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304不锈钢的屈服极限表

来源:baiyundou.net   日期:2024-07-06


  01、抗菌机制


  Cu离子的抗菌功能在18世纪就开始有所应用。起初,硫酸铜被用作防治小麦腥黑病。在19世纪,法国波尔多地区的葡萄连年遭受病虫害,Milharde采用含有Cu离子的溶液制备成波尔多液,起到有效的杀灭病虫害的作用。随后相继出现了多种含有Cu离子的杀菌剂,使Cu离子的杀菌功能得以广泛熟知,并逐渐大范围应用。


  Cu原子本身并不具有抗菌功能,只有在发生电子转移后形成离子状态才会表现出抗菌性能。近年来,科学家们对Cu的抗菌机制开展了大量研究,目前比较常见的研究结果包括:


  (1) Cu离子吸附抗菌机制。带正电的Cu离子与带负电的细菌细胞壁结合后,限制了细菌的活动能力及范围,破坏了细菌的新陈代谢过程。此外,Cu离子与细胞膜的接触会形成短路状态,发生电荷传递,引发形成细菌质子耗尽区,导致细胞膜破裂流出膜内蛋白。以上两个因素最终导致细菌的死亡。


  (2) Cu离子破坏蛋白质、新陈代谢酶杀菌机制。Cu离子可进入细菌细胞,与细菌中的蛋白质、新陈代谢所需部分酶发生反应,使蛋白质凝固,新陈代谢过程受阻,细菌自身无法进行呼吸和摄取与消化营养,导致细菌失去分裂繁殖能力而被抑制或凋亡。


  (3) Cu离子催化抗菌机制。如图2所示,Cu离子可以利用细菌细胞内外的H2O2催化细胞内外活性氧(ROS)的高表达,ROS对细菌细胞造成氧化性损伤,破坏了细菌细胞膜。此外,由于Cu原子在转变成离子过程中,可存在Cu+和Cu2+两种价态,研究表明,相比于Cu2+,Cu+具有更强的杀菌活性。



  02、铜添加对力学性能的影响


  在室温下,Cu元素在以铁为基体的不锈钢中的固溶度较低。含Cu抗菌不锈钢一般是过饱和的Cu含量设计,因此通过时效热处理,Cu元素还以析出第二相的形式存在于铁基体中,而不会与铁元素形成金属间相。就拉伸力学性能而言,Cu的加入对固溶处理的含Cu抗菌不锈钢力学性能影响较小,这主要是由于层错能引起的软化效应和Cu添加引起的固溶强化效应之间互相抵消的原因。其中,Cu的添加对固溶处理的2205-Cu双相不锈钢的力学性能影响较为明显,可使抗拉强度从未加Cu的752 MPa提高到820 MPa。通过时效热处理,316L-Cu不锈钢的抗拉强度和屈服强度显著提高,富Cu相的析出强化对力学性能的提升有积极作用。研究发现,时效热处理的温度和时间对含Cu抗菌不锈钢的力学性能有一定的影响。时效热处理时间的延长可以提高含Cu抗菌不锈钢的力学性能,但是超过临界时效时间后,力学性能将不再发生明显变化。在对316L-Cu不锈钢的研究中发现,相比于时效时间,时效温度的升高显著提高富Cu相的半径,降低其数量密度,富Cu相的粗化会减弱其析出强化作用,因而,当时效温度在600~800 ℃范围内升高的过程中,700 ℃处理后的316L-Cu不锈钢的拉伸力学性能处于峰值状态,能够达到最优的析出强化效应。此外,虽然Cu含量的提高对力学性能有一定的影响,但富Cu相的析出强化效果有限。对316L-Cu不锈钢而言,2.5% Cu添加量已经达到析出强化的峰值。含铜不锈钢的硬度测试结果显示,200系列含Cu抗菌不锈钢的硬度在时效处理3小时内迅速提高,继续延长时间则无明显影响。当Cu质量分数为1.45%时,时效处理对200系列含Cu抗菌不锈钢的硬度影响较小,而将Cu质量分数提高到2.77%时,其硬度显著提高。对于马氏体类型的含Cu抗菌不锈钢,随着时效温度从500 ℃升高到800 ℃,3Cr13-Cu不锈钢和2Cr13-Cu不锈钢的硬度均迅速下降,这是由于Cu的偏析行为导致富Cu相对位错的钉扎作用减弱。


  03、铜添加对加工性能的影响


  在金属材料热变形过程中,材料内部根据能量的耗散情况会发生不同的显微组织演变,Cu的添加会对含铜不锈钢的热加工性能产生影响。图3所示为304不锈钢和304-Cu不锈钢的热加工图,由失稳图与功率耗散图耦合叠加而成,显示了在压缩量为60%时,不同铜含量的304-Cu不锈钢的塑性转变和能量耗散的变化规律。研究表明,在304-Cu不锈钢中,随着铜含量的增加,失稳区逐渐增大且向高温区过渡,可加工区域向高温区收缩,安全加工窗口加工温度范围由250 ℃ 减小到100 ℃,热加工窗口变窄。冷成形性能是在不锈钢实际应用过程中需要考量的另一项重要指标。研究表明,时效处理后的304-Cu不锈钢,其加工硬化指数变化较小,但是其杯突值、平均塑性应变比和平面各向异性指数显著降低,表明其冷变形成形极限降低,不利于板材的冷变形加工。



