[发明专利]一种抗菌耐磨纳米复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工件表面处理技术领域，具体地说是一种具有自动杀菌功能的掺铜过渡族金属氮化物(以下简称MeCuN)纳米复合硬质涂层及其制备方法。

背景技术

生活水平的提高使得人们更加重视日常生活中的安全卫生。而随着城市化的进程发展，城市人口密度越来越高，通过细菌传播病毒的隐患越来越高。公共场合病毒传播的几率更大，为病毒的传播提供了非常有利的温床。公交车，地铁等公共交通工具是人流密集，易于传播病毒的途径，因此现在已需要对上述交通工具进行定期杀毒处理，而人们在乘坐公共交通工具后都会及时清洁手部卫生。家庭生活中的安全卫生也逐渐受到人们的重视。基于病由口入的常识，以洗菜盆为代表的厨房用具卫生更加受到人们的重视，由于洗菜盆接触饭菜材料，同时处于潮湿的环境，易于细菌的滋生，采用杀毒剂进行清除又会导致人们对于杀毒剂是否安全的顾虑。以上原因都促进了抗菌涂层技术的发展。

对工件进行抗菌处理，尤其在工件表面涂覆抗菌涂层是现在使用较多的方法。采用的抗菌涂层方法有很多，比如电镀银(Ag)涂层。Ag具有非常的杀菌功能，在很长的时间里面人们已经广泛的应用Ag的这种功能，由于Ag的成本较高，由此限制了其在日常生活中的广泛应用。电镀Ag可以在金属工件表面获得几十个微米厚的Ag层，物理气相沉积技术的出现，使得人们可以在工件表面沉积一层几个微米薄的Ag层，从而降低了其成本，扩大了Ag的应用范围。但要大规模的应用，其成本仍然相对较高。而Cu同样具有杀菌效果，尤其是纳米尺度的Cu具备非常好的杀菌功能，其成本相比Ag来说很低，结合这两方面的优势，Cu成为非常具有潜力的杀菌材料。

综合来说，目前制备杀菌涂层的上述方法存在诸多不利因素，要么方法本身存在环境污染问题，比如电镀产生大量废水；要么成本比较高，比如Ag涂层；要么某些场合对涂层的要求比较高，一般方法无法使用，比如医疗器械手术刀属于精密设备，对其进行表面处理不能改变其尺寸及锋利程度。

抗菌涂层要获得广泛应用，进入日常生活，需要一种适用性强，成本低，杀菌效率高的涂层和制备技术。

发明内容

本发明为了解决工件表面具有高效自动杀菌功能，硬度高耐磨损的涂层问题，提供了一种高效杀菌低成本MeCuN纳米复合涂层及其制备方法。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种MeCuN纳米复合涂层，其特征在于：在基体表面依次金属Me层，氮化物MeN层和MeCuN层。所说的基体指需要进行表面改性的金属材料。

金属Me层指过渡族金属Me金属层，可以选择Ti或Zr，金属Me层一侧与基体连接，另一侧与MeN层连接。金属Me层的厚度约几十到几百纳米(nm)。

氮化物MeN层指由过渡族金属Me与氮(N)反应生成的MeN层。MeN层一侧与金属Me层连接，另一侧与MeCuN层连接。MeN层中的元素Me与金属Me层中的元素相同。氮化物MeN层的厚度约几十到几百纳米。

MeCuN层指由氮化物MeN与金属Cu形成的复合涂层。MeCuN层一侧与MeN层连接，另一侧是具有杀菌功能的工作面。MeCuN中的元素Me与金属Me层和氮化物MeN层中元素相同。MeCuN层的厚度约几百纳米到若干微米。

铜(Cu)既可以是纯Cu，也可以掺杂1～5％的银(Ag)。含有Ag的纳米复合涂层用MeCu(Ag)N表示。

MeCuN层的微观组织结构是由纳米尺度的MeN晶粒(以后简称MeN纳米晶)和金属Cu组成的纳米复合结构。

MeCuN层中MeN纳米晶成柱状，金属Cu位于纳米晶粒间的晶界。

MeCuN层中MeN纳米晶长度方向尺寸介于几十纳米到几百纳米之间，侧向方向尺寸在若干纳米到几十纳米之间。

MeCuN层中，金属Cu在MeCuN中的原子百分比在10％～25％之间。

MeCuN层中，采用X射线衍射(以后简称XRD)测试MeCuN相组成，可以检测到MeN与Cu相存在。

采用纳米压入法测试MeCuN涂层的硬度，在10mN载荷下，MeCuN纳米硬度在不小于15GPa。

MeN层中Me原子百分比在50～75％之间，其余为N。

所说的MeCuN纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：

(1)基材清洗，去除基材表面的油污。

(2)真空室内氩离子溅射清洗：向真空室内通入氩气，开启偏压电源，氩气电离，在偏压的作用下轰击基体。

(3)离子源清洗。通入氩气，开启离子源产生辉光放电进行清洗。