一種具有抗菌功能的非晶態合金的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于非晶材料領域，涉及一種具有抗菌功能的非晶態合金。
【背景技術】
[0002]非晶態合金是指熔體金屬經急冷而得到的金屬合金，其微觀結構不同于晶態金屬，具有短程有序、長程無序的特點，使其表面有許多空的電子軌道，表面電子配位不飽和，表面自由能較晶態合金高，因此其在熱力學上處于不穩或亞穩狀態，在適當的條件下非晶態結構可以向晶態結構轉化。
[0003]非晶態合金表現出各種優異的力學、物理化學性能，例如高強度、高彈性、高斷裂韌性、高比強度、超塑性、高耐蝕性、突出的磁特性、優良的成型性等諸多晶態合金所不具備的優異性能，使得非晶態合金與其復合材料作為結構材料和功能材料都受到研究者們很大的關注，從而越來越被廣泛的應用在航空、航天以及民用領域，非晶態合金相繼被成功應用于制備高性能的體育產品、具有良好生物相容性和性能的生物醫用植入器械(件)、變壓器鐵芯、水處理和苛刻使役條件下的耐磨涂層、抗菌劑等等。
[0004]但是，目前用作抗菌劑的非晶態合金的抗菌效果還有待提升，制造成本還有待降低。
[0005]有鑒于此，確有必要提供一種具有抗菌功能的非晶態合金，其具有較高的抗菌效果和較低的制造成本。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于:針對現有技術的不足，而提供一種具有抗菌功能的非晶態合金，其具有較高的抗菌效果和較低的制造成本。
[0007]為了實現上述目的，本發明所采用如下技術方案:
一種具有抗菌功能的非晶態合金，按原子百分比計，所述合金的成分為:
Ag 2% ?8% ;
Eu 1% ?3% ；
Ce 1% ?3% ；
Mg 20% ?40% ；
Cu 40% ?60% ；
Zn 3% ?10% ；
Al 1% ?5%。
[0008]這幾種金屬形成的非晶態合金可以起到抑菌和殺菌的作用，抑菌即在細菌的增殖期，金屬吸附在細胞壁上，與細胞膜蛋白結合，破壞膜中的酶，防止細胞生長所需能量代謝的電子傳遞，抑制細菌個體生長；殺菌是指當細菌處于非增殖期時，金屬對細胞膜酶的破壞，導致細菌維持個體生存所需的能量代謝不能正常進行而死亡。
[0009]其中，銀的殺菌性能最強，鈰和銪是稀土元素中最為活潑的金屬，將二者共同作為合金添加劑可以提高合金的抗菌性能，這是因為，銀、銪和鈰表現出協同抗菌作用，可以通過電場吸附作用與細胞膜接觸，破壞細菌的鞘和壁結構，從而可以大大提高該非晶態合金對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌效果，殺菌率達到99.99%，而且只需要較低的濃度就可以達到較好的抗菌效果。而且，該合金還具有優良的光穩定性。
[0010]相對于現有技術，本發明具有如下優點:一是具有廣譜抗菌性，可抗包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌等細菌；二是安全性高，毒性小，對皮膚黏膜無刺激性、不致畸、不致癌；三是耐熱性好；四是持續性強，具有緩釋性能；五是抗藥性小，其獨特的殺菌機理使得細菌不易產生抗藥性；六是揮發小，利于環保。
[0011]作為本發明具有抗菌功能的非晶態合金的一種改進，按原子百分比計，所述合金的成分為:
Ag 3% ?6% ;
Eu 1.5% ?2.5%;
Ce 1.5% ?2.5%;
Mg 22% ?35% ；
Cu 35% ?55% ；
Zn 5% ?8% ；
Al 2% ?4%。
[0012]通過進一步的合金成分優化，具有最佳非晶形成能力或者性能的合金成分按原子百分比計為:
