【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，具体为一种低铜含量的抗菌高熵合金、制备方法及应用。
技术介绍
1、随着生物医学技术的发展，对医用器械材料的抗菌性能提出了新的要求，成为新材料研究的热点。传统抗菌材料是通过在材料中添加抗菌元素cu，在服役过程中释放cu离子，通过破坏细菌细胞膜、引发氧化应激反应以及促使蛋白质变性等机制，有效杀灭细菌。但是，由于抗菌性能与cu含量正相关，所以想要达到理想的抗菌效果，通常需要向不锈钢基体中添加较高含量的cu(>wt.%)。而较高含量的cu元素容易在材料晶界处偏析，形成富cu相或单质cu，割裂基体组织降低了材料的延展性，同时还会在微区内形成原电池，降低材料的耐蚀性。这就使得含cu合金无法兼顾抗菌性、力学性能与耐蚀性能。cu元素的涂层可以有效避免富铜相对于基体力学性能与耐蚀性能的损伤，但抗菌涂层与基体材料的黏附效果比较差，易脱落，易磨损，无法实现长效自洁抗菌，需要每隔一段时间进行更换，这使得成本显著增加。因此，这些传统高铜含量的抗菌材料具有很大的局限性，无法兼顾抗菌性能、耐蚀性能和力学性能之间的平衡问题。
2、高熵合金（high entropy alloy，简称hea）是一类具有优异性能的新型材料，由五种以上的主元组成，各元素原子随机占据一个晶格点位。高熵合金的“高熵”是指在原子尺度上的化学无序或者拓扑无序，即合金的原子排列混乱度高，处于一个无序状态。高熵合金能够表现出与传统合金相当的耐腐蚀性、更好的机械性能和热稳定性。同时，高熵合金的鸡尾酒效应（多种元素的协同作用），导致合金的整体性能优于各组元性
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种低铜含量的抗菌高熵合金、制备方法及应用，利用高熵合金的高熵效应和鸡尾酒效应，制备低铜含量的抗菌高熵合金（lowcopper content antimicrobial high entropy alloy, 简称lcc-ahea），通过多元素协同作用弥补降低cu含量对抗菌效果的损伤，获得高效抗菌性能的同时，保持金属材料的力学性能与耐蚀性能，以解决现有的抗菌合金的力学性能、耐蚀性能和抗菌性能难以协调的技术问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种低铜含量的抗菌高熵合金，该抗菌高熵合金的化学式为alxcoycrcuzfenisi0.2，其中，0.3 ≤ x ≤ 0.6，1.0 ≤ y ≤ 1.5，0.05 ≤ z ≤ 0.3。
4、优选的，所述抗菌高熵合金的微观组织为两相结构，包括富含cr与fe的晶枝相，以及富含al与ni的枝间相。
5、优选的，所述晶枝相和枝间相的比例为（7 ~ 8）: （2 ~ 3）。
6、优选的，所述抗菌高熵合金的屈服强度为751 mpa，极限压缩应变为40% ~ 42%，钝化区间为0.5 v。
7、优选的，所述抗菌高熵合金的表面能够形成钝化膜，钝化膜在细菌腐蚀的条件下被破坏，持续释放al、co、cu、ni离子，释放的离子协同破坏细菌形态完整性，抑制细菌分裂实现抗菌。
8、优选的，所述抗菌高熵合金对大肠杆菌1天的抗菌率为96% ~ 98%，3天的抗菌率为100%。
9、第二方面，本专利技术提供了一种低铜含量的抗菌高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
10、步骤1、按照alxcoycrcuzfenisi0.2配料；
11、步骤2、将步骤1的配料在无氧环境下进行多次真空悬浮熔炼，得到高熵合金铸锭；
12、步骤3、对高熵合金铸锭进行锻造和热轧，得到低铜含量的抗菌高熵合金。
13、优选的，所述al、co、cr、cu、fe、ni、si均为纯度99.9wt.%以上的原料。
14、优选的，步骤2所述悬浮熔炼的温度为1900 ~ 2100℃。
15、优选的，所述真空度4 ~ 6×10-3pa，然后真空腔中回填高纯氩气至0.03 ~ 0.05mpa，以形成无氧熔炼环境。
16、第三方面，本专利技术提供了一种低铜含量的抗菌高熵合金在抗菌金属材料领域的应用。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
