·578· 北京科技大学学报 第33卷 化时间后亲水性能的比较 基板的结合.但是，氧化时间过长会使基板不平整 由表1可以看出：在相同提拉次数的条件下，随 度加大，膜层的厚度己不能完全覆盖基板不平整带 着氧化时间的增加，接触角呈现先降后升的趋势：亲 来的影响.所以，控制氧化时间为10min比较好，这 水性按强弱顺序排列为10min>30min>5min> 与前面接触角的结论一致 50min.这是由于在短时间氧化的条件下，不锈钢表 2.4薄膜附着性的测试 面氧化不均匀，从而导致膜层的不均匀，使得亲水性 图3是不同处理条件下试样在洛氏硬度机压后 不佳；氧化时间过长，则会造成氧化膜不平整，SiO2 的压痕.由图3，尤其从图3(g)中可以清楚地看出， 膜层的厚度己经不能完全覆盖氧化膜不平整带来的 无论热处理与否，不同膜层厚度的试样压痕周围都 影响，亲水性下降 没有观察到周向裂纹和明显的剥落现象，薄膜与基 表1氧化时间对接触角的影响 体都发生了较明显的塑性变形，二者的塑性变形一 Table 1 Effect of oxidation time on the contact angle 致，说明薄膜与基体的结合强度很好 氧化时间/min 5 10 30 50 参照德国工程师手册(VDI3198)确定的洛氏硬 接触角/() 33.65 3.74 26.20 36.38 度压痕法测试膜基结合强度等级划分标准，可根据 压痕边缘开裂程度判定含银二氧化硅薄膜与基体的 2.3薄膜耐蚀性的测试 结合强度好，达到甚至高于HF1,其中HF1~HF6是 将样品浸泡于质量分数为10%的FCl,溶液中 洛氏硬度压痕法膜基结合强度标准等级，HFI为结 1h,称量样品的失重，计算腐蚀率.未氧化和氧化后 合强度最高 的样品以及不同氧化时间的样品得到的实验结果分 2.5不锈钢的抗菌性能 别见表2和表3. 分别取盖玻片(a)、不锈钢片(b)、经热处理的 表2：氧化与未氧化时不锈钢的腐蚀率 覆膜不锈钢片(c)和未热处理的覆膜不锈钢片()， Table 2 Corrosion rate of stainless steel without and with oxidation 每组三个平行试样.通过细菌计数法测定不同试样 样品 未氧化 氧化 的抗菌性能.图4是抗菌效果对比图，实验结果如 腐蚀率/% 1.226 1.046 图5所示. 四组试样的平均菌落为240、190、0和1.由抗 表3不同的氧化时间下不锈钢的腐蚀率 菌率计算公式可以计算出：未经过热处理试样的抗 Table 3 Corrosion rate of stainless steel after different oxidation time 菌率为99.47%，热处理试样的抗菌率达到100%. periods 氧化时间/min 3 8 10 15 20 3结论 腐蚀率/% 1.0681.038 1.001 1.1601.316 (1)在氧化处理之后的不锈钢表面，通过溶 由表2可见，经过氧化处理的不锈钢比未经氧 胶-凝胶法获得了含银的SiO2薄膜，在氧化10min 化处理的不锈钢的腐蚀率小.这是因为氧化处理 以及提拉5次时，可以获得厚度适当的膜层，且亲水 后，不锈钢基板表面含有大量活性基团，可与硅醇单 性较好，耐蚀率为1%. 体交联、脱水，形成牢固共价键，增强了薄膜与基板 (2)不同工艺得到的薄膜与基体的结合强度都 的结合能力.同时避免硅醇单体之间交联、团聚，破 很好.根据压痕边缘开裂程度可以判定薄膜与基体 坏薄膜的完整性，降低膜层力学性能.所以提拉制 的结合强度好，热处理及薄膜的厚度均对结合强度 膜之前需要对不锈钢进行氧化. 没有影响. 从表3可以看出，随着氧化时间的增长，腐蚀率 (3)实验所制得的含银二氧化硅薄膜具有良好 呈现先减后增的趋势，在氧化l0min的时候出现了 的抗菌性能.未经过热处理试样的抗菌率为 极小值，对比表2的结果可知氧化能够促进膜层与 99.47%,热处理之后达到100%.北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 化时间后亲水性能的比较． 