Ag 5% ；
Eu 2% ；
Ce 2% ；
Mg 34% ；
Cu 48% ；
Zn 6% ；
Al 3% ο
[0013]作為本發明具有抗菌功能的非晶態合金的一種改進，其制備方法包括以下步驟: 第一步，將Mg、Al、Zn表面的氧化膜去除，然后將Ag、Eu、Ce、Mg、Cu、Zn和Al按比例放入惰性氣體保護下的坩禍中，采用感應加熱方式融化，加熱金屬至900°C?1200°C ；
第二步，待金屬熔融后，熔融金屬掉落至下方，與此同時，通入高速的惰性氣體氣流，沖擊掉落下來的、處于熔融狀態的金屬，使其分散為小液滴，從而實現快速凝固。
[0014]本發明采用氣體霧化法，通過高速氣體流沖擊金屬液流使其分散為微小液滴，從而實現快速凝固。這種方法限制了熔融金屬的量，而且能夠快速霧化成小的液滴，且能夠推進霧化液滴流越過一個小距離和段時間間隔與淬火基體進行快速沖擊，以釋放出熱量越過結晶與長大過程進而快速凝固，從而得到非晶態合金。這種方法的生產效率高，而且合金粉末能夠形成大小一致的球形，有利于后續的成型工藝消除顆粒的原始邊界。
[0015]作為本發明具有抗菌功能的非晶態合金的一種改進，所述惰性氣體設置為氮氣、氦氣或氬氣。由于氦氣的傳熱速度快，采用氦氣作為射流介質時的冷卻速度比用氬氣要大。
[0016]作為本發明具有抗菌功能的非晶態合金的一種改進，所述惰性氣體氣流的速度為300m/s?600m/s，采用超聲速氣流可明顯改善粉末的尺寸分布，可以提高冷卻速度。
[0017]作為本發明具有抗菌功能的非晶態合金的一種改進，熔融金屬的冷卻速度為lOOOK/s?10000 K/so通過急冷處理，可以得到短程有序、長程無序的特點，使其表面有許多空的電子軌道，表面電子配位不飽和，表面自由能較晶態合金高，因此其在熱力學上處于不穩或亞穩狀態，從而可以持續地釋放抗菌活性成分。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例，對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0019]實施例1
本實施例提供了一種具有抗菌功能的非晶態合金，按原子百分比計，所述合金包括:
Ag 5% ；
Eu 2% ；
Ce 2% ；
Mg 34% ；
Cu 48% ；
Zn 6% ；
Al 3% ο
[0020]其制備方法包括以下步驟:
第一步，將Mg、Al、Zn表面的氧化膜去除，然后將Ag、Eu、Ce、Mg、Cu、Zn和Al按比例加入惰性氣體保護下的坩禍中，采用感應加熱，加熱金屬至100tC ;
第二步，待金屬熔融后，熔融金屬掉落至下方，與此同時，通入高速(速度為450m/s)的氬氣氣流，沖擊掉落下來的、處于熔融狀態的金屬，使其分散為小液滴，從而實現快速凝固，其中，熔融金屬的冷卻速度為5000K/S。
[0021]用大腸桿菌和金黃色葡萄糖球菌作為供試菌來測試所制備的合金的抗菌性能。標準比濁液的配制:取濃度為11.75g/L的BaCl2.2H20溶液0.5mL，加入到1% (體積分數)的99.5mL的硫酸中，裝日試劑瓶密封保存。
[0022]首先將各供試菌用相應的液態培養基NA 370C，140r/min活化20h左右，然后用無菌生理鹽水將活化后的菌液稀釋至標準比濁管濁度(通過722N可見分光光度計560nm測透光率)。吸取ImL菌懸液，加入到50°C已融化的瓊脂培養基中。充分混合均勻后倒入直徑一致的無菌平皿內，平行三組，待用。
[0023]將直徑5.5mm的無菌干濾紙片浸泡于分散有本實施例制備的合金的溶液中，待無菌風吹干濾紙片后用無菌鑷子或長竹簽貼于相應的固體培養基上，20min后將培養皿放置37°C恒溫培養。24h后觀察并測量