[发明专利]一种Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料表面沉积纳米复合耐磨抗菌涂层技术领域，具体涉及一种氮化锆铜(以下称Zr‑Cu‑N)纳米复合耐磨抗菌涂层及其制备方法。在基体表面依次是ZrCu膜形成的过渡层和Zr‑Cu‑N层，Zr‑Cu‑N纳米复合耐磨抗菌涂层的厚度为1～20微米。本发明采用磁场增强电弧离子镀技术完成，该方法制备的纳米复合耐磨抗菌涂层除具有较好的抗菌性能外，还具有硬度高、涂层韧性好、抗磨损及抗高温氧化等优点。该涂层可用于医疗器械如手术刀等需要抗菌的场合，而且还可用于厨房餐厨具、卫浴件、车辆把手及机械设备等表面的抗菌处理等。

技术领域：

本发明属于金属材料表面沉积纳米复合耐磨抗菌涂层技术领域，具体涉及一种氮化锆铜(以下称Zr-Cu-N)纳米复合耐磨抗菌涂层及其制备方法。

背景技术：

金属材料作为医用生物材料用于人体已有数百年历史，在临床医学中发挥着重要作用。随着医用生物材料的不断发展，已有越来越多的医用生物材料被用于制造人工器官和器件，这些人工器官和器件成功地为患者减轻痛苦，延续患者的生命。而对金属材料表面进行镀膜，则可在不影响植入材料性能的基础上获得良好的生物医学功能。但是，如果植入材料的机械性能差，会引起植入材料性质的退变，导致植入失效；如果植入材料的抗菌性差，则会引起术后感染，导致手术失败。

在20世纪末提出纳米复合涂层的概念，即由纳米晶-纳米晶或纳米晶-非晶形成的两相或两相以上的复合结构，该复合涂层得到一定开发与应用，具有良好的硬度和耐磨性能，但大多应用在刀具、模具领域，而在抗菌领域很少应用。

因此，发展一种既具有良好的抗菌性能，又具有较好的机械性能的纳米复合耐磨抗菌涂层不失为解决以上问题的一个重要办法。

发明内容

针对现有涂层材料体系的不足，本发明的目的是提供一种具有较好的抗菌性能、又具有高硬度与耐磨性的Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层，在基体表面依次是ZrCu膜形成的过渡层和Zr-Cu-N层，Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层的厚度为1～20微米。

所述的Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层，ZrCu膜形成的过渡层厚度为0.1～2.0微米。

所述的Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层，ZrCu膜中，Cu含量为0.5～30at.％。

所述的Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层，Zr-Cu-N层中，Cu含量为0.5～20at.％，N含量为45～55at.％。

所述的Zr-Cu-N纳米复合耐磨抗菌涂层的制备方法，具体步骤如下：

(1)工件预清洗：工件表面经喷砂后在酒精溶液中超声1～20分钟，后经热风吹干后装入真空室内的工件架上，等待镀膜；

(2)镀过渡层：采用锆铜合金靶，当真空室内真空度达到1×10^-3Pa～1×10^-2Pa时，对真空室加热至200～500℃；向真空室通入氩气，气压控制在0.5～5Pa之间；基体加脉冲负偏压在-400～-1500V范围内，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗10～60分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.05～5.0Pa，同时开启锆铜合金靶弧源，弧电流为60～150A，对样工件继续进行Zr离子及Cu离子轰击1～20分钟；调脉冲负偏压至-10V～-500V，沉积ZrCu膜即过渡层1～30分钟；

(3)镀Zr-Cu-N层：采用锆铜合金靶，设定氮气气压为0.1～5Pa范围内，对基体施加脉冲负偏压-10V～-500V；开启轴向磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～10A；调节靶电流为60～150A，沉积时间为10～300分钟；