高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)及其製備方法
2023-05-16 13:38:31
專利名稱：高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種合金，特別是涉及一種生物醫學材料和首飾用的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)及其製備方法。
背景技術：
316L等鉻鎳奧氏體不鏽鋼以其良好的耐蝕性和成型性能，廣泛應用於醫療器械、生物醫學材料、首飾材料等領域，但是它們都或多或少的含有一定量的鎳，在使用過程中存在鎳致敏的風險；另外，這些產品經常攜帶細菌，但是普通鉻鎳不鏽鋼本身不具有抗菌性能，可能帶來細菌感染和傳播問題。針對含鎳奧氏體不鏽鋼的致敏風險，國內外研究人員在節鎳型奧氏體不鏽鋼研究的基礎上，將高氮奧氏體不鏽鋼的研究應用延伸到醫用無鎳奧氏體不鏽鋼，並取得了一定的進展，部分產品已開始應用於人體植入器件、醫療器械及首飾產品上。但是，有研究發現，細菌在高氮無鎳奧氏體不鏽鋼表面的粘附作用比在傳統奧氏體不鏽鋼表面要嚴重得多，而且細菌的代謝產物會加劇不鏽鋼的局部腐蝕；另外現有高氮奧氏體不鏽鋼普遍存在屈強比高、加工硬化能力強、成型難度增加等問題，特別是對於精細件。而針對普通奧氏體不鏽鋼不具抗菌性能的問題，國內外研究人員採用銅、稀土、銀等元素對其進行抗菌改性處理，獲得了相應的抗菌性能，但是發現不鏽鋼經改性處理後鎳釋放率有所提高，增加了鎳致敏的風險。為了避免現有技術的不足之處，因此，需要提供一種無鎳致敏風險，具有良好抗菌性能和耐蝕性能，且力學性能可以滿足小件加工要求的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種無鎳致敏風險，具有良好抗菌性能和耐蝕性能，且力學性能可以滿足小件加工要求的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼所分按重量百分比包括以下組分碳(O.03%、矽 O. 4-0. 8%、錳 18-20%、鉻 18-20%、鑰1. 8-2. 5%、銅 O. 4-0. 6%、磷(O. 025%、硫彡 O. 025%、氮 O. 5-0. 6%、鈮 O. 05-0. 12%、銀 O. 10-0. 20%、餘量為鐵以及不可避免的雜質；進一步；不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 024%、矽 O. 48%、錳 18. 42%、鉻 18. 05%、鑰1. 96%、銅 O. 48%、磷 O. 011%、硫O. 006%、氮O. 55%、鈮O. 10%、銀O. 13%、餘量為鐵以及其它不可避免的雜質。本發明還公開一種高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將原料YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀合金、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；b .將坩堝抽真空到5Pa以下，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到6_9atm並進行加熱熔煉至溫度為1600— 1620°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050— 1100°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1080— 1150°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)；進一步,步驟a中，純鐵為小塊狀，電解猛為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化鉻、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間；進一步，步驟b中，將坩堝抽真空到5Pa以下，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到7atm並進行加熱熔煉至溫度為1600°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1100°C下固溶處理。進一步，步驟b中，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢。本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，是通過以下措施來達到發明目的的I合理設計合金的成分1.1確定代鎳元素。不鏽鋼中有利於奧氏體穩定化的元素除鎳外還有鈷、碳、錳、氮，但是鈷與鎳一樣會引 起過敏，而且它屬於貴重元素，因此不可選用。碳能大大提高鎳當量，但是碳會顯著增加碳化物析出的傾向，使不鏽鋼敏化，嚴重影響耐蝕性，而且碳在提高不鏽鋼形變硬化指數，因此不能選擇碳來穩定奧氏體，必須控制其含量儘可能低。錳在一定範圍內有穩定奧氏體的效果，但是當錳含量過高時，反而不利於奧氏體穩定。氮是強烈的奧氏體穩定化元素，不鏽鋼中加入氮會抑制鋼中鐵素體相的形成，顯著降低鐵素體的含量，使奧氏體相更加穩定，因此最好也是唯一可接受的穩定奧氏體的元素是氮。要獲得單一奧氏體，必須滿足最低鎳當量要求，氮含量越高，越有利於奧氏體的穩定，但是氮含量過高時將導致低溫脆性，並且增加材料加工的難度。綜合考慮這兩方面的因素，選擇氮含量在O. 50 0· 60wt% 之間。1. 2選擇抗菌元素及含量。銅是當前抗菌不鏽鋼研究中應用最廣泛的抗菌元素，但是其獲得抗菌性能的前提是在70(T90(TC長時間時效處理以獲得足夠量的ε — Cu相，但是這個溫度區間也正是氮化鉻析出的敏感區間，必然會損害合金的耐蝕性，因此不能考慮選擇銅作為抗菌元素。稀土和銀均可使不鏽鋼獲得抗菌性能，但是稀土的抗菌改性作用有限，要獲得足夠的抗菌性能必須使稀土具有較高的含量，而過量的稀土會嚴重惡化不鏽鋼的耐蝕性和加工性能，故不適合用於高氮無鎳不鏽鋼的抗菌元素；而銀具有優異的抗菌性能，少量的銀不會明顯增加成本，本文首選銀作為高氮無鎳不鏽鋼的抗菌元素，選擇其範圍為 O. Γ0. 2wt%01. 3確定基本元素含量。不鏽鋼的耐蝕性與鉻含量關係密切，呈現n/8的規律，為保證合金具有優良的耐蝕性，應選擇鉻含量不低於CrlS系，但是當鉻含量過高時容易形成σ相而惡化加工性能，而且鉻含量越高，越有利於σ相的形成。