一種具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼的製作方法
2023-06-24 04:16:36
專利名稱：一種具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵素體不鏽鋼，是一種含有Ag和Cu兩種抗菌元素的抗菌不鏽鋼，具有優良的長期抗菌功能，因此可以應用於日常生活中需要抗菌的各種領域，如廚房設備、餐飲器具、醫療器械、食品加工和製藥機械以及公共設施等。
背景技術：
隨著社會的發展和人們生活水平的提高，抗菌產業發展迅速。但目前市場上的抗菌製品，多為通過添加抗菌劑製成的抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌織物等，鮮有耐磨擦、耐高溫的金屬抗菌材料。普通不鏽鋼因其人體安全性、良好的強度、耐溫和抗蝕性在日常社會中已廣泛應用，抗菌不鏽鋼兼具抗菌、裝飾美化和作為結構材料的高強度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦等多重特性，是理想的抗菌材料。現在已有單一含Cu或單一含Ag的抗菌不鏽鋼的報導。Cu和Ag都是人們熟知的具有抗菌功能的元素，尤其是Ag，其抗菌功能甚至比Cu高2個數量級。但Ag價格昂貴，而且在不鏽鋼中的溶解度極低，用常規的冶金技術很難獲得足夠的收得率，採用特殊冶煉工藝會大幅度提高成本；Cu可以通過過飽和固溶體沉澱析出的方法實現Cu抗菌相在不鏽鋼中的彌散分布，析出相越多，抗菌性能越強。但Cu析出相在表面的存在會顯著降低不鏽鋼的抗蝕性能，析出相愈多，抗蝕性能下降愈明顯。通過添加較少量的Ag和採用常規的冶煉技術實現不鏽鋼中有一定的Ag或含Ag相分布，同時添加較少量的Cu並通過抗菌熱處理使之在鋼中以抗菌相的形式析出，則可以較低的成本獲得既具有優良的抗菌性能、又保證耐蝕性要求的抗菌不鏽鋼。
發明內容
本發明的目的是通過兩種抗菌元素在不鏽鋼中的存在，進一步提高材料的抗菌性能和優化材料的綜合性能，解決添加單一抗菌元素在技術、成本和性能發明存在的缺憾。本發明的抗菌不鏽鋼可以作為結構材料和裝飾美化材料用於製造需要抗菌的日常生活用品，和在一般條件下工作的需要抗菌的各類生產機械。
本發明具體提供了一種具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，含有＜0.1重量％的C，＜1重量％的Si，＜1.0重量％的Mn，10～30重量％的Cr，0.01～0.5重量％的Nb，餘量的Fe，其特徵在於還同時含有0.0005～0.10重量％的Ag和0.3～2.0重量％的Cu，其中Ag以微細的銀粒子或氧化物、硫化物形式存在，30～80％的Cu以沉澱相的形式存在。
本發明具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼中，優選地，Ag0.0005～0.002重量％，Cu1.0～2.0重量％。
本發明具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼中，還可以含有至少一種下述合金元素不超過2重量％的Mo，不超過1重量％的Zr，不超過0.1重量％的B。
本發明具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼中，還可以進一步含有0.001～1.0重量％的V。
本發明具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼中，其P和S的含量均應控制在0.015重量％以下。
本發明具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼的形式可以是板材、管材或帶材。
本發明還提供了上述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼的製備方法，其特徵在於在880～950℃進行足夠時間的固溶處理，時間5分鐘～72小時，然後在500～900℃進行充分的時效處理，時間1～100小時，使基體中形成Cu的沉澱相，其尺度介於納米和亞微米間。
本發明通過在不鏽鋼中添加具有抗菌功能的金屬元素Ag和Cu並進行由固溶和時效組成的抗菌熱處理，在不鏽鋼中形成微細的含Ag和含Cu的抗菌相(分別為Ag和Ag的氧化物或硫化物和富Cu相ε-Cu)，使材料具有優良的抗菌功能。由於抗菌相是在不鏽鋼表面和內部均有彌散分布，材料的抗菌功能不會因為磨損而喪失。
