[發明專利]一種超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110432775.6
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113201695B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 王海;任玲;張書源;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/42
• 分類號: C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C21D1/00;C21D6/00;C21D8/00;C22C33/04;B21J5/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明涉及材料技術領域，公開了一種超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼及其制備方法。該不銹鋼的化學成分為：C:0.01～0.09；Cr:16.2～17.8；Cu:3.8～5.4；W:1.2～2.8；Ni:3.8～5.4；La:0.01～0.03；V：0.15～0.55；余量為Fe。該不銹鋼的制備方法為：(1)在950～1030℃保溫一段時間后快速冷卻至室溫；(2)在溫度為860～940℃，應變速率為0.1～2s^?1的范圍內進行熱變形，總應變量大于等于70％，使納米板條前驅體轉變為等軸納米晶結構；(3)在溫度為800～880℃，應變速率為0.001～0.02s^?1的條件下進行超塑性成型。(4)對超塑性成型后的材料在460～500℃時效3～5h。本發明所制備的超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼具有優異的熱加工性能、耐腐蝕性能、抗菌性能以及綜合力學性能，可廣泛應用于刀、剪等切削領域的醫療器械。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，具體為一種超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼及其制備方法。

背景技術

沉淀硬化含銅抗菌不銹鋼是在傳統不銹鋼中添加具有廣譜抗菌功能的Cu元素，利用其與介質溶液環境接觸過程中持續釋放的Cu離子，參與細菌的殺滅過程。將沉淀硬化含銅抗菌不銹鋼應用于手術刀、手術剪等切削類醫療器械的制備，有望顯著降低手術過程中的細菌感染風險。然而，沉淀硬化含銅抗菌不銹鋼在實際使用過程中，也暴露出以下兩方面的不足：首先，Cu的添加導致材料熱加工性能顯著降低，這大幅提高了材料熱加工的成本；其次，在時效過程中析出的富Cu相雖然能夠賦予材料抗菌性能，但對于材料耐蝕性能的降低是不容忽視的。

與傳統粗晶金屬材料相比，納米晶金屬材料不僅具有高溫超塑性的優勢，同時它還具有良好的耐蝕性能。基于此，制備納米晶沉淀硬化含銅抗菌不銹鋼可彌補當前沉淀硬化含銅抗菌不銹鋼的不足，這為新型抗菌不銹鋼的發展指明了一個新方向。目前，塊體納米晶金屬材料的制備主要是通過大塑性變形(SPD)法來實現的。常見的大塑性變形法包括等通道轉角擠壓(ECAP)、累積復合軋制(ARB)、多向鍛造(MF)和高壓扭轉(HPT)等，這些方法均需要依靠大功率設備及昂貴的模具，所制備材料的尺寸也較小，無法滿足規模化工業生產的需要。為此，本發明提供了一種新型沉淀硬化含銅抗菌不銹鋼，它通過常規熱軋制變形即可實現晶粒的納米化，同時能夠實現超塑性成型，這為含銅抗菌不銹鋼的發展帶來新的基礎與機遇。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼，為實現上述目標，本發明的技術方案是：

一種超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼，其特征在于：按重量百分比計，該不銹鋼的化學成分如下：C:0.01～0.09；Cr:16.2～17.8；Cu:3.8～5.4；W:1.2～2.8；Ni:3.8～5.4；La:0.01～0.03；V：0.15～0.55；余量為Fe。部分元素的優選范圍是：C：0.06～0.08；Cr：17.2～17.6；Cu：4.8～5.2；W：2.2～2.6；Ni：4.8～5.2；V：0.40～0.50。

本發明的另一目的在于提供所述超塑性成型沉淀硬化納米晶抗菌不銹鋼的制備方法：采用真空感應爐熔煉，獲得原材料鑄錠，鑄錠修磨后經過1080℃以上開坯鍛造、精鍛加工成坯。對精鍛加工所得坯料在950～1030℃保溫一段時間后，快速冷卻至室溫，獲得納米板條前驅體；對所得納米板條前驅體進行熱變形，獲得等軸納米晶組織；對具有等軸納米晶組織的材料進行超塑性成型；對成型后的材料進行時效處理，最終獲得納米晶沉淀硬化抗菌不銹鋼。

所述納米板條前驅體在溫度為860～940℃，應變速率為0.1～2s^-1的條件下進行熱變形，總應變量大于等于70％，熱變形后獲得等軸納米晶組織。

在溫度為800～880℃，應變速率為0.001～0.02s^-1的條件下進行超塑性成型。

作為優選的技術方案：