由表 1 可以看出: 在相同提拉次数的条件下，随 着氧化时间的增加，接触角呈现先降后升的趋势; 亲 水性按强弱顺序排列为 10 min ＞ 30 min ＞ 5 min ＞ 50 min． 这是由于在短时间氧化的条件下，不锈钢表 面氧化不均匀，从而导致膜层的不均匀，使得亲水性 不佳; 氧化时间过长，则会造成氧化膜不平整，SiO2 膜层的厚度已经不能完全覆盖氧化膜不平整带来的 影响，亲水性下降． 表 1 氧化时间对接触角的影响 Table 1 Effect of oxidation time on the contact angle 氧化时间/min 5 10 30 50 接触角/( °) 33. 65 3. 74 26. 20 36. 38 2. 3 薄膜耐蚀性的测试 将样品浸泡于质量分数为 10% 的 FeCl3溶液中 1 h，称量样品的失重，计算腐蚀率． 未氧化和氧化后 的样品以及不同氧化时间的样品得到的实验结果分 别见表 2 和表 3． 表 2 氧化与未氧化时不锈钢的腐蚀率 Table 2 Corrosion rate of stainless steel without and with oxidation 样品 未氧化 氧化 腐蚀率/% 1. 226 1. 046 表 3 不同的氧化时间下不锈钢的腐蚀率 Table 3 Corrosion rate of stainless steel after different oxidation time periods 氧化时间/min 3 8 10 15 20 腐蚀率/% 1. 068 1. 038 1. 001 1. 160 1. 316 由表 2 可见，经过氧化处理的不锈钢比未经氧 化处理的不锈钢的腐蚀率小． 这是因为氧化处理 后，不锈钢基板表面含有大量活性基团，可与硅醇单 体交联、脱水，形成牢固共价键，增强了薄膜与基板 的结合能力． 同时避免硅醇单体之间交联、团聚，破 坏薄膜的完整性，降低膜层力学性能． 所以提拉制 膜之前需要对不锈钢进行氧化． 从表 3 可以看出，随着氧化时间的增长，腐蚀率 呈现先减后增的趋势，在氧化 10 min 的时候出现了 极小值，对比表 2 的结果可知氧化能够促进膜层与 基板的结合． 但是，氧化时间过长会使基板不平整 度加大，膜层的厚度已不能完全覆盖基板不平整带 来的影响． 所以，控制氧化时间为 10 min 比较好，这 与前面接触角的结论一致． 2. 4 薄膜附着性的测试 图 3 是不同处理条件下试样在洛氏硬度机压后 的压痕． 由图 3，尤其从图 3( g) 中可以清楚地看出， 无论热处理与否，不同膜层厚度的试样压痕周围都 没有观察到周向裂纹和明显的剥落现象，薄膜与基 体都发生了较明显的塑性变形，二者的塑性变形一 致，说明薄膜与基体的结合强度很好． 参照德国工程师手册( VDI3198) 确定的洛氏硬 度压痕法测试膜基结合强度等级划分标准，可根据 压痕边缘开裂程度判定含银二氧化硅薄膜与基体的 结合强度好，达到甚至高于 HF1，其中 HF1 ～ HF6 是 洛氏硬度压痕法膜基结合强度标准等级，HF1 为结 合强度最高． 2. 5 不锈钢的抗菌性能 分别取盖玻片( a) 、不锈钢片( b) 、经热处理的 覆膜不锈钢片( c) 和未热处理的覆膜不锈钢片( d) ， 每组三个平行试样． 通过细菌计数法测定不同试样 的抗菌性能． 图 4 是抗菌效果对比图，实验结果如 图 5 所示． 四组试样的平均菌落为 240、190、0 和 1． 由抗 菌率计算公式可以计算出: 未经过热处理试样的抗 菌率为 99. 47% ，热处理试样的抗菌率达到 100% ． 3 结论 ( 1) 在氧化处理之后的不锈钢表面，通过溶 胶--凝胶法获得了含银的 SiO2 薄膜，在氧化 10 min 以及提拉 5 次时，可以获得厚度适当的膜层，且亲水 性较好，耐蚀率为 1% ． ( 2) 不同工艺得到的薄膜与基体的结合强度都 很好． 根据压痕边缘开裂程度可以判定薄膜与基体 的结合强度好，热处理及薄膜的厚度均对结合强度 没有影响． ( 3) 实验所制得的含银二氧化硅薄膜具有良好 的 抗 菌 性 能． 未经过热处理试样的抗菌率为 99. 47% ，热处理之后达到 100% ． ·578·