圖1為本發明鋼中的富Cu析出相之微觀形貌；圖2為細菌培養結果左本發明之抗菌不鏽鋼，未見細菌繁殖；右對照鋼，細菌大量繁殖。
具體實施例方式樣品製備按照本發明的鐵素體抗菌不鏽鋼的成分，用25kg真空感應爐進行冶煉，而後經鍛造，熱軋和退火，反覆冷軋-退火-酸洗，製成0.8mm的板材，從上述板材上切取25×25mm的樣品，在真空爐中於920℃保持7分鐘後，在600℃的進行6小時的時效。然後進行抗菌性能檢驗。
抗菌性能檢驗具體檢驗在疾病預防控制中心進行，採用日本抗菌協會抗菌檢測方法《日本工業標準抗菌加工製品的抗菌性試驗方法和抗菌效果》(日本工業標準JIS Z2801-2000)，採用覆膜法，用濃度105cfu/ml的標準菌液在溫度35℃、溼度90％的條件下，分別對抗菌鋼和對照鋼作用下的細菌作24h細菌培養，爾後對分別經上述樣品培養的細菌在相同的溫度和溼度下用瓊脂培養作24h細菌培養，從塑料平皿計算細菌數。實驗用菌種由中國生物製品藥品檢定所提供，分別為大腸桿菌ATCC8099、金黃色葡萄球菌ATCC6538、白念珠菌ATCC10231。每個菌種和樣品均重複3次，取平均數。
抗菌效果的評價殺菌率的計算公式為殺菌率(％)＝[(b-a)/b]％其中b是對照不鏽鋼進行細菌培養實驗後的活菌數，a是抗菌不鏽鋼進行細菌培養實驗後的活菌數。
將抗菌效果分為三類++表示殺菌率≥99％，+表示殺菌率≥90％，×表示沒有殺菌作用。
含有兩種抗菌元素的抗菌不鏽鋼和對照鋼的成分與抗菌性能評價結果示於表1。其中，編號1-10為抗菌鋼，11和12號鋼的成分不在本項申請所述成分範圍之內，13為對照鋼。
表1抗菌不鏽鋼及對照鋼的化學成分和抗菌效果
權利要求
1.一種具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，含有＜0.1重量％的C，＜1重量％的Si，＜1.0重量％的Mn，10～30重量％的Cr，0.01～0.5重量％的Nb，餘量的Fe，其特徵在於還同時含有0.0005～0.10重量％的Ag和0.3～2.0重量％的Cu，其中Ag以微細的銀粒子或氧化物、硫化物形式存在，30～80％的Cu以沉澱相的形式存在。
2.按照權利要求1所述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，其特徵在於其中Ag0.0005～0.002重量％，Cu1.0～2.0重量％。
3.按照權利要求1或2所述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，其特徵在於還含有至少一種下述合金元素不超過2重量％的Mo，不超過1重量％的Zr，不超過0.1重量％的B。
4.按照權利要求3所述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，其特徵在於還進一步含有0.001～1.0重量％的V。
5.按照權利要求4所述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，其特徵在於其P和S的含量均控制在0.015重量％以下。
6.按照權利要求5所述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，其特徵在於不鏽鋼的形式是板材、管材或帶材。
7.一種權利要求1所述具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼的製備方法，其特徵在於在880～950℃進行固溶處理5分鐘～72小時，然後在500～900℃進行時效處理1～100小時，使基體中形成Cu的沉澱相，其尺度介於納米和亞微米間。
全文摘要
一種具有優良抗菌特性的鐵素體不鏽鋼，含有＜0.1重量％的C，＜1重量％的Si，＜1.0重量％的Mn，10～30重量％的Cr，0.01～0.5重量％的Nb，餘量的Fe，其特徵在於還同時含有0.0005～0.10重量％的Ag和0.3～2.0重量％的Cu，其中Ag以微細的銀粒子或氧化物、硫化物形式存在，30～80％的Cu以沉澱相的形式存在。本發明兩種抗菌元素的同時使用既增強了單一含銅抗菌不鏽鋼的抗菌能力，又解決了含銀抗菌不鏽鋼在成本方面的困難。該不鏽鋼可以廣泛應用於餐飲、醫藥和公共衛生領域。
文檔編號C22C38/26GK1948540SQ20051004739
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月14日 優先權日2005年10月14日
發明者吳平森 申請人:遼寧國瑞商貿有限公司