鑰對於提高不鏽鋼的耐點蝕性能非常有益，為提高抗點蝕性能，擬研發的材料需添加鑰，但是鑰含量過高時也很容易形成σ相。因此本研究中選擇鉻的成分範圍為18 20wt%，鑰的成分範圍為1.8 2. 5wt%。鈮是有效的晶粒細化劑，對改善材料的耐蝕性、力學性能和銀的分布狀況等都有益處，因此選擇鈮含量為O. 05 O. 12wt%0碳會顯著降低不鏽鋼的抗晶間腐蝕性能，選擇其含量在O. 03wt%以內。矽有利於熔煉脫氧和改善流動性，選擇其成分範圍為O. 4^0. 8wt%。磷、硫作為有害元素，含量控制在O. 025wt%以內，越低越好。銅有穩定奧氏體的作用，在不鏽鋼中可代替部分鎳，改善不鏽鋼的延展性及在酸環境中的耐蝕性，因此材料中選擇添加O. 4 O. 6wt% 的銅。1. 4選擇錳促進氮的溶解。氮只有處於固溶態時，其穩定奧氏體和提高耐蝕性的作用才會體現出來。但由於氮在純鐵液中的溶解度極低，為減少熔煉、鑄造、焊接等製作難度，利用合金元素改善氮在不鏽鋼中的溶解度。鉻和鑰有提高氮固溶度的作用，但是它們不足以讓氮完全固溶，因此本發明另選擇錳作為促進氮溶解的元素。錳越高越有利氮的溶解，但是過高的錳不利於奧氏體的穩定，而且錳含量太高時，會促使形成金屬間相，降低耐蝕性。選擇錳的成分範圍為18 20wt%。本發明的有益效果本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)經固溶處理後為單一奧氏體組織，氮均勻固溶在基體中，銀主要以微小富銀相的方式彌散分布在基體中，在非微生物環境中具有優異的抗點蝕性能，在微生物環境中具有良好的抗菌性能和抗微生物腐蝕性能，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率均達到93%以上，合金不存在鎳釋放風險，在人工唾液和汗液中的錳釋放率遠低於允許的日攝入量標準，可作為生物醫學材料使用，不存在金屬毒性的風險。該高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)具有很好的韌塑性，可以滿足首飾等精細件加工要求，綜合性能優於316L等鉻鎳奧氏體不鏽鋼。
附圖1是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的顯微組織與316L不鏽鋼對比圖；附圖2是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)(含銀O. 13%)中銀在基底中的分布情況示意圖；附圖3是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)在人工汗液中的極化曲線與316L不鏽鋼對比圖；附圖4是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)抗金黃色葡萄球菌效果與316L不鏽鋼對比圖；附圖5是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的衝擊斷口形貌；附圖6是本方面的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)與316L的加工硬化行為對比；附圖7是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)與316L的腐蝕磨損失重對比；附圖8是本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)與316L的腐蝕磨損形貌對比。
具體實施例方式本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼所分按重量百分比包括以下組分碳(O.03%、矽 O. 4-0. 8%、錳 18-20%、鉻 18-20%、鑰1. 8-2. 5%、銅 O. 4-0. 6%、磷(O. 025%、硫≤ O. 025%、氮 O. 5—0. 6%、鈮 O. 05—0. 12%、銀 O. 10—0. 20%、餘量為鐵以及不可避免的雜質；進一步；不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 024%、矽 O. 48%、錳 18. 42%、鉻 18. 05%、鑰1. 96%、銅 O. 48%、磷 O. 011%、硫O. 006%、氮O. 55%、鈮O. 10%、銀O. 13%、餘量為鐵以及其它不可避免的雜質。本發明還公開一種高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將原料YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀合金、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；b .將坩堝抽真空到5Pa以下，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到6_9atm並進行加熱熔煉至溫度為1600-1620°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050-1100°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1080-1150°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)；進一步,步驟a中，純鐵為小塊狀，電解猛為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化鉻、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間；進一步，步驟b中，將坩堝抽真空到5Pa以下，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到7atm並進行加熱熔煉至溫度為1600°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1100°C下固溶處理。進一步，步驟b中，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢。實施例一本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 024%、矽 O. 48%、錳 18. 42%、鉻 18. 05%、鑰1. 96%、銅 O. 48%、磷 O. 011%、硫
