非晶合金在冷卻后，其表面能夠聚集較多的殺菌元素，提升殺菌的效率。為使非晶合金 更加均勻，可反復(fù)熔煉1-2次。熔煉過(guò)程的真空度或惰性氣氛的壓力都可采用現(xiàn)有技術(shù)中 使用的范圍，如惰性氣氛采用氬氣氣氛。
[0014] 步驟三，通過(guò)吸鑄、壓鑄等常規(guī)非晶合金制備方法得到上述非晶合金產(chǎn)品。
[0015] 本發(fā)明中的非晶合金具備好的殺菌性能，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率達(dá)到95%以 上。且本發(fā)明中的非晶合金使用常規(guī)制備方法即可使用，可應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的制造， 如手機(jī)結(jié)構(gòu)件等與人體直接接觸的制件，也可用于醫(yī)療器械產(chǎn)品，如手術(shù)刀、人造關(guān)節(jié)等， 同時(shí)也可用于有需求的航空航天工業(yè)、機(jī)器儀表工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)和珠寶首飾行業(yè)等。
[0016] 本發(fā)明中的非晶合金的形成能力最佳可達(dá)到18_，具備優(yōu)良的實(shí)用性，可用于制 備復(fù)雜構(gòu)件。
[0017] 本發(fā)明具有如下有益效果： 1、本發(fā)明中的非晶合金具有良好的抗菌性能，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率最佳可達(dá)到 99%以上。
[0018] 2、本發(fā)明中的非晶合金具有良好的形成能力，最佳形成能力達(dá)到18mm。
【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例
[0019] 原料選用純度大于99. 99%的純金屬，Ag、Co原料采用納米銀粉和納米鈷粉，粒度 為 50nm〇
[0020] 非晶合金制備方法：將納米銀粉和鈷粉放置于其他合金原料的底部，將其他合金 原料混合均勻后置于熔煉爐上層，將上述合金原料在10 3Pa真空度條下通過(guò)電弧熔煉將原 料熔煉，冷卻后得到非晶合金鑄錠，所述非晶合金鑄錠的冷卻速率為l〇2K/s。
[0021] 非晶合金鑄Ι?制備完成后，將該非晶合金制成厚度為5mm、直徑為1cm的圓形徒， 將飽含有濃度為l〇5cfu/ml的金黃葡萄球菌稀釋液的瓊脂片置于該非晶圓形錠表面，將該 非晶圓形錠置于30±2°C條件下觀察24h后記錄金黃葡萄球菌的殺菌率。
[0022] 基礎(chǔ)合金組分組成如下表所示，其中表中數(shù)字為基礎(chǔ)合金部分元素組成之間的原 子摩爾百分含量。
[0023] 添加組分的組成及組分、測(cè)試結(jié)果如下表所示，其中添加組分后的數(shù)字為基礎(chǔ)合 金組分重量的百分含量。
[0024] 從實(shí)施例的結(jié)果可以看出，本發(fā)明中的非晶合金形成能力最大可達(dá)到18_，具備 非常好的實(shí)用性，同時(shí)成型性好，可用于制備復(fù)雜構(gòu)件。本發(fā)明中的非晶合金殺菌性能好， 對(duì)金黃葡萄球菌的殺滅率可達(dá)到99%及以上。
[0025] 最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn) 行限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等 同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種抗菌非晶合金，包括基礎(chǔ)合金組分和添加組分，其特征在于：基礎(chǔ)合金組分 的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr45-60%、Hf2-7%、Ni5-12%、A110-20%、CulO-20%、 AgO. 2-3%、CoO. 5-3% ;添加組分為Ce、Y、Er、Nd中的一種或幾種，添加量為基礎(chǔ)合金組分重 量的 0. 5-5%。2. 如權(quán)利要求1所述抗菌非晶合金，其特征在于：所述基礎(chǔ)合金組分的元素組成及原 子摩爾百分含量為Zr50-55%、Hf5-6%、Ni8-10%、A110-16%、Cul5-20%、Ag2-3%、Col-2%。3. 如權(quán)利要求1所述抗菌非晶合金，其特征在于：添加組分為Y和/或Nd元素。4. 如權(quán)利要求1所述抗菌非晶合金，其特征在于：添加組分的添加量為基礎(chǔ)合金組分 重量的2-3%。5. -種制備如權(quán)利要求1-4任一所述抗菌非晶合金的方法，其特征在于： 步驟一，原料選用純度大于99. 99%的純金屬按照上述非晶合金的組成進(jìn)行配比，其中Ag、Co原料采用納米銀粉和納米鈷粉，納米銀粉和納米鈷粉粒度為10-500nm; 步驟二，將納米銀粉和鈷粉放置于其他合金原料的底部，將其他合金原料混合均勻后 置于熔煉爐上層，將上述合金原料在真空條件或惰性氣氛下通過(guò)電弧熔煉或其他常規(guī)非晶 合金的熔煉方式將原料熔煉，可反復(fù)熔煉1-2次；熔煉過(guò)程中的真空度為10LlO3Pa，惰性 氣氛壓力為〇. 〇5MPa，冷卻后得到非晶合金鑄錠； 步驟三，通過(guò)吸鑄、壓鑄等常規(guī)非晶合金制備方法得到上述非晶合金產(chǎn)品。6. 如權(quán)利要求5所述抗菌非晶合金的制備方法，其特征在于：所述納米銀粉和納米鈷 粉粒度為15_50nm。7. 如權(quán)利要求5所述抗菌非晶合金的制備方法，其特征在于：所述惰性氣氛為氬氣氣 氛。8. 如權(quán)利要求5所述抗菌非晶合金的制備方法，其特征在于：所述非晶合金鑄錠的冷 卻速率為l〇2-l〇3K/s。9. 一種如權(quán)利要求1-4任一所述抗菌非晶合金的應(yīng)用，其特征在于：所述非晶合金可 應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械產(chǎn)品、航空航天工業(yè)、機(jī)器儀表工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)和珠寶首 飾行業(yè)中。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抗菌非晶合金，包括基礎(chǔ)合金組分和添加組分，基礎(chǔ)合金組分的元素組成及原子摩爾百分含量為Zr45-60%、Hf2-7%、Ni5-12%、Al10-20%、Cu10-20%、Ag0.2-3%、Co0.5-3%；添加組分為Ce、Y、Er、Nd中的一種或幾種，添加量為基礎(chǔ)合金組分重量的0.5-5%。本發(fā)明中的非晶合金具有良好的抗菌性能，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率最佳可達(dá)到99%以上。
【IPC分類】C22C45/10, C22C1/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105296896
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510775925
【發(fā)明人】宋佳
【申請(qǐng)人】宋佳
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日