[發明專利]具有抗菌生物活性MoO3-SiO2納米晶復合涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201710864169.5
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN108048807B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 徐江;孫騰騰;姚凡
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/08;C23C14/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;楊文晰

本發明公開一種具有抗菌生物活性MoO₃?SiO₂納米晶復合涂層的制備方法，涉及雙陰極等離子濺射沉積和離子氧化復合工藝以及涂層材料的結構設計與選材領域；本發明采用的雙陰極等離子濺射沉積技術參數為：靶材電壓800V~1000V,工件電壓250V~350V，靶材與工件間距10mm~20mm,工作氣壓25Pa~40Pa，沉積溫度750℃~950℃，沉積時間3.0h~5.0h；采用的離子氧化工藝參數為：靶材電壓650~750V，工件電壓250V~350V，靶材與工件間距10mm~20mm，工作氣壓25Pa~40Pa，O₂分壓0.1Pa~1.0Pa，氧化試劑1.0h~2.0h；工件材料為海洋船體用各類不銹鋼；本發明方法制備的MoO₃?SiO₂納米晶復合涂層具有高硬度、高韌性以及優異的腐蝕抗力和抗微生物腐蝕能力，能明顯提高用于海洋船體用各類不銹鋼的耐磨性、抗腐蝕性能和抗菌性能。

技術領域

本發明涉及雙陰極等離子濺射沉積和離子氧化復合工藝以及涂層材料的結構設計與選材領域，特別是一種具有抗菌活性的MoO3-SiO2納米晶復合涂層的制備方法，該方法適用于在不銹鋼材料表面制備具有良好耐腐蝕性能、良好的抗菌性能、高的結合力與強韌性涂層。

背景技術

21世紀是海洋的世紀，占地球面積71%的遼闊而神秘的海洋是生命的搖籃，人類未來也寄希望于海洋，隨著陸地資源日益減少，開發廣闊豐富的海洋資源成為人們不斷地追求的新目標。海洋開發要面對惡劣的海洋環境，因而海洋資源開發和利用的基礎設施面臨著嚴重的海洋微生物腐蝕問題。目前全世界每年因腐蝕造成的經濟損失約為7000億美元，金屬材料在海洋中的損失相當嚴重，并且腐蝕是導致各種基礎設施和工業設備破壞和報廢的主要原因。目前，采用表面改性手段在海洋金屬材料表面制備各種涂層，將基體材料的力學性能和涂層材料的抗菌特性有效地結合，已成為改善海洋金屬材料的耐微生物腐蝕最有效的方法之一。作為一個擁有1.8萬km海岸線的世界海洋大國之一，研究海洋結構材料在海水中的微生物腐蝕具有十分重要的理論和現實意義。

海洋腐蝕環境苛刻，海水中的鹽濃度高（一般在3.5%左右），富氧，并存在著大量海洋微生物，加之海浪沖擊和陽光照射，海洋腐蝕環境較為嚴酷。在海洋環境中服役的基礎設施和重工業設施的腐蝕問題嚴重，特別是船舶與海洋平臺的腐蝕問題更加突出，腐蝕已經成為影響船舶、近海工程、遠洋設施服役安全、壽命、可靠性的重要因素。而海洋微生物的存在，會附著在船底中生長和繁殖，從而使船體污損和發生腐蝕，造成船體粗糙，摩擦力增大，從而降低船舶航行的速度，增加燃耗。

MoO₃-SiO₂涂層復合材料可以有效提高基體材料的力學性能，且MoO₃為典型的光催化材料，具有無毒，光化學穩定性，可以有效降解污染物。目前制備該復合涂層的方法為化學沉積法，獲得的涂層與基體結合度不好，且致密性差，晶粒度較大，無法得到均勻細小的納米晶力學性能均較低，耐腐蝕性能差，且制備效率低，且并不涉及耐腐蝕性能及抗菌性能，無法滿足現有遠洋船舶材料需求。

發明內容

針對上述問題，本發明利用納米晶MoO₃的抗菌特性，采用雙陰極等離子濺射沉積技術和離子氧化的復合工藝，在工件表面制備具有抗菌特性MoO₃-SiO₂納米晶復合涂層，該涂層具有特殊的納米尺度表面形貌，能明顯提高不銹鋼的腐蝕抗力和表面抗菌活性。本發明目的是這樣實現的：

分別依次采用雙陰極等離子濺射沉積技術和離子氧化工藝，在工件表面制備MoO₃-SiO₂納米晶復合涂層；

對于雙陰極等離子濺射裝置，通過調節靶材和工件電壓以及通入真空室中的Ar氣壓，控制靶材（提供欲沉積的元素）濺射沉積量與工件表面的溫度（較高且合適的處理溫度有利于元素在基體的擴散，提高其擴散速率，并形成均勻致密的納米晶，有利于增加涂層厚度，提高對于基體材料的保護）。