تاثير افزودن مس بر ريزساختار، سختي و خواص ضد ميكروبي فولاد زنگ نزن مار تنزيتي (410s)

Effect of Copper Addition on the Microstructure, Hardness and Antibacterial Prope rties of Martensitic Stainless Steel (410s)

تاثير افزودن مس (حدود 5 درصد وزني) بر ريز ساختار و سختي فولاد زنگ نزن مارتنزيتي (AISI 410s) بوسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ميكروسكوپ الكتروني عبوري - روبشي و سختي سنجي ويكرز مورد بررسي قرار گرفته و رفتار پادميكروبي آن بر اساس استاندارد JIS Z 2801:2000 بر عليه باكتري اشرشياكلي - يكي از باكتري هاي عامل بيماري انسان- ارزيابي شد. پس از عمليات آستنيته كردن در دماي C° 1050 درون حمام نمك و كوئنچ در روغن، ريزساختار دوفازي مارتنزيت-فريت در تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي فولاد AISI 410s مشاهده شد. افزودن مس به اين فولاد (AISI 410s-Cu) سبب حذف فريت و تشكيل ساختار كاملا مارتنزيتي مي‌شود. ساختار مارتنزيتي داراي رسوبات غير همگن مس نيز هست كه در دماي بالا و در مرز دانه‌هاي آستنيت اوليه تشكيل مي‌شوند و وجود آنها برابر تعادل فازي (FCC+(Cu در دماي آستنيته توجيه مي‌گردد. پيرسازي فولادهاي آستنيته و كوئنچ شده در سه دماي 500، 600 و 700 (C°) و به مدت زمان ثابت يك ساعت درون حمام نمك انجام گرفت. نتايج نشان داد كه پيرسازي در دماي C° 500 سبب افزايش سختي فولاد 410s به ميزان 30 ويكرز شده ولي سختي فولاد AISI 410s-Cu به ميزان 100 ويكرز افزايش مي‌يابد. پيرسازي در دماهاي 600 و 700 (C°) سبب كاهش سختي مي‌شود. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري و آناليزهاي شيميايي دقيق، تشكيل رسوبات ريز غني از مس در فولاد AISI 410s-Cu پيرشده در دماي C°500 را نشان داد. اين رسوبات علاوه بر رسوبات مس اوليه بوده و سبب افزايش سختي مي‌شوند. پيرسازي در دماهاي بالاتر سبب رشد رسوبات و تغيير مورفولوژي آنها شده و اثر استحكام بخشي آنها را كم مي‌كند. نتايج آزمون پاد ميكروبي نشان دهنده عدم خاصيت پاد ميكروبي در فولاد AISI 410s و در مقابل آن خاصيت پاد ميكروبي قوي در فولاد AISI 410s-Cu در برابر باكتري اشرشياكلي مي‌باشد.

Effect of Cu addition (5 wt.%) on the microstructure, hardness and antibacterial properties of the martensitic stainless steel (AISI 410s ) was investigated by means of scanning electron microscopy (SEM), scanning transmission electron microscopy (STEM) and hardness measurement. Antibacterial performance was evaluated according to JIS Z 2801:2000 against Escherichia coli (E. coli) bacteria, the common pathogen of human disease. After austenitization treatment at 1050 °C in a salt bath and oil quenching, the AISI 410s steel showed dual phase martensiteferrite microstructure. Addition of about 5 wt.% Cu eliminated ferrite and led to a fully martensitic microstructure in the quenched condition. The latter associated with primary Cu precipitates formed during austenitization treatment. Aging treatment of the quenched steels was carried out at 500-700 °C for one hour in a salt bath. Transmission electron microscopy (TEM) revealed the formation of fine, Cu-rich precipitates in aged Cu-bearing stainless steel (AISI 410s- Cu). After aging for one hour at 500 °C, hardness of AISI 410s steel increased for 30 HV while that of AISI410s-Cu steel increased for about 100 Hv. AISI 410s steel represented no antibacterial performance against the E. coli bacteria but hopefully AISI 410s-Cu stainless steel exhibited strong antibacterial performance. Both of the primary and aging Cu precipitates are thought to release Cu ions to biological environment which act toxically against the E. coli bacteria.