采用雙靶磁控濺射的方法在不銹鋼表面沉積了TiN/ Cu-Zn 納米多層膜,研究了多層結構對膜層耐腐蝕性能和抗菌性能的影響,以及表面腐蝕與抗菌的關系。結果表明,Cu-Zn 層比較薄時,膜層的耐腐蝕性能比較好,隨著Cu-Zn 層厚度的增加耐腐蝕性能顯著下降。Cu-Zn 層薄時,膜層抗菌性能對TiN 層厚度較為敏感;而當Cu-Zn 層較厚時,抗菌性能對TiN 層厚度不敏感,均具有較好的抗菌性能。存在合適的多層結構,如TiN 層厚度為3.3～5nm 左右,Cu-Zn 層厚度約為4nm 時,使得膜層具有良好的抗菌性能和耐腐蝕性能。

　　近年來,隨著人們對健康生存環境的日益關注,各種抗菌材料迅速發展起來。不銹鋼廣泛應用于食品工業、醫療衛生以及日常生活中,對不銹鋼進行抗菌處理有重要的意義 。TiN 鍍層由于硬度高、抗磨損、化學穩定性及熱穩定性好和色澤華麗等優點,已廣泛應用于不銹鋼的表面功能化。為了使TiN 膜層具有良好的抗菌效果,已有研究在TiN中摻雜抗菌離子Ag 等 。本文利用磁控濺射的方法在不銹鋼表面制備了TiN/ Cu-Zn 多層膜,擬通過多層結構來調制膜層的腐蝕性能,進而調制抗菌性能。選擇Cu-Zn 作為金屬層是由于Cu、Zn 具有良好的抗菌效果,可以獲得雙相抗菌元素以提高膜層的抗菌效果和廣譜抗菌性。

1、實驗部分

　　基體材料為市場工業用SUS201/ 8k 光面不銹鋼板材。實驗前用丙酮酒精超聲清洗,浸酸,沖洗烘干后放入真空室中。本底真空度為5 ×10 ^{- 3} Pa ,沉積前用氬氣進行射頻清洗20min。在沉積過程中轉動靶臺使樣品在Ti 靶(99.9 %) 和黃銅靶H62 (99.5 %)之間轉動,通過控制靶臺在濺射靶前停留的時間控制單層厚度。Ti 靶采用直流磁控濺射, 電流為0.6A;黃銅靶采用射頻磁控濺射,射頻功率為300W。采用氮氣和氬氣的混合氣體,其流量分別為2 和6cm³·min ^{- 1} (標準狀態) ,總氣壓為0.56Pa ,偏壓為直流80V 疊加脈沖200V ,沉積溫度為200°C ,總沉積時間為1h ,最外層為TiN 層,具體工藝參數如表1 所示。TiN 層的沉積速率約為0.33nm/ s ,Cu-Zn 層的沉積速率約為0.67nm/ s。

表1 　多層膜沉積工藝參數

　　利用掃描電子顯微鏡對膜層的截面進行觀察。利用CHI604C 電化學綜合測試系統測試樣品的Tafel 動電位極化曲線,溶液為3.5 %的NaCl 溶液,掃描速度0.5mV/ s。抗菌試驗參照日本J ISZ 280122000 標準,采用覆膜法進行抗菌性能試驗。試驗菌種為ATCC25922 大腸桿菌( E. coli) 和ATCC25923 金黃色葡萄球菌(S. aureus) 。殺菌率計算公式為

　　式中, R 為抗菌率, B 為未處理不銹鋼樣品的活菌數, C 為多層膜樣品的活菌數。

3、結論

　　Cu-Zn 層厚度對多層膜的耐腐蝕性能影響著。Cu-Zn 層薄時多層膜的耐腐蝕性能較好,隨著Cu-Zn 層厚度增加,耐腐蝕性能顯著下降。Cu-Zn 層薄時,抗菌性能對TiN 層厚度敏感,增加TiN 層厚度使抗菌性能下降。Cu-Zn 層厚時,抗菌性能對TiN層厚度不敏感,TiN 層厚度對抗菌性能影響不大,膜層具有較強的抗菌效果。存在合適的多層結構,如TiN 層厚度為3.3nm～5nm 左右,Cu-Zn 層厚度約為4nm時,使得多層膜的抗菌性能和耐腐蝕性能都比較好。