O.006%、氮 O. 55%、鈮 O. 10%、銀 O. 13%、餘量為鐵。本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟(本實施例以及下述實施例的原料的的重量為重量百分比X10KG。)a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、的FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；其中，純鐵為小塊狀，電解錳為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化錳、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間，將金屬鑄錠模放置在熔煉室相應位置；b .將裝好原料的坩堝抽真空到4. 3Pa，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到7. Oatm,啟動感應電源進行加熱熔煉，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢，加熱熔煉至溫度為1600°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1100°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。
本實施例製得的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，在掃描電鏡下觀察本實施例的合金的顯微組織，並與市售316L材料進行對比，見附圖1。兩者都屬於典型的奧氏體，其中可見明顯的孿晶，這種金相呈現了再結晶良好的面心立方結構特點，但是本實施例合金的晶粒比316L更細，說明微量的鈮和加快凝固冷卻速度可起到有效的晶粒細化作用。經微區成分掃描分析，銀主要以富銀相彌散分布在基體中，沒有形成明顯的偏聚現象，見附圖2。用LK2005A電化學工作站檢測材料的極化行為，見附圖3，316L在37°C人工汗液中的點蝕電位為O. 57V，而本實施例合金的點蝕電位為1. 19V，在氯離子環境的表現出比316L顯著優異的耐點蝕性能。採用覆膜法進行抗菌試驗，316L不具有抗菌性能，本實施例合金對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率超過93%，對大腸桿菌的平均抗菌率超過96%，表現出良好的抗菌性能，對金黃色葡萄球菌的抗菌效果圖見附圖4。本實施例合金在室溫下的抗拉強度Ob為897MPa，屈服強度σ s為532MPa，延伸率δ為59%，衝擊韌性α κν為165J/cm2，表現出優良的韌塑性，且屈強比相對常見的高氮無鎳不鏽鋼要低，有利於材料的加工成型，衝擊斷口形貌見附圖5。本實施例合金的初始硬度比316L高，經冷形變後，在加工率為16%以內，其加工硬化速率比316L稍低，隨著加工率的增大，與316L的加工硬化規律相近，見附圖6，這體現出該材料具有良好的成型加工性能。將316L與本實施例合金置於陶瓷磨料與人工汗液組成的溼磨工況下進行滾動磨損試驗，兩者的失重率對比見附圖7，本實施例合金的失重率明顯低於316L，兩者在腐蝕磨損試驗後的表面形貌對比見附圖8，在316L表面出現了較明顯的腐蝕坑與磨損溝槽，晶界腐蝕比較嚴重，而在本實施例合金表面雖然也出現了磨痕，但它們的寬度和深度都小於316L，其表面腐蝕坑的數量和尺寸也明顯小於316L，也沒有觀察到類似316L中比較嚴重的晶界腐蝕。本實施例合金在人工唾液和人工汗液浸泡一周後的錳釋放量為26. O μ g/1和106. 5 μ g/1，遠低於允許日攝入量，在使用過程中不存在金屬毒性的風險。實施例二本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 023%、矽 O . 53%、錳 18. 04%、鉻 18. 10%、鑰1. 92%、銅 O. 49%、磷 O. 013%、硫
O.008%、氮 O. 52%、鈮 O. 10%、銀 O. 19%、餘量為鐵。本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、的FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；其中，純鐵為小塊狀，電解錳為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化鉻、鑰鐵、電解錳、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間，將金屬鑄錠模放置在熔煉室相應位置；b .將裝好原料的坩堝抽真空到3. 9Pa，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到6. 5atm,啟動感應電源進行加熱熔煉，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢，加熱熔煉至溫度為1600°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1100°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1080°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。本實施例製得的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，具有全奧氏體結構，銀主要以富銀相彌散分布在基體中，晶粒比316L細小。在37°C人工汗液中的點蝕電位為1. 08V,顯著高於316L。對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率在95%以上，對大腸桿菌的平均抗菌率在98%以上，表現出良好的抗菌性能。本實施例合金的在室溫下的抗拉強度σ b為868MPa，屈服強度σ s為520MPa，延伸率δ為61%，衝擊韌性α κν為177J/cm2，同樣表現出良好的韌塑性，有利於材料的加工成型。腐蝕磨損後的失重率與實施例1相近。在人工唾液和人工汗液浸泡一周後的錳釋放量為33. 3 μ g/Ι和117. 8 μ g/1，遠低於允許日攝入量，在使用過程中不存在金屬毒性的風險。實施例三本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 025%,矽 O. 56%,錳 18. 34%,磷 O. 014%,硫 O. 006%,鉻 19. 08%,鑰 2. 05%,氮
