含铜抗菌不锈钢是近年来发展出的一种新型的结构/功能一体化材料。铜(Cu)是钢中常见的合金化元素,也是人体中必需的微量金属元素。在现有医用不锈钢中添加适量Cu元素,由于材料在人体环境中不可避免的腐蚀,含铜不锈钢会微量和持续地释放出对人体有益的Cu离子。相关研究已证明,含铜不锈钢具有抗细菌感染、抑制支架内再狭窄、促进成骨等生物医学功能,但其在应用过程中仍存在一些材料学基本问题需要深入研究和认识。基于此,本文系统地研究了含铜奥氏体抗菌不锈钢中富铜相的析出行为及强化机制,并对Cu含量变化对材料综合性能的影响及含铜不锈钢热变形行为进行了探讨,为含铜抗菌不锈钢的应用奠定坚实的材料学基础。本文开展的研究工作内容及取得的主要结果如下:(1)Cu添加对含铜奥氏体不锈钢综合性能的影响研究研究了 Cu添加及热处理制度对316L不锈钢力学性能、耐蚀性能和抗菌性能的影响。结果表明,不同Cu含量(0-3.5 wt.%)添加及不同热处理制度对不锈钢的显微组织无明显影响,均保持奥氏体组织。在固溶状态下,不锈钢的力学性能变化不大;时效处理后,由于基体中析出富铜相,不锈钢的强度显著提高。与此同时,富铜相的存在也破坏了钝化膜的连续性,进而降低了不锈钢的耐蚀性能。此外,高Cu含量的添加(3.5 wt.%)和时效处理(700 ℃下时效6 h)能够赋予不锈钢优异的抗菌性能。(2)含铜奥氏体抗菌不锈钢的热变形行为研究研究了 316LN-Cu奥氏体不锈钢在温度为950-1150℃,应变速率为0.01-10 s-1范围内的热变形行为。结果表明,不锈钢的流变应力对变形温度和应变速率的变化非常敏感,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而升高。316LN-Cu不锈钢的热变形激活能为533 kJ/mol。Cu和N元素的添加能够提高不锈钢的激活能。Cu元素的添加导致316LN-Cu不锈钢具有较大的失稳区,使不锈钢的热加工区间变得非常狭窄。316LN-Cu不锈钢的最优热加工区间为变形温度1100-1120 ℃,应变速率0.01-0.018 s-1。不锈钢在此区间热加工时的能量耗散率可达到38%,热加工后能获得细小均匀的动态再结晶组织。此外,获得了 316LN-Cu不锈钢的热变形本构方程:Z=ε exp(53428/RT)=1.1575 × 1018[sinh(0.0067 × σ)]3.914(3)含铜奥氏体抗菌不锈钢中富铜相析出行为研究通过电导率测试、三维原子探针和透射电镜观察等方法研究了 316LN-Cu不锈钢在不同时效温度和时效时间下富铜相的粗化行为及强化机制。结果表明,316LN-Cu不锈钢在短时时效后的硬度和强度即达到峰值,且随着时效时间的延长,强度和硬度变化不大。透射电镜观察结果进一步表明,富铜相的析出速度很快,在短时时效后就会在基体中弥散析出大量的呈球形分布的析出相,并且在时效过程中富铜相与基体保持共格关系。三维原子探针分析结果表明,富铜相的中心成分几乎为纯铜,整体的铜含量为75%左右。相比于时效时间,时效温度对富铜相的粗化行为影响较大。随着时效温度的升高,富铜相的平均半径显著增大,数量密度明显降低。富铜相在奥氏体基体中的长大速率较慢,其原因主要是Cu原子在奥氏体基体中较低的扩散系数和富铜相与基体较低的界面能。此外,在奥氏体基体中析出富铜相的体积分数较小导致了富铜相较弱的强化效应,并且富铜相的共格应变强化的强度增量要远大于化学强化的强度增量。