18、本专利技术的低铜含量的抗菌高熵合金中的铜含量较低并均匀分布于基体，不足以析出富铜相和单质铜，减轻了cu元素的偏聚。其次，通过高度晶格畸变和高密度的相界提高抗菌高熵合金的强度，高度晶格畸变来源于构成lcc-ahea晶格的原子尺寸各不相同，这种晶格畸变引入了高幅值的滑移阻力，使塑性变形变得困难。而高密度的相界同样可以直接阻碍滑移，使lcc-ahea可以承受比普通不锈钢更高的载荷。同时，lcc-ahea在压缩工程应变41%左右时失效，说明拥有良好的塑性，这得益于细密双相结构变形协调。此外，lcc-ahea压缩应力应变曲线的另一显著特征是持续应变硬化能力强，硬化率接近5gpa，原因在于位错在高密度相界处堆积，提升了背应力，使lcc-ahea获得额外的应变硬化。
19、本专利技术的低铜含量的抗菌高熵合金，抗菌性能来源于co领衔的al、ni、cu等离子的协同作用，代替高含量的cu元素，实现高效抗菌。大肠杆菌的微生物腐蚀作用破坏合金表面的致密氧化膜，释放al、co、cu、ni等离子；这些离子破坏大肠杆菌细胞结构的完整性，干扰其dna复制和rna转录，抑制其分裂；大肠杆菌死亡后，合金表面在al、cr、ni元素作用下迅速钝化，形成致密氧化膜，防止进一步腐蚀和金属离子溶出。
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1. 一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，该抗菌高熵合金的化学式为AlxCoyCrCuzFeNiSi0.2，其中，0.3 ≤ x ≤ 0.6，1.0 ≤ y ≤ 1.5，0.05 ≤ z ≤ 0.3。
2.根据权利要求1所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述抗菌高熵合金的微观组织为两相结构，包括富含Cr与Fe的晶枝相，以及富含Al与Ni的枝间相。
3. 根据权利要求2所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述晶枝相和枝间相的比例为（7 ~ 8）: （2 ~ 3）。
4.根据权利要求1所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述抗菌高熵合金的表面能够形成钝化膜，钝化膜在细菌腐蚀的条件下被破坏，持续释放Al、Co、Cu、Ni离子，释放的离子协同破坏细菌形态完整性，抑制细菌分裂实现抗菌。
5. 根据权利要求1所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述抗菌高熵合金的屈服强度为751 MPa，极限压缩应变为40% ~ 42%，钝化区间为0.5 V。
6. 根据权利要求1所述的一种低铜含量的抗菌
7.一种权利要求1-6任一项所述的低铜含量的抗菌高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的低铜含量的抗菌高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤2所述悬浮熔炼的温度为1900 ~ 2100℃。
9.根据权利要求7所述的低铜含量的抗菌高熵合金的制备方法，其特征在于，所述真空度4 ~ 6×10-3 Pa，然后真空腔中回填高纯氩气至0.03 ~ 0.05 MPa，以形成无氧熔炼环境。
10.一种低铜含量的抗菌高熵合金在抗菌金属材料领域的应用。
...【技术特征摘要】
1. 一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，该抗菌高熵合金的化学式为alxcoycrcuzfenisi0.2，其中，0.3 ≤ x ≤ 0.6，1.0 ≤ y ≤ 1.5，0.05 ≤ z ≤ 0.3。
2.根据权利要求1所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述抗菌高熵合金的微观组织为两相结构，包括富含cr与fe的晶枝相，以及富含al与ni的枝间相。
3. 根据权利要求2所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述晶枝相和枝间相的比例为（7 ~ 8）: （2 ~ 3）。
4.根据权利要求1所述的一种低铜含量的抗菌高熵合金，其特征在于，所述抗菌高熵合金的表面能够形成钝化膜，钝化膜在细菌腐蚀的条件下被破坏，持续释放al、co、cu、ni离子，释放的离子协同破坏细菌形态完整性，抑制细菌分裂实现抗菌。
5. 根据权利要求1所述的一种低铜含量...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈思源，沈鹃琴，丁学雯，周龙杰，闵鹏鹏，张兆星，
申请(专利权)人：浙江省人民医院，
类型：发明
国别省市：
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