  04、铜添加对耐腐蚀性能的影响


  由于含Cu抗菌不锈钢发挥抗菌性能是通过其表面上的Cu离子间的价态转化或者富Cu相释放Cu离子而实现,因此含Cu抗菌不锈钢的持久、广谱抗菌性能与其耐腐蚀性能有紧密的联系。


  一方面,高浓度的Cu离子释放可以起到更加强烈的抗菌性能;另一方面,高浓度的Cu离子释放可能会引起细胞毒性。由此,含Cu抗菌不锈钢的成分设计、热处理工艺及后续生产过程都面临重要的挑战:如何优化化学成分,特别是Cu含量;如何调整热处理工艺,特别是固溶与时效热处理工艺参数的选择,以平衡耐腐蚀性能、抗菌性能和生物相容性之间的关系。


  对于不锈钢来说,由于其表面特有的钝化膜保护性作用,其耐腐蚀性能的评价体系可以分为耐点腐蚀性能和耐均匀腐蚀性能。而由于不锈钢具备较为优异的耐均匀腐蚀性能,因此在实际使用过程中,耐点腐蚀性能是不锈钢包括含Cu抗菌不锈钢所要重点关注的性能指标。


  目前,对于含Cu抗菌不锈钢的耐点蚀性能研究较为丰富,研究者对各因素的选择主要包括Cu含量、材料热处理状态、电解质溶液中Cl-浓度、溶液温度等。图4所示为分别总结了固溶处理与时效热处理后,不同Cu含量的含Cu抗菌不锈钢的点蚀电位变化。其中,就上述所提到的电解质溶液中Cl-浓度和溶液温度的变化因素,则是根据不同类型不锈钢的实际使用环境而定。通常来说,普通不锈钢包括304-Cu、420-Cu、430-Cu等抗菌不锈钢等测试介质为室温下3.5% NaCl溶液;医用不锈钢包括316-Cu抗菌不锈钢,则是选择(37±2) ℃的0.9% NaCl溶液;海洋用不锈钢包括2205-Cu双相抗菌不锈钢,则是选择室温下的人工海水作为测试介质。因此,这里在电解质参数变化对不同类型含Cu抗菌不锈钢点蚀性能的影响方面不作讨论。



  传统不锈钢会通过固溶或退火处理,消除冷热加工所产生的内应力,使合金发生再结晶,以保证材料在使用过程中具备良好的力学性能和耐蚀性能。有研究者在对固溶或退火处理的含Cu抗菌不锈钢的点蚀性能研究时发现,Cu的添加可以稍微提高316L-Cu不锈钢的耐点蚀性能;而对双相不锈钢和铁素体不锈钢来说,Cu的添加会降低其耐点蚀性能;但是随着固溶温度的提高,含Cu抗菌不锈钢的耐点蚀性能可逐渐得到恢复。


  然而为了获得更稳定优异且持久的抗菌性能,含Cu抗菌不锈钢需要经过时效处理以从基体中析出足够多的富Cu相。研究表明,富Cu相可作为阴极与基体形成电偶腐蚀,从而加速基体的溶解,释放出更多的Cu离子,提高了含Cu抗菌不锈钢的抗菌性能。富Cu相可以破坏不锈钢钝化膜的均匀和致密性,从而导致钝化膜的局部腐蚀,降低含Cu抗菌不锈钢的耐点蚀性能。因此,从图4(b)中可以看到,无论哪一种类型的不锈钢,在相同的时效热处理工艺下,随着Cu含量的升高,其耐点蚀性能逐渐降低。有研究表明,在对时效处理后的304-Cu不锈钢进行短时固溶处理后,导致富Cu相的尺寸变小,因而降低了富Cu相对钝化膜的破坏性。同时由于不锈钢中的S更易与Cu进行结合,降低了MnS的形成倾向,因而随着Cu含量的升高,其耐点蚀性能会逐渐升高。对含Cu抗菌不锈钢采用的时效热处理温度一般为700~750 ℃,而时效时间可根据不同需求进行变化。研究表明,时效时间的变化对相同Cu含量的含Cu抗菌不锈钢有一定的影响,随时效时间的延长,其耐点蚀性能逐渐降低。


  05、铜添加对生物相容性的影响


  含Cu抗菌不锈钢发挥有效的抗菌功能是通过Cu离子的释放或Cu离子的不同价态间转换,因而含Cu抗菌不锈钢的金属离子释放量成为重要的衡量指标。对应用于植入人体内的含Cu抗菌不锈钢,其是否具有良好的生物相容性,是含Cu抗菌不锈钢临床应用的前提条件,这为含Cu抗菌不锈钢的开发与应用提供了重要判据。


  相比于传统的医用不锈钢,含Cu抗菌不锈钢不会影响白细胞的数量,它能够通过阻断炎症因子来抑制内皮功能障碍引起的炎症反应,从而降低支架植入后的血管再狭窄概率。此外,对于输尿管介入治疗后的血管内部纤维化问题,含Cu抗菌不锈钢有明显的降低作用。Cu离子的释放会有助于提高Cu/Zn超氧化物歧化酶的活力,能降低对细胞的毒性,从而使 316L-Cu不锈钢具有抗纤维膜包裹和抗感染的双重作用。安全且具有效的抗菌功能、促细胞分化功能以及抗排异作用的含Cu抗菌不锈钢,有望在医学领域得到广泛应用。

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强舒盲4340在座的行家!谁能给我说一下!304不锈钢屈服强度硬度HRC多少?
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强舒盲4340304不锈钢和202不锈钢的屈服度强度 -
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强舒盲43401060铝板,316,304不锈钢板的屈服度是多少阿 -
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(编辑:自媒体)
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