O.58%,銅 O. 45%,銀 O. 11%,鈮 O. 08%,餘量為鐵。本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、的FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；其中，純鐵為小塊狀，電解錳為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化錳、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間，將金屬鑄錠模放置在熔煉室相應位置；
b .將裝好原料的坩堝抽真空到4. 5Pa，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到7. 8atm,啟動感應電源進行加熱熔煉，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢，加熱熔煉至溫度為1620°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1070°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1150°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。本實施例製得的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，在37°C人工汗液中的點蝕電位為1. 21V，顯著高於316L。對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率在93%以上，對大腸桿菌的平均抗菌率在94%以上，表現出良好的抗菌性能。本實施例合金的在室溫下的抗拉強度Ob為937MPa，屈服強度σ s為561MPa，延伸率δ為57%，衝擊韌性α κν為153J/cm2，表現出良好的韌塑性，有利於材料的加工成型。腐蝕磨損後的失重率也與實施例1相近。在人工唾液和人工汗液浸泡一周後的猛釋放量為24. 5 μ g/1和103. 3 μ g/1,遠低於允許日攝入量，在使用過程中不存在金屬毒性的風險。實施例四本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 027%,矽 O. 78%,錳 19. 85%,磷 O. 021%,硫 O. 008%,鉻 19. 76%,鑰 2. 43%,氮
O.60%,銅 O. 77%,銀 O. 16%,鈮 O. 11%,餘量為鐵。本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；其中，純鐵為小塊狀，電解錳為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化鉻、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間，將金屬鑄錠模放置在熔煉室相應位置；
b .將裝好原料的坩堝抽真空到4. 4Pa，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到8. 5atm，啟動感應電源進行加熱熔煉，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢，加熱熔煉至溫度為1610°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1040°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1120°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。本實施例製得的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，具有全奧氏體結構，銀主要以富銀相彌散分布在基體中，晶粒比316L細小。在37°C人工汗液中的點蝕電位為1. 36V,顯著高於316L。對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率在93%以上，對大腸桿菌的平均抗菌率在94%以上，表現出良好的抗菌性能。本實施例的合金在室溫下的抗拉強度σ b為986MPa，屈服強度σ s為570MPa，延伸率δ為54%，衝擊韌性a KV為136J/cm2，同樣表現出良好的韌塑性，有利於材料的加工成型。腐蝕磨損後的失重率與實施例1相近。在人工唾液和人工汗液的錳釋放量為21. 4 μ g/Ι和97. 9 μ g/1，遠低於允許日攝入量，在使用過程中不存在金屬毒性的風險。實施例五本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳O. 025%,矽 O. 68%,錳 19. 15%,磷 O. 016%,硫 O. 006%,鉻 18. 89%,鑰 2. 11%,氮O. 50%，銅O. 58%，銀O. 15%，鈮O. 09%，餘量為鐵以及不可避免的雜質。本實施例的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，包括以下步驟
а.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋；其中，純鐵為小塊狀，電解錳為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化鉻、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間，將金屬鑄錠模放置在熔煉室相應位置；b .將裝好原料的坩堝抽真空到4. 7Pa，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到6atm，啟動感應電源進行加熱熔煉，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢，加熱熔煉至溫度為1600°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1080°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1120°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。