含铜(Cu)抗菌不锈钢作为一种新型的结构/功能一体化材料,在保持不锈钢特有的耐腐蚀性能、较高的塑韧性、导电和导热等优异性能的基础上,能够抑制细菌生物膜的形成,减少环境中的细菌数量,可以避免或者有效降低由于细菌微生物引起的人体感染以及不锈钢的微生物腐蚀倾向,因此具有广阔的应用前景。然而,实现含Cu抗菌不锈钢的最终应用仍面临诸多的问题与挑战。对于不同应用环境中的含Cu抗菌不锈钢,其抗菌性能的提高需要损失一定的耐腐蚀性能。因此,本研究将与不锈钢的耐腐蚀性能密切相关的表面钝化膜电子结构和成分组成为突破口,通过研究其对抗菌性能的影响机制,进而优化含Cu抗菌不锈钢的合金成分设计、热处理工艺以及表面处理工艺。首先为解决传统钝化处理对316L-Cu不锈钢抗菌性能的抑制作用,设计了一种新型抗菌钝化工艺。结果表明,采用新型抗菌钝化工艺处理后的316L-Cu不锈钢具有长时而有效的抗菌性能,与未钝化的316-Cu不锈钢相比,其耐腐蚀性能得到显著提高。Cr2O3、Cr(OH)3和CuO含量的提高是其耐点蚀性能提高的主要原因。但是,由于单质Cu和CuO转变为Cu离子起到杀菌作用,导致其表面钝化膜的耐均匀腐蚀性能的降低。基于新型抗菌钝化工艺的优异表现,为了扩大医用316L不锈钢的应用范围,并且希望能够进一步明确表面钝化膜中Cu元素的加入对其电子结构和化学组成的影响,因此对医用316L不锈钢采用抗菌钝化处理,并对其抗菌性能和耐腐蚀性能进行研究。结果表明,采用抗菌钝化处理后的316L不锈钢具有稳定且有效的抗菌性能,随着钝化时间的延长,其抗菌机制由接触杀菌转变为离子溶出型杀菌。与传统硝酸钝化处理相比,采用抗菌钝化处理后的316L不锈钢的耐点蚀性能稍有下降,过多含量的单质Cu导致了表面钝化膜中点缺陷浓度NA和ND值的升高,表现为Rf值降低,钝化膜的溶解速度加快,降低了钝化膜的稳定性。为解决海水处理、油田平台、船舶等应用环境中的不锈钢的微生物腐蚀(microbiologically influenced corrosion,MIC)问题,我们开发了含Cu 2205双相不锈钢,不过对这种不锈钢抗菌时效处理时,基体中会形成金属间相,使材料腐蚀加剧。为解决上述问题,根据调整后的合金成分和热力学计算数据的分析,制定了固溶热处理工艺,并获得了完全的铁素体(α-Fe)和奥氏体(γ-Fe)两相结构。通过调整2205-xCu双相不锈钢的合金成分和热处理工艺,消除了其耐微生物腐蚀性能与耐腐蚀性能之间的矛盾。结果表明,与2205双相不锈钢对比,固溶处理温度为1150℃的2205-3Cu双相不锈钢表现出对油田水海杆菌(Marinobacter salsuginis)有效的抗菌性能以及显著的耐微生物腐蚀性能。由于2205-xCu双相不锈钢的耐腐蚀性能会影响其抗菌性能,抗菌性能又与耐微生物腐蚀性能有直接的联系。通过对2205-xCu双相不锈钢在人工海水溶液中耐腐蚀性能的分析,可以了解其耐微生物腐蚀性能得到提高的原因。通过对耐微生物腐蚀性能表现优异的2205-3Cu双相不锈钢表面钝化膜的形核机制、生长速率、电子结构、成分构成的研究和分析,发现Cu元素的添加并未改变其表面钝化膜的形核机制,但是会降低形核的活性位点。另外,表面钝化膜的生长速率也随着表面单质Cu形成量的增加而变慢。因此,受此影响,表面钝化膜电子结构中的NA和ND之和也随之增大,导致2205-3Cu双相不锈钢耐均匀腐蚀性能的降低,从而在提高了抗菌性能的同时,增强了耐微生物腐蚀性能。上述研究工作解决了目前适用于医用环境和海洋工程环境中含Cu抗菌不锈钢的抗菌性能与耐腐蚀性能之间的矛盾问题,提出了Cu元素的添加对不锈钢表面钝化膜的形核机制、生长速率、电子结构和成分组成等特征的影响机制,及其演变对抗菌性能乃至耐微生物腐蚀性能的影响,可以为后续含Cu抗菌不锈钢的进一步开发与应用奠定良好的研究基础。