本實施例製得的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，具有全奧氏體結構，銀主要以富銀相彌散分布在基體中，晶粒比316L細小。在37°C人工汗液中的點蝕電位為1. 10V,顯著高於316L。對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率在95%以上，對大腸桿菌的平均抗菌率在98%以上，表現出良好的抗菌性能。本實施例的合金在室溫下的抗拉強度σ b為851MPa，屈服強度σ s為509MPa，延伸率δ為58%，衝擊韌性a KV為147J/cm2，同樣表現出良好的韌塑性，有利於材料的加工成型。腐蝕磨損後的失重率與實施例1相近。在人工唾液和人工汗液的錳釋放量為28. 8 μ g/Ι和112. O μ g/1，遠低於允許日攝入量，在使用過程中不存在金屬毒性的風險。上述實施例中，製備方法中各原料的配比根據不鏽鋼的成分重量百分比來確定，所述原料重量百分比優先為39. 3 - 48. 2%的YTO純鐵、28. 0—31. 5%的FeCr69微碳鉻鐵、
б.5—8% 的 ΜηΝ8· 28 氮化錳、3. 0—4. 2%FeMo60 鑰鐵、O. 2-0. 7%FeSi75 娃鐵、13. 5-14. 9% 電解錳、O. 001-0. 4% 純銅、O. 4-0. 7%CuAg30 銅銀合金、O. 10-0. 25%FeNb50A 鈮鐵。
最後說明的是、以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制、儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明、本領域的普通技術人員應當理解、可以對本發明的技術方案進行 修改或者等同替換、而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍、其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，其特徵在幹不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分 碳 く 0. 03%、矽 0. 4-0. 8%、錳 18-20%、鉻 18-20%、鑰1. 8-2. 5%、銅 0. 4-0. 6%、磷く 0. 025%、硫彡 0. 025%、氮 0. 5-0. 6%、鈮 0. 05-0. 12%、銀 0. 10-0. 20%、餘量為鐵。
2.根據權利要求1所述的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)，其特徵在於不鏽鋼成分按重量百分比包括以下組分碳 0. 024%、矽 0. 48%、錳 18. 42%、鉻 18. 05%、鑰1. 96%、銅 0. 48%、磷 0. 011%、硫 0. 006%、氮0. 55%、鈮0. 10%、銀0. 13%、餘量為鐵。
3.—種如權利要求1所述的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，其特徵在幹包括以下步驟 a.在鎂砂坩堝中進行熔煉在熔煉前將坩堝清理乾淨以避免熔煉時增碳，然後將原料YTO純鐵、FeCr69微碳鉻鐵、MnN8. 28氮化錳、FeMo60鑰鐵、FeSi75矽鐵、電解錳、純銅、CuAg30銅銀合金、FeNb50A鈮鐵裝入坩堝並填充密實後封閉坩堝爐蓋； b .將坩堝抽真空到5Pa以下，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到6-9atm並進行加熱熔煉至溫度為1600— 1620°C吋，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050— 1100°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1080— 1150°C下固溶處理；製得高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)。
4.根據權利要求3所述的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，其特徵在於步驟a中，純鐵為小塊狀，電解錳為薄片狀，其餘材料均為小顆粒狀；裝料時將氮化鉻、鑰鐵、電解錳、純銅、銀銅合金、矽鐵、鈮鐵放置於純鐵與微碳鉻鐵材料的中間。
5.根據權利要求4所述的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，其特徵在於步驟b中，將坩堝抽真空到5Pa以下，然後在坩堝熔煉室內充入氮氣到7atm並進行加熱熔煉至溫度為1600°C時，將金屬液澆注到金屬錠模中製得鑄錠；將製得的鑄錠在溫度為1050°C下熱軋成板坯，最後在溫度為1100°C下固溶處理。
6.根據權利要求5所述的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)的製備方法，其特徵在於步驟b中，熔煉過程中對坩堝進行傾側使爐料全部熔畢。
全文摘要
本發明公開一種高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)及其製備方法，不鏽鋼成分按重量百分比包括碳、矽、錳、鉻、鉬、銅、氮、鈮、銀、餘量為鐵；本發明的高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)經固溶處理後為單一奧氏體組織，在非微生物環境中具有優異的抗點蝕性能，在微生物環境中具有良好的抗菌性能和抗微生物腐蝕性能，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率均達到93%以上，不存在鎳釋放風險，在人工唾液和汗液中的錳釋放率遠低於允許的日攝入量標準，可作為生物醫學材料使用，不存在金屬毒性的風險。該高氮無鎳奧氏體抗菌不鏽鋼(HNSAg)具有很好的韌塑性，可以滿足首飾等精細件加工要求，綜合性能優於316L等鉻鎳奧氏體不鏽鋼。
文檔編號C22C33/06GK103045951SQ201210585578
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月30日 優先權日2012年12月30日
發明者袁軍平, 李衛, 王國智, 王昶 申請人:廣州番禺職業技術學院, 重慶愚吉機械製造有限公司